Was ist mit den reemittierten Photonen während der Rekombination passiert?

Nach meinem Verständnis ist die Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) Licht, das während der Rekombinationsepoche freigesetzt wird, in der die Bildung neutraler Wasserstoffatome einen plötzlichen Abfall der freien Elektronendichte des Universums ermöglichte, wodurch Licht ungestört durch Compton-Streuung lange Strecken zurücklegen konnte zum ersten Mal. Dieses Licht wandert seit der Rekombination durch das transparente Universum und ist nach der Rotverschiebung genau das CMBR, das wir beobachten.

Die Quelle der Photonen ist meines Wissens in erster Linie die Wärmestrahlung der Teilchen im Universum während der Zeit der Rekombination. Dies wird durch die mikroskopischen Schwingungen von Materieteilchen verursacht und sollte ein kontinuierliches Schwarzkörperspektrum erzeugen, das mit dem Planckschen Gesetz übereinstimmt. Tatsächlich beobachten wir die CMBR so.

Bei der Rekombination von Wasserstoffatomen (und ich vermute auch von den schwereren Elementen) wurden jedoch Photonen emittiert, da Atome, die sich im angeregten Zustand gebildet hatten, schnell in den energetisch günstigeren Grundzustand übergingen. Ich hätte erwartet, dass dies Emissionslinien beitragen würde , die insbesondere den Spektrallinien von Wasserstoff entsprechen. Dies ist nicht das, was wir beobachten, und der CMBR folgt fast perfekt einer idealen Schwarzkörperkurve.

F. Was geschah mit diesen Photonen, die während der Rekombination von Wasserstoff reemittiert wurden?

Nur zur Verdeutlichung: Die Rekombination als solche führt zu einem (quasi) kontinuierlichen Spektrum (unter der Annahme, dass die freien Elektronen energetisch zufällig verteilt sind). Erst die anschließende Kaskadierung zwischen gebundenen atomaren Zuständen erzeugt Spektrallinien.
@Thomas Ja, das meinte ich. Danke für die Klarstellung.

Antworten (1)

Es sollten tatsächlich Emissionslinien bei den entsprechend rotverschobenen Frequenzen vorhanden sein. Sie werden jedoch unglaublich schwach und verdünnt sein, da das Verhältnis von Photonen zu Baryonen in der Epoche der Rekombination größer als war 10 9 . dh für jedes Proton waren bereits mehr als eine Milliarde Photonen (verteilt in einem Schwarzkörperspektrum) vorhanden + Elektronenrekombinationsereignis.

Darüber hinaus, weil die Rekombination nicht genau bei einer Rotverschiebung auftrat, sondern über einen Bereich von Rotverschiebung, von vielleicht 900 < z < 1300 , sind die Rekombinationslinien im Frequenzspektrum verschmiert.

Eine Berechnung der Größe und Form der Rekombinationslinien wird von Sathyanarayana et al. (2015) (ein Papier, das tatsächlich einen Vorschlag unterbreitet, um zu versuchen, diese Linien zu erkennen). Ich habe einige der Hauptrekombinationslinien markiert, die einen additiven Beitrag zum Haupt-CMB-Spektrum darstellen. Die y-Achse ist in Einheiten von Jy/sr. Zum Vergleich ist das CMB-Spektrum Peaks etwa 300 × 10 6 Jy/sr bei ∼ 100 GHz. Diese Linien sind also Schwankungen der Ordnung 1 10 9 in Übereinstimmung mit den obigen Argumenten. Die aktuelle Instrumentierung ist in der Lage, spektrale Intensitätsabweichungen von etwa 1 Teil in zu erkennen 10 5 Diese Merkmale liegen also um viele Größenordnungen unter den aktuellen Erkennungsschwellenwerten.

Rekombinationsspektrum. Aus dem CMB vorhergesagtes Rekombinationsspektrum. Dies muss dem Haupt-CMB-Kontinuum hinzugefügt werden, das etwa 9 Größenordnungen heller ist [adaptiert von Sathyanarayana et al. (2015)].

Ich verstehe. Danke für die ausführliche Antwort!
Was ist mit den reemittierten Photonen während der Rekombination passiert?
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