Rekombinasyon ve Son Saçılma
Büyük Patlama'dan yaklaşık 380.000 yıl sonra, evren elektronların ve protonların nötr hidrojene birleşmesi için yeterince soğumuş, böylece günümüzde kozmik mikrodalga arka plan ışıması olarak gözlemlediğimiz radyasyonu serbest bırakmıştır.
Tanım
Rekombinasyon, serbest elektronların ve protonların nötr hidrojene birleştiği kozmolojik bir dönemdir; son saçılma ise, fotonların elektronlardan sıkça saçılmayı bırakıp serbestçe hareket etmeye başladığı, kozmik mikrodalga arka plan ışımasının kaynaklandığı etkin yüzeyi tanımlayan, biraz daha sonraki bir andır.
Kapsam
Bu konu, ilkel plazmanın nötr hale geldiği rekombinasyon dönemini, bunun sonucunda fotonların maddeden ayrışmasını (decoupling), kozmik mikrodalga arka plan ışımasının serbestçe yayıldığı son saçılma yüzeyini ve gözlemlenen arka planı şekillendiren bu geçişin kalınlığını ve fiziğini kapsamaktadır.
Temel sorular
- Evren rekombinasyon sırasında neden şeffaf hale gelmiştir?
- Son saçılma yüzeyi nedir?
- Ayrışmanın (decoupling) fiziği kozmik mikrodalga arka plan ışımasını nasıl şekillendirir?
Anahtar kavramlar
- Rekombinasyon
- Ayrışma (Decoupling)
- Son saçılma yüzeyi
- Nötr hidrojen
- Serbest elektron oranı
- Optik derinlik
Temel kuramlar
- Kozmolojik rekombinasyon
- Evren genişleyip birkaç bin Kelvin'in altına soğuduğunda, elektronlar ve protonlar nötr hidrojene bağlanmış, bu da serbest elektron yoğunluğunu ve fotonların saçılmasını keskin bir şekilde azaltmıştır.
- Foton ayrışması (decoupling)
- Rekombinasyon çoğu serbest elektronu ortadan kaldırdığında, fotonların ortalama serbest yolu ufuktan daha büyük hale gelmiş, böylece maddeden ayrışmışlar (decoupled) ve o zamandan beri son saçılma yüzeyinden serbestçe yayılmışlardır.
Mekanizmalar
Sıcaklığın düşmesi iyonlaşma dengesini değiştirmiş, böylece protonlar tarafından yakalanan elektronlar, radyasyonun onları yeniden iyonlaştırmasından daha hızlı bir şekilde nötr hidrojen oluşturmuştur. Serbest elektronlar azaldığında, Thomson saçılması nadir hale gelmiş, optik derinlik birin altına düşmüş ve fotonlar bize doğru serbest yolculuklarına başlamak üzere son kez saçılmıştır.
Klinik önem
Rekombinasyon, kozmik mikrodalga arka plan ışımasının kökenini belirler ve özelliklerinin kırmızıya kaymasını ve fiziksel ölçeğini sabitler: son saçılmadaki ses ufku standart bir cetvel görevi görür ve ayrışmanın (decoupling) detayları, kozmolojik parametreleri ölçmek için kullanılan sıcaklık anizotropilerinin sönümlenmesini ve görünürlüğünü belirler.
Tarihçe
Rekombinasyon tarihi ilk olarak 1968'de Peebles tarafından ve bağımsız olarak Zeldovich ve arkadaşları tarafından ayrıntılı bir şekilde hesaplanmış, son saçılmanın kırmızıya kayması yaklaşık 1100 olarak belirlenmiştir. Daha sonraki iyileştirmeler, hassas kozmoloji için gerekli olan hidrojen ve helyum rekombinasyonunun ele alınışını geliştirmiştir.
Tartışmalar
- Hassas kozmoloji için rekombinasyon doğruluğu
- Kozmik mikrodalga arka plan ışımasından yüzde hassasiyetle kozmolojik parametreleri çıkarmak, rekombinasyonun benzer bir doğrulukla modellenmesini gerektirmekte, bu da geçişin atom fiziğinin sürekli olarak iyileştirilmesini teşvik etmektedir.
Öne çıkan isimler
- James Peebles
- Yakov Zeldovich
- Rashid Sunyaev
İlgili konular
Temel eserler
- peebles1968
Sıkça sorulan sorular
- Elektronlar ve protonlar daha önce hiç birleşmemişse neden rekombinasyon olarak adlandırılmaktadır?
- Terim tarihseldir ve biraz yanıltıcıdır: erken evrende elektronlar ve protonlar daha önce hiç bağlı halde bulunmamıştır, bu nedenle bu aslında onların ilk birleşmesiydi, ancak rekombinasyon adı kozmolojide standart olarak kalmıştır.
- Son saçılma yüzeyi gerçek bir yüzey midir?
- Fiziksel bir yüzey değildir, ancak bize ulaşan kozmik mikrodalga arka plan fotonlarının son kez saçıldığı noktalar kümesidir; ayrışma (decoupling) biraz zaman aldığı için, sonsuz ince bir yüzeyden ziyade sonlu kalınlıkta bir kabuktur.