Kryzys niedoboru fotonów
Kryzys niedoboru fotonów to kosmologiczna dyskusja dotycząca rzekomego deficytu między obserwowanymi fotonami a przewidywanymi fotonami.
Deficyt lub kryzys niedoboru to teoretyczny problem wynikający z porównania obserwacji światła ultrafioletowego emitowanego przez znane populacje galaktyk i kwazarów z teoretycznymi przewidywaniami ilości światła ultrafioletowego potrzebnego do symulacji obserwowanego rozkładu gazowego wodoru we wszechświecie lokalnym w symulacji kosmologicznej. Dystrybucja gazowego wodoru została wywnioskowana na podstawie obserwacji lasów Lyman-alfa z Cosmic Origins Spectrograph Kosmicznego Teleskopu Hubble'a . Ilość światła z galaktyk i kwazarów można oszacować na podstawie jego wpływu na rozkład wodoru i helu w obszarach między galaktykami. Wysokoenergetyczne fotony ultrafioletowe mogą przekształcać obojętny elektrycznie wodór w gaz zjonizowany.
Zespół kierowany przez Junę Kollmeier zgłosił nieoczekiwany deficyt około 400% między światłem jonizującym ze znanych źródeł a rzeczywistymi obserwacjami międzygalaktycznego wodoru. Kollmeier i jej zespół napisali w swoim raporcie naukowym: „Badamy statystyki lasu Lyman-alfa o niskim przesunięciu ku czerwieni z symulacji hydrodynamicznych wygładzonych cząstek w świetle ostatnich ulepszeń w szacowanej ewolucji kosmicznego tła ultrafioletowego (UVB) i ostatnich obserwacji z Spektrograf Kosmicznego Pochodzenia (COS). Odkryliśmy, że wartość szybkości fotojonizacji metagalaktycznej wymaganej przez nasze symulacje, aby dopasować obserwowane właściwości lasu Lyman-alfa o niskim przesunięciu ku czerwieni, jest 5 razy większa niż wartość przewidywana przez najnowocześniejsze modele ewolucji tę ilość”. Symulacje kosmologiczne rozpoczynają się od bardzo wysokiego kosmologicznego przesunięcia ku czerwieni z (takiego jak z=100 lub większe) i ewoluują do z=0.
Według Benjamina D. Oppenheimera, który jest jednym ze współautorów raportu, „Symulacje doskonale pasują do danych dotyczących wczesnego Wszechświata i doskonale pasują do danych lokalnych, jeśli pozwolimy sobie założyć, że to dodatkowe światło naprawdę tam jest. Możliwe, że symulacje nie odzwierciedlają rzeczywistości, co samo w sobie byłoby zaskoczeniem, ponieważ międzygalaktyczny wodór jest składnikiem Wszechświata, który naszym zdaniem najlepiej rozumiemy”. Kollmeier i jej zespół stwierdzają, że „...albo konwencjonalne źródła fotonów jonizujących (galaktyki i kwazary) muszą wnieść znacznie więcej niż obecne szacunki obserwacyjne, albo nasze teoretyczne zrozumienie wszechświata o niskim przesunięciu ku czerwieni wymaga znacznej rewizji”. Podobne badanie, prowadzone przez Michaela Shulla, wykazało, że deficyt jest tylko współczynnikiem 2, a nie współczynnikiem 5, jak wcześniej twierdzono.
Potencjalne rozwiązanie kryzysu związanego z niedoborem fotonów przedstawiono w serii ostatnich artykułów. Khaire i Srianand wykazali, że przy użyciu zaktualizowanych obserwacji kwazarów i galaktyk można łatwo uzyskać współczynnik fotojonizacji metagalaktycznej od 2 do 5 razy większy. Niedawne obserwacje kwazarów wskazują, że udział kwazarów w fotonach ultrafioletowych jest dwukrotnie większy w porównaniu z poprzednimi szacunkami. Zrewidowany wkład galaktyk jest również o 3 razy wyższy. Ponadto symulacje Kollmeier GADGET-2 nie obejmowały ogrzewania z aktywnych jąder galaktycznych (AGN) informacje zwrotne. Wykazano, że włączenie sprzężenia zwrotnego AGN jest ważnym elementem ogrzewania w ośrodku międzygalaktycznym o niskim przesunięciu ku czerwieni (IGM) (Gurvich, Burkhart i Bird 2016.). Oznacza to, że dane COS o niskim przesunięciu ku czerwieni można wykorzystać do kalibracji modeli sprzężenia zwrotnego AGN w symulacjach kosmologicznych.