Reiyonizasyon

Big Bang kozmolojisinde reiyonizasyon, evrendeki “karanlık dönem”den sonra maddeyi reiyonize eden süreçtir ve büyük faz geçişinden ikincisidir. Baryonik maddelerin çoğunluğu hidrojen formunda olduğundan dolayı, reiyonizasyon genellikle “Hidrojen gazının reiyonizasyonu” olarak anılmaktadır. Evren tarihinde ilksel Helyum da aynı faz değişimine uğrasa da, farklı noktalarda gerçekleşen bu olaya **Helyum reiyonizasyonu** ismi verilir.

#### Arka plan

Hidrojenin evrendeki ilk faz değişimi kırmızıya kayan z=1089(Big Bang'den 379,000 yıl sonra) bir rekombinasyondu. Evrenin, elektron ve protonların rekombinasyon hızının nötr hidrojen oluşturacak kadar yeterli olan noktasına doğru soğumasından dolayı; bu noktalarda reiyonizasyon hızı daha fazlaydı. Evren rekombinasyon öncesi serbest elektronlardan saçılan fotonlar yüzünden opaktı, fakat sonralarda daha fazla proton ve elektronun birleşip nötr Hidrojen atomlarının oluşturmasıyla artarak şeffaflaştı. Nötr Hidrojen atomunun içindeki elektronlar fotonları uyarılmış seviyeye çıkarak absorbe edebilirler. Sonuç olarak nötr Hidrojen atomlarıyla dolu bir evren göreceli şekilde o dalga boylarında opak, spektrumun geri kalanında ise görünebilir olacaktır. İşte bu noktada Karanlık Dönem başlamaktadır, çünkü o zamanlarda, yavaşça karanlıklaşan kozmik arka plan ışınımından başka hiçbir ışık kaynağı yoktu.

İkinci faz değişimi, nötr Hidrojen'i iyonize etmeye yetecek kadar enerjik olan genç evrende, cisimlerin yoğunlaşmaya başlamasıyla gerçekleşmiştir. Bu cisimler oluştuğu için ve bunlar enerji yaydıklarından dolayı, evren artık nötr olmaktan çıktı ve bir kez daha iyonlaşmış plazmaya dönüştü. Bu olay Big Bang'den 150 milyon-1 milyar yıl sonra gerçekleşti (kırmızıya kayışta 610 için hala tamamen nötr olması gerekliliğini bize sunar.

#### KMA Anizotropisi ve Polarizasyon
Farklı açı skalalarında kozmik mikrodalga arka planının anizotropisi reiyonizasyon üzerindeki çalışmalar için kullanılabilir. Fotonlar etrafta serbest elektronlar varsa, saçılma eğilimi gösterirler, bu durum Thomson saçılması olarak adlandırılır. Fakat evren genişlediğinden, serbest elektronların yoğunluğu düşecek, haliyle saçılma daha seyrek gerçekleşecektir. Reiyonizasyon sırasında ve sonrasında elektron yoğunluğunu azaltacak kadar belirgin bir genişleme gerçekleşti, KMA'yı oluşturan ışık, gözlenebilen Thomson saçılmasını gerçekleştirebilecekti. Bu saçılma KMA anizotropi haritasında bir işaret bırakacaktı, bu işaret ikincil anizotropilerin habercisiydi (rekombinasyon sonrası ortaya çıkan anizotropiler). Anizotropileri silen bu ortalama etki, küçük boyutlarda gerçekleşir. Küçük boyutlardaki anizotropiler yok olurken, polarizasyon anizotropileri aslında reiyonizasyon sayesinde ortaya çıkar. Gözlenen KMA anizotropilerine bakılarak ve reiyonizasyonun rol almamış durumlarıyla karşılaştırılarak, elektronun reiyonizasyon zamanı sütun yoğunluğu çıkarılabilir. Bununla birlikte, reiyonizasyonun gerçekleştiği andaki evrenin yaşı hesaplanabilir.

Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Araştırmaları bu karşılaştırmaları mümkün kılmıştır. 2003'te yayınlanan ilk gözlemler, reiyonizasyonun 115.8 Quasars in the Sloan Digital Sky Survey. I. Discovery of Three New Quasars and the Spatial Density of Luminous Quasars at z~6". The Astronomical Journal 122 (6): 2833–2849. arXiv:astro-ph/0108063. Bibcode:2001AJ....122.2833F. doi:10.1086/324111.
* Jump up  ^ Nickolay Gnedin and Jeremiah Ostriker (1997). "Reionization of the Universe and the Early Production of Metals". Astrophysical Journal 486 (2): 581–598. arXiv:astro-ph/9612127. Bibcode:1997ApJ...486..581G. doi:10.1086/304548.
* Jump up  ^ Limin Lu et al. (1998). "The Metal Contents of Very Low Column Density Lyman-alpha Clouds: Implications for the Origin of Heavy Elements in the Intergalactic Medium". arXiv:astro-ph/9802189.
* Jump up  ^ R. A. E. Fosbury et al. (2003). "Massive Star Formation in a Gravitationally Lensed H II Galaxy at z = 3.357". Astrophysical Journal 596 (1): 797–809. arXiv:astro-ph/0307162. Bibcode:2003ApJ...596..797F. doi:10.1086/378228.
* Jump up  ^ Jason Tumlinson et al. (2002). "Cosmological Reionization by the First Stars: Evolving Spectra of Population III". ASP Conference Proceedings 267: 433–434. Bibcode:2002hsw..work..433T.
* Jump up  ^ Aparna Venkatesan et al. (2003). "Evolving Spectra of Population III Stars: Consequences for Cosmological Reionization". Astrophysical Journal 584 (2): 621–632. arXiv:astro-ph/0206390. Bibcode:2003ApJ...584..621V. doi:10.1086/345738.
Jump up  ^ Marcelo Alvarez et al. (2006). "The H II Region of the First Star". Astrophysical Journal 639 (2): 621–632. arXiv:astro-ph/0507684. Bibcode:2006ApJ...639..621A. doi:10.1086/499578.