Rekombinace je období ve vývoji raného vesmíru, během něhož se volné elektrony a protony spojovaly za vzniku elektricky neutrálních atomů, především vodíku. Tento proces probíhal přibližně 380 000 let po velkém třesku, kdy teplota vesmíru poklesla natolik, že nově vznikající atomy již nebyly okamžitě ionizovány okolním zářením.

Rekombinace představuje přechod od horkého ionizovaného plazmatu k převážně neutrálnímu plynu. Je úzce spojena s oddělením fotonů od látky, při němž se vesmír stal průhledným pro elektromagnetické záření. Fotony uvolněné během tohoto období jsou dnes pozorovány jako reliktní záření.

V kosmologii se rozlišuje mezi epochou rekombinace, epochou oddělení fotonů a epochou posledního rozptylu. Tyto události spolu časově úzce souvisejí, nejsou však zcela totožné.

Průběh Přestože rekombinace, oddělení záření od látky a poslední rozptyl fotonů proběhly v časově blízkém období, nejde o totožné fyzikální události. V kosmologii se tyto procesy rozlišují, protože každý z nich popisuje jiný aspekt přechodu vesmíru z horkého ionizovaného plazmatu do stavu, v němž se záření může volně šířit prostorem.

Vznik neutrálního vodíku Před rekombinací byl vesmír vyplněn horkým plazmatem tvořeným převážně protony, elektrony a fotony. Vzhledem k vysoké teplotě docházelo k neustálé ionizaci vznikajících atomů a stabilní neutrální vodík nemohl existovat. S pokračujícím rozpínáním vesmíru však teplota klesala, až nastalo období, kdy se elektrony a protony začaly trvale spojovat za vzniku neutrálních atomů vodíku.

Za epochu rekombinace se obvykle považuje okamžik, kdy počet neutrálních atomů převýšil počet ionizovaných částic. Rekombinace neproběhla okamžitě, ale během určitého časového intervalu, v němž se podíl ionizované látky postupně snižoval. Výsledkem tohoto procesu byl vznik převážně neutrálního plynu, který později vytvořil základ pro vznik prvních hvězd a galaxií.

Oddělení záření od látky Vznik neutrálních atomů výrazně snížil počet volných elektronů, na nichž se mohly fotony rozptylovat. Tím začala klesat pravděpodobnost interakce mezi zářením a látkou a vesmír se postupně stával průhledným pro elektromagnetické záření.

Za epochu oddělení záření od látky se považuje okamžik, kdy rychlost rozptylu fotonů na elektronech poklesla pod rychlost rozpínání vesmíru vyjádřenou Hubbleovým parametrem. Od tohoto okamžiku se většina fotonů mohla šířit prostorem prakticky bez dalších interakcí. Záření, které se tehdy od látky oddělilo, je dnes pozorováno jako reliktní záření.

Poslední rozptyl fotonů Ani po oddělení záření od látky nepřestaly všechny interakce mezi fotony a elektrony současně. Jednotlivé fotony prodělaly svůj poslední rozptyl v mírně odlišných okamžicích a na různých místech tehdejšího vesmíru.

Fotony reliktního záření, které dnes pozorujeme, pocházejí z oblasti označované jako povrch posledního rozptylu (též sféra posledního rozptylu). Jde o pomyslnou kulovou vrstvu, z níž k pozorovateli přichází záření uvolněné při posledních interakcích fotonů s nabitými částicemi.

Studium nepatrných anizotropií reliktního záření poskytuje důležité informace o složení, geometrii a vývoji raného vesmíru. Povrch posledního rozptylu proto představuje jeden z nejvýznamnějších pozorovatelných zdrojů informací o podmínkách panujících v době rekombinace.

Fyzikální podmínky V době rekombinace měl vesmír přibližně následující parametry:

Velikost Hodnota Rudý posuv Teplota přibližně 3800 K Stáří vesmíru přibližně 0,25 milionu let

Význam v kosmologii Rekombinace představuje jeden z klíčových mezníků ve vývoji vesmíru. Ukončila období, kdy bylo záření silně vázáno na látku prostřednictvím častých interakcí s volnými elektrony, a umožnila fotonům volné šíření prostorem. Důsledkem tohoto procesu vzniklo reliktní záření, které dnes poskytuje přímé informace o fyzikálních podmínkách panujících v raném vesmíru.

Pozorování reliktního záření umožňuje určovat základní parametry kosmologických modelů, například stáří vesmíru, jeho geometrii, obsah baryonové hmoty nebo podíl temné hmoty. Nehomogenity zachycené v reliktním záření zároveň představují zárodky pozdější tvorby galaxií, kup galaxií a dalších velkorozměrových struktur. Významným potvrzením této souvislosti bylo objevení anizotropií reliktního záření družicí COBE v roce 1992. Naměřené nepatrné rozdíly teplot v různých směrech na obloze představují otisk hustotních fluktuací přítomných již v době rekombinace. Tyto fluktuace jsou považovány za zárodky struktur, z nichž se později vyvinuly galaxie a kupy galaxií.

Rekombinace tvoří důležitou hranici pozorovatelného vesmíru. Elektromagnetická pozorování nemohou přímo zachytit dřívější období, protože před oddělením záření od látky byl vesmír pro fotony neprůhledný. Informace o ještě starších fázích kosmického vývoje je proto nutné získávat nepřímo, například prostřednictvím teoretických modelů, reliktních neutrin nebo gravitačních vln.

Otevřené otázky Základní průběh rekombinace je v rámci standardního kosmologického modelu dobře popsán a je ve shodě s pozorováním reliktního záření. Současný výzkum se zaměřuje především na zpřesňování modelů rekombinace a na studium drobných efektů, které mohou ovlivňovat vlastnosti reliktního záření na vysoké úrovni přesnosti.

Přesná měření reliktního záření mohou v budoucnu přispět k ověření nebo vyloučení některých rozšíření standardního kosmologického modelu, například hypotéz o dodatečných reliktních částicích, změnách ionizační historie vesmíru nebo jiných fyzikálních procesech probíhajících v raných fázích jeho vývoje.

Odkazy

Reference

Literatura

Související články Rozpínání vesmíru Model Lambda-CDM Kosmická inflace Vznik a vývoj vesmíru

Externí odkazy

Kategorie:Astrofyzika Kategorie:Kosmologie