Искажения спектра реликтового излучения при рекомбинации первичной плазмы в ранней Вселенной

В настоящее время практически все физические процессы, происходившие в эпоху рекомбинации водорода и гелия в интервале красных смещений $900 < z < 7000$, хорошо изучены. Теоретические работы последнего десятилетия по этой теме восстанавливают полную картину рекомбинации и различных эффектов, обусловленных ею. Наиболее важный с точки зрения будущих наблюдений эффект — это уникальные искажения чернотельного спектра реликтового излучения (РИ), связанные с излучением фотонов в процессе рекомбинации. Совокупность этих фотонов образует космологический рекомбинационный спектр, накладывающийся на планковский трёхградусный спектр РИ. Динамика рекомбинации водорода определяется двумя процессами: двухфотонным переходом $2{\rm s}\to1{\rm s}$ и выходом ${\rm L}_\alpha$-фотонов из профиля линии в результате многократного рассеяния в расширяющейся среде. Около $57\%$ всего водорода во Вселенной при $z\lesssim1400$ рекомбинировало через двухфотонный канал, так что именно этот процесс является определяющим для динамики рекомбинации водорода. Отношение концентраций фотонов РИ и барионов огромно, поэтому дополнительные “рекомбинационные” фотоны составляют всего около $10^{-9}{-}10^{-8}$ от общего количества, и вызываемые ими искажения спектра РИ малы. Наиболее перспективными для будущих наблюдений представляются относительные искажения в рэлей-джинсовской области спектра РИ, на дециметровых волнах. Так, на частоте $300$ МГц ожидаются относительные искажения интенсивности порядка $10^{-7}{-}10^{-6}$. Бальмеровская и пашеновская серии водорода попадают в диапазон максимума РИ. В виновской части спектра наблюдениям будет сильно мешать космический инфракрасный и субмиллиметровый фон, практически делая невозможными прямые наблюдения. Измерение искажений вблизи максимума также пока невозможно при современном уровне развития аппаратуры (относительные искажения там менее $10^{-8}$). Однако ряд исследователей считает, что точность $10$ нК вполне достижима в ближайшем будущем. Поскольку спектр РИ одинаков во всех направлениях, для наблюдений можно выбрать любой участок неба, причём желательно, чтобы влияние различных космических фонов и помех там было минимальным (например, вблизи галактического полюса). Существенно также, что искомый сигнал должен быть неполяризованным — это можно использовать для отделения его от сигналов других источников.