Coelum Astronomia 221 - 2018 - Page 48

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Coelum Astronomia

Riga a 21 centimetri dell'idrogeno neutro

La Scienza

La riga a 21 cm dell'idrogeno neutro (nota anche come linea H I) è una riga spettrale della radiazione elettromagnetica causata da una variazione energetica dell'idrogeno neutro interstellare che si manifesta a una frequenza di 1420,405 MHz (dominio delle microonde), equivalente a una lunghezza d'onda di circa 21 cm.

Gli atomi di idrogeno sono molto stabili e poco reattivi. L'idrogeno neutro (non ionizzato) è costituito da un solo protone attorno a cui orbita un solo elettrone. Queste due particelle costituenti l'atomo sono caratterizzate da un senso di rotazione (noto come spin) che può essere orario o antiorario. Inoltre gli spin dell'elettrone e del protone possono essere uguali (spin parallelo) o differenti (spin anti-parallelo). Le interazioni magnetiche tra le due particelle fanno si che l'energia dell'atomo sia leggermente superiore quando lo spin delle particelle è parallelo. Lo spin delle particelle può essere modificato dall'interazione fotonica con altre particelle e la transizione tra spin parallelo ad antiparallelo causa a sua volta l'emissione di fotoni alla lunghezza d'onda di 21 cm. Tale emissione è facilmente captabile con dei radiotelescopi ed è il risultato dell'emissione degli atomi d'idrogeno presenti in abbondanza nel mezzo interstellare.

Da un punto di vista astronomico, la riga di emissione a 21 cm è interessante, tra le altre cose, perché consente di penetrare (e quindi di vedere attraverso) le nubi di polveri interstellari opache alla luce visibile. Da un punto di vista cosmologico invece le osservazioni nella riga a 21 cm consentono di scandagliare l'"Era Oscura" dalla ricombinazione alla reionizzazione. Tuttavia bisogna considerare che a causa dell'effetto di espansione dell'Universo (il redshift) questa linea può essere osservata sulla Terra ad una frequenza molto più bassa (nella banda radio) alle frequenze tra i 200 MHz e i 9 MHz.

La Scoperta

La Scoperta

Nei primi anni della seconda guerra mondiale il famoso astronomo Jan Oort venne a sapere che un ingegnere, l'americano di origini olandesi Grote Reber, aveva costruito un’antenna radio (un’imponente struttura di due tonnellate che reggeva una parabola da 9,75 metri di diametro, collegata a un ricevitore di buona sensibilità operante alla frequenza di 160 MHz) ed era