En espectroscopia astronómica , el bosque Lyman-alfa es una serie de líneas de absorción en los espectros de galaxias y cuásares distantes que surgen de la transición electrónica Lyman-alfa del átomo de hidrógeno neutro . A medida que la luz viaja a través de múltiples nubes de gas con diferentes corrimientos al rojo, se forman múltiples líneas de absorción.
El bosque Lyman-alfa fue descubierto por primera vez en 1970 por el astrónomo Roger Lynds en una observación del cuásar 4C 05.34 . [1] El cuásar 4C 05.34 fue el objeto más lejano observado hasta esa fecha, y Lynds notó una cantidad inusualmente grande de líneas de absorción en su espectro y sugirió que la mayoría de las líneas de absorción se debían a la misma transición Lyman-alfa . [2] Observaciones posteriores de John Bahcall y Samuel Goldsmith confirmaron la presencia de las líneas de absorción inusuales, aunque fueron menos concluyentes sobre el origen de las líneas. [3] Posteriormente, se observó que los espectros de muchos otros cuásares de alto corrimiento al rojo tenían el mismo sistema de líneas de absorción estrechas. Lynds fue el primero en describirlos como el "bosque Lyman-alfa". [4] Jan Oort argumentó que las características de absorción no se deben a ninguna interacción física dentro de los propios cuásares, sino a la absorción dentro de nubes de gas intergaláctico en supercúmulos. [5]
En el caso de un átomo de hidrógeno neutro , las líneas espectrales se forman cuando un electrón pasa de un nivel de energía a otro. Las líneas espectrales de la serie Lyman se producen cuando los electrones pasan del estado fundamental a niveles de energía superiores (estados excitados). La transición Lyman-alfa corresponde a un electrón que pasa del estado fundamental ( n = 1) al primer estado excitado ( n = 2). La línea espectral Lyman-alfa tiene una longitud de onda de laboratorio (o longitud de onda en reposo) de 1216 Å , que se encuentra en la porción ultravioleta del espectro electromagnético . [6]
Las líneas de absorción Lyman-alfa en los espectros de los cuásares son el resultado del gas intergaláctico a través del cual ha viajado la luz de la galaxia o del cuásar. Dado que las nubes de hidrógeno neutro en el medio intergaláctico tienen diferentes grados de desplazamiento al rojo (debido a su distancia variable de la Tierra), sus líneas de absorción se observan en un rango de longitudes de onda . Cada nube individual deja su huella como una línea de absorción en una posición diferente en el espectro observado .
El bosque Lyman-alfa es una sonda importante del medio intergaláctico y se puede utilizar para determinar la frecuencia y densidad de nubes que contienen hidrógeno neutro , así como su temperatura. Al buscar líneas de otros elementos como helio , carbono y silicio (que coincidan en el corrimiento al rojo ), también se puede estudiar la abundancia de elementos más pesados en las nubes. Una nube con una alta densidad de columna de hidrógeno neutro mostrará alas de amortiguamiento típicas alrededor de la línea y se denomina sistema Lyman-alfa amortiguado .
En los cuásares con un desplazamiento al rojo mayor, el número de líneas en el bosque es mayor, hasta un desplazamiento al rojo de aproximadamente 6, donde hay tanto hidrógeno neutro en el medio intergaláctico que el bosque se convierte en una depresión de Gunn-Peterson . Esto muestra el final de la reionización del universo.
Las observaciones del bosque Lyman-alfa se pueden utilizar para restringir los modelos cosmológicos. [7] También se pueden utilizar para restringir las propiedades de la materia oscura , como la escala de flujo libre de materia oscura, que para los modelos de materia oscura de reliquia térmica está estrechamente relacionada con la masa de partículas de materia oscura.