Искажения спектра реликтового излучения при космологической рекомбинации водорода

• Автор: Шахворостова, Надежда Николаевна
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Главы
1 Кинетика космологической рекомбинации водорода
1.1 Рекомбинация вещества в ранней
Вселенной
1.1.1 Эволюция состава вещества до й~6000
1.1.2 Рекомбинация гелия
1.1.3 Механизм рекомбинации водорода
1.2 Уравнения кинетики рекомбинации
1.3 Расчет кинетики рекомбинации водорода
1.3.1 Основные уравнения и соотношения
1.3.2 Результаты численных расчетов
1.4 Расчет скоростей элементарных процессов
1.4.1 Скорости радиативных переходов в атоме водорода
1.4.1.1 Выражения для скоростей радиативных переходов
1.4.1.2 Реккурентиый метод вычисления радиальных интегралов
1.4.2 Асимптотические приближения для вероятностей радиационных переходов и сечений фотоионизации
1.4.2.1 Случай переходов, сильно отличающихся по главному квантовому числу п
1.4.2.2 Случай переходов с небольшим изменением главного кванчового числа п
1.5 Выводы
2 Искажения спектра реликтового
излучения в эпоху рекомбинации водорода

2.1 Вводные замечания
2.2 Искажения в коротковолновой части спектра
2.2.1 Излучение в линии Ьа
2.2.2 Двухфотонное излучение 2я—1я
2.2.3 Численные расчеты искажений в
коротковолной области спектра
2.3 Искажения за счет излучения
в оубординатных линиях водорода
2.3.1 Формирование избыточных фотонов
в субординатных линиях
2.3.2 КПД или эффективность переходов
2.3.3 Искажения в длинноволновой части спектра РИ
2.4 Расчет рекомбинационных искажений с
учетом тонкой структуры атома водорода
2.4.1 Эффективность переходов с учетом тонкой структуры
2.4.2 Монохроматическая плотность избыточных фотонов
2.4.3 Численные расчеты
рекомбинационного спектра
2.4.3.1 Дискретные линии
2.4.3.2 Двухфотонный континуум
2.4.3.3 Бальмеровский и Пашеновский континуумы
2.4.4 Результаты численных расчетов
2.5 Выводы
3 Влияние ударных переходов на космологический
рекомбинационный спектр водорода
3.1 Приближение /-равновесия
3.2 Основные предположения и уравнения
3.2.1 Модельный атом водорода
3.2.2 Уравнения баланса и скорость радиативных переходов
3.2.3 Ударные переходы 2р<->2з
3.3 Решение уравнений баланса
3.4 Результаты численных расчетов
3.5 Выводы
Заключение
Благодарности
Литература

Список рисунков
1 Спектр реликтового излучения по измерениям в различных экспериментах (Смут и Скотт, 2000)
2 Спектр электромагнитного излучения Вселенной. Рисунок взят с сайта
1.1 Рекомбинация гелия Hell и Неї по результатам работы (Сигер и др., 2000)
1.2 Затягивание рекомбинации водорода по сравнению с равновесным ходом рекомбинации. На рисунке представлена зависимое гь доли нейтральных атомов водорода у(Н1) от красного смещения z, вычисленная но равновесной формуле Саха (штрихованная кривая) и по расчетам с помощью пакета RECFAST (Сигер и др., 1999) (сплошная кривая)
1.3 Зависимость степени ионизации вещества уе от красного смещения 2. Расчеты проведены в рамках плоской космологической ACDM-модели с параметрами, указанными на рисунке
1.4 Сравнение кинетики рекомбинации водорода, вычисленной в данной работе, с расчетами но программе RECFAST (Сигер и др., 1999). Отношение &xi{z) I X{z) характеризует отличие доли нейтральных атомов X{z) от аналогичной величины ХЇ(г), вычисленной по программе RECFAST. Причины появления скачка на кривой изложены в тексте
1.5 Зависимость неравновесное основного состояния атома водорода, вычисленная по программе RECFAST (Сигер и др.,
1999), от красного смещения
1.6 Зависимость неравновесное основного состояния атома водорода от красного смещения z, вычисленная в данной работе (Шахворостова, 2006а)
1.7 Относительное изменение степени ионизации водорода А,> в процентах при учете поправки за вынужденное двухфотонное излучение при переходе 2s—>ls

ГЛАВА 1.

где к2 = ‘2цЕ/Н2, Е - энергия, // - приведенная масса. Р„г(г) экспоненциально убывает при г —> оо, кроме того требуется, ччобы Р*/(г) —> 8ш(&г+Я(&))> где 5(/с) - фазовый сдвиг. Граничные условия для функций Рпфг) и Ры(г) выглядят следующим образом:
Pnl(r)dr = 1)
J г})*(гЕ'ЩгЕ)<г = 8{Е - Е')
Последнему условию удовлетворяет свободная радиальная функция

Fu (г),
где V - скорость электрона относительно центра масс системы (Бэкингем, 1961). Переходя в атомную систему единиц (е = Н = т = 1, аг = 1) и вводя новую радиальную переменную р = р£г, из (1.36) получаем:
i!l

где к2 = 2 E/pZ2,
Щ +1)
Тг 1 Ь
Р Р
/ 1 Упі(р)
І «2 ). . ЗД
= 0,
(1.37)
?М = (nZ)-'Fp*(r), ум = (/* г)'/2с;ы(г),
где (hdir) — Fui^) jvk- Эти новые функции удовлетворяют условиям пор-мировки:

В терминах таких “масштабированных” функций запишем выражения для сил осциллятора связанно-связанных и связанно-свободных переходов соответственно:
^nl,n'V к>п1,к1'

p'Z2 2 />
7Г /Р^Р
[ ЭДЛИрИр
./О
^i(/>)p^(p) dp
(1.38)
(1.39)