La crisis de subproducción de fotones es una discusión cosmológica sobre el supuesto déficit entre los fotones observados y los fotones predichos. [1] [2]
El déficit, o crisis de subproducción, es un problema teórico, que surge de comparar las observaciones de la luz ultravioleta emitida por poblaciones conocidas de galaxias y cuásares con predicciones teóricas de la cantidad de luz ultravioleta necesaria para simular la distribución observada del gas hidrógeno en el universo local. en una simulación cosmológica. La distribución del gas hidrógeno se infirió utilizando observaciones del bosque Lyman-alfa del Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos del Telescopio Espacial Hubble . [3]La cantidad de luz de galaxias y cuásares se puede estimar a partir de su efecto sobre la distribución de hidrógeno y helio en las regiones entre galaxias. Los fotones ultravioleta de alta energía pueden convertir gas hidrógeno eléctricamente neutro en gas ionizado.
Un equipo dirigido por Juna Kollmeier informó un déficit inesperado de aproximadamente el 400% entre la luz ionizante de fuentes conocidas y las observaciones reales de hidrógeno intergaláctico. Kollmeier y su equipo escribieron en su informe científico: “Examinamos las estadísticas del bosque Lyman-alfa de bajo corrimiento al rojo a partir de simulaciones hidrodinámicas de partículas suavizadas a la luz de las mejoras recientes en la evolución estimada del fondo ultravioleta cósmico (UVB) y las observaciones recientes de el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos (COS). Encontramos que el valor de la tasa de fotoionización metagaláctica requerida por nuestras simulaciones para igualar las propiedades observadas del bosque de Lyman-alfa de bajo corrimiento al rojo es un factor de 5 más grande que el valor predicho por los modelos de última generación para la evolución de esta cantidad ".[4] Las simulaciones cosmológicas comienzan con un corrimiento al rojo cosmológico muy alto z (como z = 100 o más) y evolucionan a z = 0.
Según Benjamin D. Oppenheimer, uno de los coautores del informe, “Las simulaciones se ajustan maravillosamente a los datos del universo temprano, y encajan a la perfección con los datos locales si se nos permite suponer que esta luz extra está realmente ahí. Es posible que las simulaciones no reflejen la realidad, lo que en sí mismo sería una sorpresa, porque el hidrógeno intergaláctico es el componente del Universo que creemos que entendemos mejor ”. [1] Kollmeier y su equipo afirman que "... o las fuentes convencionales de fotones ionizantes (galaxias y cuásares) deben contribuir considerablemente más que las estimaciones observacionales actuales o nuestra comprensión teórica del universo de bajo corrimiento al rojo necesita una revisión sustancial". [4]Un estudio similar, dirigido por Michael Shull, encontró que el déficit es solo de factor 2 grande y no de factor 5 como se afirmó anteriormente. [5]
Una posible resolución a la crisis de subproducción de fotones se presenta en una serie de artículos recientes. Khaire & Srianand [6] demostraron que se puede obtener fácilmente una tasa de fotoionización metagaláctica de factor 2 a 5 veces mayor utilizando observaciones actualizadas de cuásares y galaxias. Observaciones recientes de cuásares indican que la contribución del cuásar a los fotones ultravioleta es un factor 2 grande en comparación con estimaciones anteriores. La contribución revisada de las galaxias también es un factor 3 más alta. Además, las simulaciones de Kollmeier GADGET-2 no incluyeron el calentamiento de la retroalimentación de núcleos galácticos activos (AGN). Se demostró que la retroalimentación de AGN es un elemento importante para el calentamiento en el medio intergaláctico de bajo desplazamiento al rojo (IGM) (Gurvich, Burkhart y Bird 2016. [7])). Esto implica que los datos COS de bajo corrimiento al rojo se pueden utilizar para calibrar modelos de retroalimentación AGN en simulaciones cosmológicas.