ライマンαの森

天体分光法において、ライマンαフォレストとは、遠方の銀河やクエーサーのスペクトルに見られる一連の吸収線のことで、中性水素原子のライマンα電子遷移に由来する。光が異なる赤方偏移を持つ複数のガス雲を通過するにつれて、複数の吸収線群が形成される。

吸収線の「森」は、クエーサーが電磁スペクトル上で放射する周波数範囲が広いことの結果として現れる。^{[ 1 ]}

ライマンαフォレストは、1970年に天文学者ロジャー・リンズがクエーサー4C 05.34の観測で初めて発見した。^{[ 2 ]}クエーサー4C 05.34は当時観測された中で最も遠い天体であり、リンズはそのスペクトルに異常に多くの吸収線があることに気づき、吸収線のほとんどすべてが同じライマンα遷移によるものだと示唆した。^{[ 3 ]}ジョン・バコールとサミュエル・ゴールドスミスによる追跡観測で、異常な吸収線の存在が確認されたが、吸収線の起源についてはそれほど決定的ではなかった。^{[ 4 ]}その後、他の多くの高赤方偏移クエーサーのスペクトルにも、同じ狭い吸収線系があることが観測された。リンズは、それらを「ライマンαフォレスト」と初めて表現した。^{[ 5 ]}ヤン・オルトは、吸収特性はクエーサー自体内部の物理的相互作用によるものではなく、超銀河団内の銀河間ガス雲内部の吸収によるものだと主張した。^{[ 6 ]}

中性水素原子の場合、スペクトル線は電子がエネルギー準位間を遷移するときに形成されます。ライマン系列のスペクトル線は、電子が基底状態とより高いエネルギー準位（励起状態）の間を遷移することによって生成されます。ライマンα遷移は、電子が基底状態（n  =  1）と第一励起状態（n  =  2）の間を遷移することに対応します。ライマンαスペクトル線の実験室波長（または静止波長）は1216 Åで、これは電磁スペクトルの紫外線領域にあります。^{[ 7 ]} 

クエーサーのスペクトルに見られるライマンα吸収線は、銀河やクエーサーの光が通過してきた銀河間ガスに由来するものです。銀河間空間にある中性水素雲は、地球からの距離が異なるため、赤方偏移の度合いも異なり、吸収線は様々な波長で観測されます。それぞれの雲は、観測スペクトルの異なる位置に吸収線という形で独自の痕跡を残します。

ライマンα線群は銀河間物質の重要なプローブであり、中性水素を含む雲の頻度と密度、およびその温度を決定するために使用できます。ヘリウム、炭素、シリコンなどの他の元素の線（赤方偏移が一致する）を探すことで、雲中のより重い元素の存在量も調べることができます。中性水素の柱密度が高い雲は、線の周りに典型的な減衰翼を示し、減衰ライマンα系と呼ばれます。

より高い赤方偏移にあるクエーサーでは、フォレスト内の線の数が多くなりますが、赤方偏移が約6になると、銀河間物質中の水素中性物質が非常に多くなるため、フォレストはガン・ピーターソントラフに変化します。これは、宇宙の再電離の終焉を示しています。

ライマンアルファフォレストの観測は、宇宙論モデルを制約するために使用できます。^{[ 8 ]}また、ダークマターの自由ストリーミングスケールなど、ダークマターの特性を制約するためにも使用できます。熱的残存ダークマターモデルの場合、これはダークマター粒子の質量と密接に関係しています。

銀河形成モデルに関して言えば、ライマンアルファフォレストのフラックスは銀河形成による銀河風の影響を受ける可能性がある。^{[ 9 ]}さらに、ライマンアルファフォレストを分析することで、宇宙でヘリウム(II)が再電離された時期に関する情報が得られる。^{[ 9 ]}

ライマンアルファフォレストのデータを解析する際、減衰ライマンアルファ吸収線（DLA）と広帯域吸収線（BAL）は、データを連続スペクトルにフィッティングする際に干渉する可能性があります。水素（I）を多く含む銀河は、スペクトルに干渉吸収線（DLA）を生成し、正しいプロファイルの識別を妨げる可能性があります。クエーサーの降着円盤からの電離プラズマ流が広帯域吸収線（BAL）の原因であると考えられています。^{[ 10 ]}

• ライマンαブロブ
• ライマンブレイク銀河
• ライマンアルファ線放出体
• ライマン連続光子

• Rauch, Michael. 「QSOSのスペクトルにおけるライマンアルファフォレスト」 。 2009年3月30日取得。
• Liske, J; Webb, J. K; Carswell, R. F (1998). "ライマンαフォレストの大規模構造：新しい手法" .Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 301 (3): 787–796 . arXiv : astro-ph/9808082 . Bibcode : 1998MNRAS.301..787L . doi : 10.1046/j.1365-8711.1998.02048.x . S2CID 119377250 . 
• 「ライマンアルファ系と宇宙論」 。 2009年3月30日取得。