Quando a luz passa por uma nuvem de hidrogênio no universo, várias coisas podem acontecer, dependendo do comprimento de onda da luz e da densidade e temperatura da nuvem:

Absorção:

* Série Lyman: Os átomos de hidrogênio podem absorver a luz em comprimentos de onda específicos correspondentes às transições de elétrons do estado fundamental (n =1) para níveis mais altos de energia (n =2, 3, 4, etc.). Essa absorção é particularmente forte para a linha Lyman-Alpha (n =1 a n =2), que tem um comprimento de onda de 121,6 nanômetros (UV). Essa absorção é por que o universo parece opaco para a radiação UV em desvios vermelhos acima de 10.
* Outras séries: A absorção também pode ocorrer para outras séries de transições, como a série Balmer (n =2 a níveis mais altos), mas essas linhas são tipicamente mais fracas, pois exigem que o átomo de hidrogênio esteja em um estado excitado primeiro.

Emissão:

* Recombinação: Quando um átomo de hidrogênio absorve um fóton, seu elétron salta para um nível de energia mais alto. Em seguida, pode retornar espontaneamente a um nível de energia mais baixo, emitindo um fóton de um comprimento de onda específico. Esse processo é chamado de recombinação.
* Excitação colisional: Colisões entre átomos de hidrogênio ou outras partículas também podem excitar elétrons para níveis mais altos de energia, seguidos pela emissão de fótons quando retornam a níveis mais baixos.

espalhamento:

* thomson espalhamento: Esta é a dispersão da luz por elétrons livres. É mais importante em altas temperaturas e baixas densidades, onde o hidrogênio é ionizado.
* espalhamento Rayleigh: Esta é a dispersão da luz por moléculas, incluindo hidrogênio neutro. É mais importante em baixas temperaturas e densidades.

Efeitos na observação:

* linhas espectrais: A absorção e a emissão de luz pelas nuvens de hidrogênio criam linhas espectrais distintas que podem ser observadas com telescópios. Essas linhas fornecem informações sobre a composição, temperatura e densidade da nuvem.
* Reddening: A dispersão da luz pelos grãos de poeira dentro das nuvens de hidrogênio pode fazer com que a luz fique mais vermelha, um fenômeno conhecido como avermelhado.
* opacidade: A absorção e dispersão da luz pelas nuvens de hidrogênio tornam as nuvens opacas para certos comprimentos de onda da luz.

Os processos específicos que dominam dependem das propriedades da nuvem de hidrogênio e da luz que passa por ela. Por exemplo, nuvens densas e frias absorverão principalmente a radiação Lyman-Alpha, enquanto as nuvens quentes e ionizadas espalharão a luz com mais eficiência.

Entender como a luz interage com as nuvens de hidrogênio é crucial para o estudo do universo inicial, a formação de estrelas e galáxias e a distribuição da matéria no cosmos.