Lyman α stråling


Kort forklaring: Lyman α (eller Lyα) er en bestemt slags ultraviolet lys, der kommer fra hydrogen.

Endnu er den eneste måde at modtage information fra det ydre rum på gennem stråling, dvs. lys. Stråling består af lyspartikler, eller fotoner, som er karakteriseret ved deres energi E, deres frekvens ν (ny), eller deres bølgelængde λ (lambda). Jo højere energi, jo højere frekvens, men jo kortere bølgelængde, og vice versa. De forskellige termer er bare forskellige måder at snakke om lys på.

Astronomer kan tit godt lide at måle bølgelængder i Ångström (Å), dvs. en 100 milliontedel af en cm. Hvis strålingens bølgelængder ligger mellem ca. 4000 Å og 7000 Å, er lyset synligt for det menneskelige øje, og vi kalder det farver. Jo kortere bølgelængde, jo mere blåt er lyset, mens det bliver mere rødt for længere bølgelængder. Hvis λ < 4000 Å, kalder vi det ultraviolet (UV) lys, og for endnu kortere bølgelængder har vi røngtenstråler og gammastråler. Hvis λ > 7000 Å, kalder vi det infrarødt (IR) lys, mikrobølger og radiobølger.

Én speciel slags UV-lys er særlig interessant for astronomer, nemlig fotoner med en bølgelængde på 1216 Å. Stråling der består af fotoner med denne bølgelængde kaldes Lyman α stråling, eller blot Lyα).

Lyα indikerer hydrogen

Grunden til at Lyα er så interessant er, at det dannes af hydrogen, og hydrogen udgør over 90% af alle grundstofferne i Universet. Energien af en Lyα foton svarer til energiforskellen mellem grundtilstanden og 1. exciterede tilstand af et hydrogenatom. Det betyder, at en Lyα foton der rammer et hydrogenatom i grundtilstanden vil excitere det til 1. tilstand. Efter en stund (en 100-milliontedel af et sekund) henfalder atomet tilbage til grundtilstanden, mens den genudsender fotonen (eller en anden). Fotonen siges at være blevet spredt (udtrykket kommer af, at en stråle bestående af mange fotoner, som rammer ind i en gassky, bliver spredt for alle vinde, men den enkelte foton bliver altså ikke skilt ad).

Til gengæld, hvis en såkaldt Lyβ foton rammer hydrogenatomet, vil det excitere det til 2. tilstand. Herfra kan atomet henfalde direkte til grundtilstanden under udsendelse af en Lyβ foton, men det kan også gå først til 1. tilstand, og denæst til grundtilstanden under udsendelse af to fotoner (hvis sum af energi er lig Lyβ fotonens), i hvilket tilfælde Lyβ fotonen bliver ødelagt.

Kun hvis fotonens energi er meget tæt på energiforskellen mellem grund- og 1. tilstand — hvis den er i resonans — vil den interagere med atomet. Vi siger derfor også, at Lyα fotonen bliver resonansspredt.

Det er dette fænomen der gør Lyα så speciel: det er én af de oftest producerede fotoner, og selv hvis den bliver dannet dybt inde i en hydrogensky kan den "sprede sig vej" ud gennem gassen og slippe ud af skyen uden at blive absorberet, hvorved vi bliver i stand til at detektere kilden.

Derfor er Lyα et af vores vigtigste vinduer til, især, det meget fjerne Univers. Eftersom det meget fjerne Univers også betyder det meget tidlige Univers, er observationer af Lyα-stråling en meget effektiv måde til at lære om, hvordan galakserne blev dannet.

Og galakser er pænt seje.