Wanneer licht door een waterstofwolk in het universum gaat, kunnen verschillende dingen gebeuren, afhankelijk van de golflengte van het licht en de dichtheid en temperatuur van de wolk:

absorptie:

* Lyman -serie: Waterstofatomen kunnen licht absorberen bij specifieke golflengten die overeenkomen met de overgangen van elektronen van de grondtoestand (n =1) naar hogere energieniveaus (n =2, 3, 4, enz.). Deze absorptie is bijzonder sterk voor de Lyman-Alpha-lijn (n =1 tot n =2), die een golflengte heeft van 121,6 nanometers (UV). Deze absorptie is de reden waarom het universum ondoorzichtig lijkt voor UV -straling op roodverschuivingen boven ongeveer 10.

* Andere series: Absorptie kan ook optreden voor andere reeks overgangen, zoals de Balmer -serie (n =2 tot hogere niveaus), maar deze lijnen zijn meestal zwakker omdat ze vereisen dat het waterstofatoom eerst in een opgewonden toestand is.

emissie:

* Recombinatie: Wanneer een waterstofatoom een ​​foton absorbeert, springt het elektron naar een hoger energieniveau. Het kan vervolgens spontaan terugkeren naar een lager energieniveau en een foton van een specifieke golflengte uitstoten. Dit proces wordt recombinatie genoemd.

* Botsinge excitatie: Botsingen tussen waterstofatomen of andere deeltjes kunnen ook elektronen opwinden tot hogere energieniveaus, gevolgd door de emissie van fotonen wanneer ze terugkeren naar lagere niveaus.

verstrooiing:

* Thomson Scattering: Dit is de verstrooiing van licht door vrije elektronen. Het is het belangrijkste bij hoge temperaturen en lage dichtheden, waarbij de waterstof is geïoniseerd.

* Rayleigh Scattering: Dit is de verstrooiing van licht door moleculen, inclusief neutrale waterstof. Het is het belangrijkste bij lage temperaturen en dichtheden.

Effecten op observatie:

* Spectrale lijnen: De absorptie en emissie van licht door waterstofwolken creëren verschillende spectrale lijnen die kunnen worden waargenomen met telescopen. Deze lijnen bieden informatie over de samenstelling, temperatuur en dichtheid van de wolk.

* rood worden: De verstrooiing van licht door stofkorrels in waterstofwolken kan ertoe leiden dat het licht roder wordt, een fenomeen dat bekend staat als rood worden.

* dekking: De absorptie en verstrooiing van licht door waterstofwolken maken de wolken ondoorzichtig tot bepaalde golflengten van licht.

De specifieke processen die domineren, zijn afhankelijk van de eigenschappen van de waterstofwolk en het licht dat erdoorheen gaat. Dichte, koude wolken zullen bijvoorbeeld voornamelijk Lyman-Alpha-straling absorberen, hoewel heet, geïoniseerde wolken zullen het licht effectiever verspreiden.

Inzicht in hoe licht interageert met waterstofwolken is cruciaal voor het bestuderen van het vroege universum, de vorming van sterren en sterrenstelsels en de verdeling van materie in de kosmos.