阻尼莱曼阿尔法系统中 Ly$\alpha$ 和 Ly$\beta$ 的非对称吸收轮廓

在类星体光谱中观测到的阻尼莱曼$\alpha$ 系统（DLAs）的特征是高中性氢柱密度 $N_{HI}>2\times 10^{20}{\rm\ cm^{-2}}$。由于共振线中心附近的散射截面近似由洛伦兹函数描述，吸收翼轮廓通常使用 Voigt 函数进行拟合。由于氢原子拥有无限多个参与电偶极相互作用的 $p$ 态，散射截面在线翼区域开始以非对称方式偏离洛伦兹函数。我们研究了围绕 Ly$\alpha$ 和 Ly$\beta$ 的吸收线轮廓中的这种非对称性随中性氢柱密度 $N_{HI}$ 的变化关系。就 $\Delta\lambda\equiv\lambda-\lambda_\alpha$ 而言，我们将 Ly$\alpha$ 附近的 Kramers-Heisenberg 公式展开，得到 $\sigma(\lambda)\simeq (0.5 f_{12})^2\sigma_{T}(\Delta\lambda/\lambda_\alpha)^{-2}[1+3.792 (\Delta\lambda/\lambda_\alpha)]$，其中 $f_{12}$ 和 $\sigma_T$ 分别是 Ly$\alpha$ 的振子强度和汤姆逊散射截面。就 Ly$\beta$ 附近的 $\Delta\lambda_2\equiv\lambda-\lambda_\beta$ 而言，总散射截面（表示为瑞利散射和拉曼散射截面之和）显示为 $\sigma(\lambda)\simeq \sigma_T(0.5f_{13})^2(1+R_0) (\Delta\lambda_2/\lambda_\beta)^{-2}[1-24.68(\Delta\lambda_2/\lambda_\beta)]$，其中 $f_{13}$ 和因子 $R_0=0.1342$ 分别是 Ly$\beta$ 的振子强度和拉曼截面与瑞利截面的比值。在 Ly$\alpha$ 附近形成了红移非对称性，而在 Ly$\beta$ 处获得了蓝移非对称性。研究发现吸收中心的偏移量几乎与中性氢柱密度成正比。