宇宙红外线背景辐射

宇宙红外线背景辐射（CIRB）是由恒星尘埃引起引起的红外辐射。

历史

认识到夜空的黑暗（奥伯斯佯谬）对宇宙学的重要性和对河外背景光的最初推测，可以追溯到19世纪上半叶。尽管这很重要，但第一次的尝试是在1950-1960年代，当时是根据恒星系统的综合星光推导出星系的可见光背景值。在1960年代，尘埃对星光的吸收已经被考虑在内，但没有考虑到这种吸收能量在红外线中的再发射。当时吉姆·皮博斯指出，在一个大爆炸创造的宇宙中，一定有一个宇宙红外背景（CIB）━与宇宙微波背景不同━可以解释恒星和星系的形成和演化。

为了产生现在的金属丰度，早期星系的能量一定比现在的强大。在早期的宇宙红外背景模型中，星光的吸收被忽略掉，因此在这些模型中，宇宙红外背景峰值的波长在1-10μm之间。这些早期的模型已经正确地表明，宇宙红外背景很可能比它的前景场更微弱，因此很难观察到。后来，在银河系附近发现并观测到高亮度红外星系，这表明宇宙红外背景的峰值最有可能出现在波长较长的地方（约50μm），其全功率可能是宇宙微波背景的1〜10%。

正如马丁·哈威特所强调的，宇宙红外背景对于理解一些特殊的天体，比如类星体或极亮红外星系，非常重要：它们在红外波段非常明亮。他还指出，宇宙红外背景通过逆康普顿散射、光电介子和电子-正电子对的产生，对宇宙射线的高能电子、质子和伽马射线造成显著衰减。

在1980年代初期，只能得到宇宙红外背景的上限。对宇宙红外背景真正的观测开始于天文卫星在红外波段工作的时代之后，最早是红外天文卫星（IRAS），随后是宇宙背景探测者（COBE）、红外线太空天文台（ISO）和史匹哲太空望远镜。2009年发射的赫歇尔太空天文台继续探索宇宙红外背景。

史波哲的广域调查发现了宇宙红外背景的各向异性^[1]。

关于宇宙红外背景研究历史的总结，可以在M.G.Hauser和E.Dwek（2001）^[2]和A. Kashlinsky (2005)^[3]的综述论文中找到。

宇宙红外背景的起源

关于宇宙红外背景最重要的问题之一是它的能量来源。在早期的模型中，宇宙红外背景是由在我们的宇宙附近发现的星系红移光谱建立起来的。然而，这些简单的模型不能再现观测到的宇宙红外背景特征。在宇宙的重子物质中有两种巨大的能量来源：核融合和万有引力。

核融合主要在恒星的内部，我们真的可以看到的那种红移光：主要来源是宇宙紫外线和可见光的背景（英语：cosmic ultraviolet- and visual background）。然而，有相当一部分星光是没有直接观测到的。这是因为宿主星系的尘埃可以吸收它，并在红外线中重新发射它，从而形成宇宙红外背景。尽管现今的大多数星系几乎不含尘埃（例如，椭圆星系实际上是无尘埃的），但即使在我们附近也有一些特殊的星系，它们在红外波段非常明亮，同时在光学波段非常微弱（通常几乎看不见）。这些超亮红外星系（ULIRGs）正处于非常活跃的恒星形成时期：它们正与另一个星系发生碰撞或进行合并。这种星系的光学波段被大量的尘埃所掩盖，而在红外波段却因为同样的原因而变得明亮。星系碰撞和合并在过去的宇宙中更为频繁：整个宇宙的恒星形成率（英语：star formation rate）在红移"z"=1…2的周围达到顶峰，是现今平均值的10至50倍。这些星系在"z"=1…2的红移范围内给出了宇宙红外背景总亮度的50〜70%。

宇宙红外背景的另一个重要组成部分是类星体的红外发射。在这些系统中，物质落入中心黑洞的重力位能大部分倍转换成X射线，除非它们倍吸积盘的尘埃环吸收，否则它们将逃逸出去。被吸收的X射线会在红外波段中再次发射出来，这又提供了宇宙红外背景总量的20〜30%；而且在抹些特定波长下，这是宇宙红外背景能量的主要来源。

迄今为止尚未被认识的星系际恒星族群，已经被证明可以解释宇宙红外背景，以及弥漫河外背景辐射的其它元素。如果星系际恒星能够解释所有的背景各向异性，它将需要一个非常大的族群，但这蹦没有被观测排除在外。事实上，这也可以解释相当一部分的暗物质^[4]^[5]。

前景

参考资料

^ Taylor, Kate. "NASA spots glow of universe's first objects." （页面存档备份，存于互联网档案馆） TG Daily, June 8, 2012.
^ M.G. Hauser & E. Dwek. The Cosmic Infrared Background: Measurements and Implications. Annual Review of Astronomy & Astrophysics. 2001, 37: 249–307. Bibcode:2001ARA&A..39..249H. S2CID 45573664. arXiv:astro-ph/0105539 . doi:10.1146/annurev.astro.39.1.249.
^ A. Kashlinsky. Cosmic infrared background and early galaxy evolution. Physics Reports. 2005, 409 (6): 361–438. Bibcode:2005PhR...409..361K. S2CID 14705180. arXiv:astro-ph/0412235 . doi:10.1016/j.physrep.2004.12.005.
^ Cooray; et al. A measurement of the intrahalo light fraction with near-infrared background anisotropies. Nature. 22 October 2012. arXiv:1210.6031v1 .
^ Zemcov; et al. On the Origin of Near-Infrared Extragalactic Background Light Anisotropy. Nature. 5 November 2014. arXiv:1411.1411 .

外部链接

Cosmic InfraRed Background Radiation（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Images（页面存档备份，存于互联网档案馆）
TeV Blazars and Cosmic Infrared Background Radiation （页面存档备份，存于互联网档案馆）, F.A. Aharonian, 2001 Abstract
- PDF Paper^{[永久失效链接]}
Astronomers Discover an Infrared Background Glow in the Universe（页面存档备份，存于互联网档案馆）, Release Number: STScI-1998-01

[1] Taylor, Kate. "NASA spots glow of universe's first objects." （页面存档备份，存于互联网档案馆） TG Daily, June 8, 2012.

[2] M.G. Hauser & E. Dwek. The Cosmic Infrared Background: Measurements and Implications. Annual Review of Astronomy & Astrophysics. 2001, 37: 249–307. Bibcode:2001ARA&A..39..249H. S2CID 45573664. arXiv:astro-ph/0105539 . doi:10.1146/annurev.astro.39.1.249.

[3] A. Kashlinsky. Cosmic infrared background and early galaxy evolution. Physics Reports. 2005, 409 (6): 361–438. Bibcode:2005PhR...409..361K. S2CID 14705180. arXiv:astro-ph/0412235 . doi:10.1016/j.physrep.2004.12.005.

[4] Cooray; et al. A measurement of the intrahalo light fraction with near-infrared background anisotropies. Nature. 22 October 2012. arXiv:1210.6031v1 .

[5] Zemcov; et al. On the Origin of Near-Infrared Extragalactic Background Light Anisotropy. Nature. 5 November 2014. arXiv:1411.1411 .

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历史

宇宙红外背景的起源

前景

相关条目

参考资料

外部链接