بازترکیب و آخرین پراکندگی
حدود ۳۸۰,۰۰۰ سال پس از بیگ بنگ، جهان به اندازه کافی سرد شد تا الکترونها و پروتونها با هم ترکیب شده و هیدروژن خنثی را تشکیل دهند، که این امر باعث آزاد شدن تابشی شد که اکنون آن را به عنوان تابش زمینه کیهانی (CMB) میبینیم.
Definition
بازترکیب (Recombination) دوران کیهانشناختی است که در آن الکترونها و پروتونهای آزاد با هم ترکیب شده و هیدروژن خنثی را تشکیل دادند، و آخرین پراکندگی (Last scattering) لحظهای است، کمی بعدتر، که فوتونها از پراکندگی مکرر با الکترونها بازایستادند و شروع به حرکت آزادانه کردند، که سطح مؤثری را که تابش زمینه کیهانی از آن سرچشمه میگیرد، تعریف میکند.
Scope
این موضوع شامل دوران بازترکیب، زمانی که پلاسمای اولیه خنثی شد، جدا شدن فوتونها از ماده، سطح آخرین پراکندگی که تابش زمینه کیهانی از آن آزادانه جریان مییابد، و ضخامت و فیزیک این گذار که زمینه مشاهده شده را شکل میدهد، میشود.
Core questions
- چرا جهان در زمان بازترکیب شفاف شد؟
- سطح آخرین پراکندگی چیست؟
- فیزیک جدا شدن چگونه تابش زمینه کیهانی را شکل میدهد؟
Key concepts
- بازترکیب
- جدا شدن
- سطح آخرین پراکندگی
- هیدروژن خنثی
- کسر الکترون آزاد
- عمق نوری
Key theories
- بازترکیب کیهانشناختی
- همانطور که جهان منبسط و تا چند هزار کلوین سرد شد، الکترونها و پروتونها به هیدروژن خنثی پیوند خوردند، که به شدت چگالی الکترون آزاد و پراکندگی فوتونها را کاهش داد.
- جدا شدن فوتون
- هنگامی که بازترکیب بیشتر الکترونهای آزاد را حذف کرد، مسیر آزاد میانگین فوتونها بزرگتر از افق شد، بنابراین آنها از ماده جدا شدند و از آن زمان به بعد آزادانه از سطح آخرین پراکندگی منتشر شدهاند.
Mechanisms
کاهش دما تعادل یونیزاسیون را تغییر داد به طوری که الکترونهای به دام افتاده توسط پروتونها، هیدروژن خنثی را سریعتر از آنکه تابش بتواند آن را دوباره یونیزه کند، تشکیل دادند؛ با کاهش الکترونهای آزاد، پراکندگی تامسون نادر شد، عمق نوری به زیر یک کاهش یافت، و فوتونها آخرین بار پراکنده شدند تا سفر آزاد خود را به سوی ما آغاز کنند.
Clinical relevance
بازترکیب منشأ تابش زمینه کیهانی را تعیین میکند و انتقال به سرخ (redshift) و مقیاس فیزیکی ویژگیهای آن را تثبیت میکند: افق صوتی در آخرین پراکندگی به عنوان یک خطکش استاندارد عمل میکند، و جزئیات جدا شدن، میرایی و دیدپذیری ناهمسانگردیهای دما را که برای اندازهگیری پارامترهای کیهانشناختی استفاده میشوند، تعیین میکند.
History
تاریخچه بازترکیب برای اولین بار به تفصیل توسط پیبلز و به طور مستقل توسط زلدوویچ و همکارانش در سال ۱۹۶۸ محاسبه شد، که انتقال به سرخ آخرین پراکندگی را نزدیک به ۱۱۰۰ تعیین کرد؛ اصلاحات بعدی، بهبودهایی در درمان بازترکیب هیدروژن و هلیوم که برای کیهانشناسی دقیق لازم است، ایجاد کرد.
Debates
- دقت بازترکیب برای کیهانشناسی دقیق
- استخراج پارامترهای کیهانشناختی از تابش زمینه کیهانی با دقت درصدی نیازمند مدلسازی بازترکیب با دقت مشابه است، که این امر انگیزهای برای اصلاح مداوم فیزیک اتمی این گذار فراهم میکند.
Key figures
- James Peebles
- Yakov Zeldovich
- Rashid Sunyaev
Related topics
Seminal works
- peebles1968
Frequently asked questions
- چرا به آن بازترکیب میگویند در حالی که الکترونها و پروتونها قبلاً هرگز ترکیب نشده بودند؟
- این اصطلاح تاریخی و کمی گمراهکننده است: در جهان اولیه، الکترونها و پروتونها قبلاً هرگز پیوند نخورده بودند، بنابراین این در واقع اولین ترکیب آنها بود، اما نام بازترکیب در کیهانشناسی استاندارد باقی مانده است.
- آیا سطح آخرین پراکندگی یک سطح واقعی است؟
- این یک سطح فیزیکی نیست، بلکه مجموعهای از نقاط است که فوتونهای تابش زمینه کیهانی که به ما میرسند، آخرین بار از آنجا پراکنده شدهاند؛ از آنجا که جدا شدن مدتی طول کشید، در واقع یک پوسته با ضخامت محدود است تا یک سطح بینهایت نازک.