Absorption:
* Série Lyman: Les atomes d'hydrogène peuvent absorber la lumière à des longueurs d'onde spécifiques correspondant aux transitions des électrons de l'état fondamental (n =1) à des niveaux d'énergie plus élevés (n =2, 3, 4, etc.). Cette absorption est particulièrement forte pour la lignée Lyman-alpha (n =1 à n =2), qui a une longueur d'onde de 121,6 nanomètres (UV). Cette absorption est la raison pour laquelle l'univers semble opaque au rayonnement UV aux décalages vers le rouge supérieur à environ 10.
* Autres séries: L'absorption peut également se produire pour d'autres séries de transitions, telles que la série Balmer (n =2 à des niveaux supérieurs), mais ces lignes sont généralement plus faibles car elles nécessitent d'abord l'atome d'hydrogène dans un état excité.
Émission:
* recombinaison: Lorsqu'un atome d'hydrogène absorbe un photon, son électron saute à un niveau d'énergie plus élevé. Il peut ensuite revenir spontanément à un niveau d'énergie inférieur, émettant un photon d'une longueur d'onde spécifique. Ce processus est appelé recombinaison.
* Excitation collisionnelle: Les collisions entre les atomes d'hydrogène ou d'autres particules peuvent également exciter les électrons à des niveaux d'énergie plus élevés, suivis de l'émission de photons lorsqu'ils reviennent à des niveaux inférieurs.
Dispersion:
* diffusion de Thomson: C'est la diffusion de la lumière par les électrons libres. Il est le plus important à des températures élevées et de faibles densités, où l'hydrogène est ionisé.
* diffusion de Rayleigh: Il s'agit de la diffusion de la lumière par les molécules, y compris l'hydrogène neutre. Il est le plus important aux basses températures et densités.
Effets sur l'observation:
* lignes spectrales: L'absorption et l'émission de lumière par les nuages d'hydrogène créent des lignes spectrales distinctes qui peuvent être observées avec des télescopes. Ces lignes fournissent des informations sur la composition, la température et la densité du nuage.
* Reddening: La diffusion de la lumière par les grains de poussière dans les nuages d'hydrogène peut entraîner un rythme de la lumière, un phénomène connu sous le nom de rougeur.
* opacité: L'absorption et la diffusion de la lumière par les nuages d'hydrogène rendent les nuages opaques à certaines longueurs d'onde de lumière.
Les processus spécifiques qui dominent dépendent des propriétés du nuage d'hydrogène et de la lumière qui le traverse. Par exemple, les nuages denses et froids absorberont principalement le rayonnement Lyman-alpha, tandis que les nuages chauds et ionisés disperseront la lumière plus efficacement.
Comprendre comment la lumière interagit avec les nuages d'hydrogène est crucial pour étudier l'univers précoce, la formation des étoiles et des galaxies et la distribution de la matière dans le cosmos.
