La Línea del Hidrógeno de 21-cm

El hidrógeno en nuestra galaxia, ha sido mapeado por la observación de la línea de longitud de onda de 21-cm del gas hidrógeno. Esta radiación de hidrógeno a 1420 MHz, penetra en las nubes de polvo y nos da un mapa más completo del hidrógeno, que el de las mismas estrellas, ya que su luz visible no puede penetrar en las nubes de polvo.

La radiación de 1420 MHz, viene de la transición entre los dos niveles 1s del estado fundamental del hidrógeno, ligeramente divididos por la interacción entre el espín del electrón y el espín nuclear. Esta división se conoce como estructura hiperfina. Debido a las propiedades cuánticas de la radiación, el hidrógeno en su estado inferior absorbe 1420 MHz, y la observación de los 1420 MHz en la emisión, implica una excitación previa a un estado superior.

Esta división del estado fundamental del hidrógeno, es extremadamente pequeña en comparación con la energía del estado fundamental de -13,6 eV, sólo alrededor de dos partes en un millón. Los dos estados provienen del hecho de que en el protón, tanto el espín electrónico como el nuclear, son 1/2, por lo que hay dos estados posibles, espín paralelo y espín antiparalelo. El estado con el espín paralelo tiene una energía ligeramente más alta (unido menos fuertemente).

Al visualizar la transición del volteo del espín, debe tenerse en cuenta que la propiedad de la mecánica cuántica llamado "espín", no es literalmente un clásico giro de una esfera cargada. Se trata de una descripción del comportamiento del momento angular mecánico cuántico, y no tiene una analogía clásica definitiva.

La observación de la línea de 21 cm del hidrógeno, marcó el nacimiento de la astronomía de radio de línea-espectral. Fue observado por primera vez en 1951 por Harold Ewen y Edward M. Purcell en Harvard, seguida poco después por observadores en Holanda y Australia. La predicción de que la línea de 21 cm debía ser observable en la emisión, fue hecha en 1944 por el astrónomo holandés H. C. van de Hulst.

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