Космологическая рекомбинация гелия: HeII HeI Холупенко Е.Е., Иванчик А.В., Варшалович Д.А. ФТИ им. Иоффе РАН, 2007. - презентация

1 Космологическая рекомбинация гелия: HeII HeI Холупенко Е.Е., Иванчик А.В., Варшалович Д.А. ФТИ им. Иоффе РАН, 2007

2 Рекомбинация водородно-гелиевой плазмы Доля свободных электронов относительно общего числа электронов как функция красного смещения z. Синяя кривая - результат Сигер и др. (1999), красная кривая - равновесная рекомбинация (согласно формуле Саха)

3 Эпоха рекомбинации HeII HeI Доля однократно ионизованного гелия относительно общего количества атомов и ионов гелия как функция красного смещения. Синяя кривая - результат Сигер и др. (1999), красная кривая - равновесная рекомбинация b =0.04 m =0.27 rel =8.23·10 -5 h=0.7

4 Относительное изменение спектра мощности анизотропии РИ при переходе от модели равновесной рекомбинации к модели рекомбинации Сигер и др., %

5 Квант с энергией 14 eV не способен поддерживать возбужденные состояния HeI n 2 C 1s1s C 1s1s ~21eV ~14eV ~7eV ~0.7eV He IH I 1s1s C n 2

6

7 Доля ионизованного гелия в общем количестве атомов и ионов гелия как функция красного смещения z: красная кривая - равновесная рекомбинация (согласно формуле Саха), синяя кривая - рекомбинация согласно модели Сигер, Саселлова и Скотта (1999), зеленая кривая - рекомбинация с учетом поглощения резонансного излучения HeI нейтральным водородом (доплеровский профиль), голубая кривая - рекомбинация с учетом поглощения резонансного излучения HeI нейтральным водородом (фойгтовский профиль), черная кривая - рекомбинация с учетом поглощения резонансного излучения HeI нейтральным водородом при частичном перераспределении по частоте (с использованием приближения Чугая (1987) и Грачева (1988)).

8 Доля свободных электронов в общем количестве электронов: красная кривая - равновесная рекомбинация (согласно формуле Саха), синяя кривая - рекомбинация согласно модели Сигер, Саселлова и Скотта (1999), черная кривая - рекомбинация с учетом поглощения резонансного излучения HeI нейтральным водородом при частичном перераспределении по частоте (с использованием приближения Чугая (1987) и Грачева (1988))

9 Интенсивность излучения как функция частоты в современную эпоху: красная кривая соответствует равновесному фоновому излучению с температурой T 0 =2.726 K; синяя - излучению HI Ly, связанному с рекомбинацией водорода; синяя штриховая - излучению водорода при двухквантовых переходах 2s 1s, связанному с рекомбинацией водорода; черная - излучению водорода в линии Ly, связанному с рекомбинацией HeII HeI; черная штриховая - излучению HeI при двухквантовых переходах 2 1 s 1 1 s, связанному с рекомбинацией HeII HeI.

10 Заключение Поглощение резонансных квантов HeI нейтральным водородом оказывает существенное влияние на кинетику рекомбинации HeII HeI. В эпоху z 1750 относительное изменение количества свободных электронов по сравнению с моделью Сигер и др. (1999) составляет -3%. Для достижения требуемой точности (0.1%) требуется корректный учет профиля коэффициента излучения в резонансных линиях HeI (прежде всего, наличия крыльев). Красное смещение при котором доля однократно ионизованного гелия составляет 50%: z 50 = при использовании доплеровского профиля, z 50 = при использовании фойгтовского профиля, z 50 /z Расчеты кинетики рекомбинации HeII HeI с помощью упрощенной (трехуровневой) модели с использованием аналитического подхода Чугая - Грачева для описания поглощения резонансных квантов HeI нейтральным водородом позволяют воспроизвести результаты расчетов многоуровневых кодов Швитцера и Хираты (2007) и Рубино-Мартина, Хлубы и Сюняева (2007) с относительной точностью не хуже 0.1% Максимум интенсивности рекомбинационного излучения HI Ly, обусловленного рекомбинацией HeII HeI находится в диапазоне частот ГГц и составляет около эрг см -2 с -1 стер -1 Гц -1.