26-05-2023
Радиолиния нейтрального водорода, также линия 21 см или линия HI — это запрещённая линия нейтрального атомарного водорода. Важнейшая радиолиния в радиоастрономии.
Содержание |
Запрещённая линия нейтрального водорода обусловлена взаимодействием спинов электрона и протона в атоме водорода. Энергия атома водорода при параллельном расположении спинов электрона и протона несколько больше, чем при антипараллельном, поэтому при спонтанном изменении ориентации спина электрона на противоположную атом излучает квант электромагнитного излучения с длиной волны 21.1 см (частота 1420,40575 МГц). Такой самопроизвольный переход в каждом отдельном атоме происходит крайне редко — в среднем один раз за 11 миллионов лет (1 км³ водорода при плотности 1 атом/см³ излучает всего 3 кванта в секунду), и энергия каждого кванта крайне мала из-за низкой частоты (hν≈10-24Дж, или около 1 мкэВ), поэтому интенсивность радиоизлучения межзвёздной среды ничтожно мала. Например, мощность излучения всего водорода Солнечной системы (в пределах орбиты Плутона) составляет порядка 100 Ватт. Однако в масштабах галактик мощность излучения нейтрального водорода становится заметной (например, мощность излучения всего нейтрального водорода нашей Галактики в десятки раз больше светимости Солнца), что делает это излучение крайне важным для радиоастрономии.
Линия нейтрального водорода является важнейшей в радиоастрономии. Более половины массы межзвёздного вещества составляет нейтральный водород. Его можно исследовать только по излучению в линии 21 см. Поэтому наблюдения излучения с длиной волны 21 см даёт очень ценные, часто уникальные, сведения о распределении нейтрального водорода в космическом пространстве. В 1948 году советский астрофизик Шкловский рассчитал ожидаемую интенсивность излучения межзвёздного водорода и показал, что она достаточна для того, чтобы его можно было обнаружить методами радиоастрономии. В 1951 году радиолиния нейтрального водорода была экспериментально обнаружена почти одновременно Х. Юэном и Э. Перселлом в США и К. Мюллером и Я. Оортом в Нидерландах. Исследование излучения нейтрального водорода позволили получить информацию о структуре галактики: выяснилось, что большая часть нейтрального водорода сосредоточена в очень тонком (по сравнению с диаметром) слое толщиной около 220 парсек в плоскости Галактики. В распределении водорода отчётливо выделяются спиральные рукава, которые прослеживаются до больших расстояний. Измерение доплеровского смещения позволяет измерить скорость облаков нейтрального водорода относительно Земли (в том числе и красное смещение дальних галактик).
Длина волны 21 см, как самая распространённая во Вселенной, выбрана в качестве рабочей для поисков внеземных цивилизаций по программе SETI.
Линия водорода.
