Neutral väteradiolänk

Neutral väteradiolinje , även 21 cm - linjen eller HI-linjen  är den förbjudna linjen (i betydelsen av den elektriska dipolapproximationen) för neutralt atomärt väte . Den viktigaste radiolänken inom radioastronomi , som ger information om fördelningen av neutralt väte och rörelsen av dess moln. Det används också för att söka efter utomjordiska civilisationer.

Strålningsmekanism

Den förbjudna linjen av neutralt väte beror på växelverkan mellan elektronens och protonens magnetiska moment i väteatomen . Energin hos en väteatom med ett parallellt arrangemang av de magnetiska momenten för en elektron och en proton är något större än hos en antiparallell, därför, med en spontan förändring i orienteringen av elektronens magnetiska moment till det motsatta, atom avger ett kvantum av elektromagnetisk strålning med en våglängd på 21,1 cm (frekvens 1420,40575 MHz ) [1] . Parallellt med strålningen från radiolinjen sker också den omvända processen - exciteringen av väteatomer av elektromagnetiska kvanta med högre energier, till exempel optiska, eller i kollisionshandlingar av atomer. Därför, i interstellärt atomärt väte, etableras en dynamisk jämvikt mellan strålningen av radiokvanta och exciteringen av atomer genom optiska kvanta och kollisioner.

En sådan spontan övergång - livstiden för ett exciterat tillstånd i varje enskild atom inträffar extremt sällan - i genomsnitt en gång var 11:e miljon år ( 1 km³ väte vid en densitet av 1 atom/cm³ sänder ut endast 3 fotoner per sekund), och energin av varje kvant är extremt litet på grund av för låg frekvens ( h ν  ≈ 0,941171⋅10 −24  J , eller 5,87433 μ eV ), så intensiteten av radioemission från det interstellära mediet per volymenhet är försumbar [1] . Till exempel överstiger inte strålningseffekten för allt neutralt väte i solsystemet inom Plutos omloppsbana 100 watt . Men på galaktisk skala blir radioemissionseffekten för neutralt väte märkbar (till exempel är emissionseffekten för allt neutralt väte i vår galax tiotals gånger större än solens ljusstyrka ), vilket gör det möjligt att detektera det på galaktiska avstånd [1] [2] .

Applikation

Radioastronomi

Den neutrala vätelinjen är den viktigaste inom radioastronomi . Mer än hälften av massan av interstellär materia är neutralt väte. Det kan endast undersökas genom strålning i 21 cm -linjen , eftersom det inte visar sig på något annat sätt. Därför ger observationer av strålning med en våglängd på 21 cm mycket värdefull, ofta unik, information om fördelningen av neutralt väte i yttre rymden [1] .

Den grundläggande möjligheten för emission av en 21-cm radiolinje av interstellärt väte visades 1945 av H. K. van de Hulst . 1948 beräknade den sovjetiske astrofysikern I. S. Shklovsky den förväntade intensiteten av interstellär vätestrålning och visade att det räckte för att den skulle kunna detekteras med radioastronomimetoder. 1951 upptäcktes den neutrala väteradiolinjen nästan samtidigt av G. Yuen och E. Purcell i USA och av K. Müller och J. Oort i Nederländerna [1] [2] .

Vår galax

Studien av strålningen av neutralt väte gjorde det möjligt att få information om strukturen av galaxen : det visade sig att det mesta av det neutrala vätet är koncentrerat i ett mycket tunt (jämfört med diametern) skikt cirka 220  parsecs tjockt i planet av galaxen. Vid distributionen av väte urskiljs spiralarmar tydligt , vilket kan spåras till stora avstånd [1] [2] .

Extragalaktiska objekt

Observationer gjordes av strålningen från 21 cm radiolinjen inte bara från vår egen utan också från andra galaxer, vilket gjorde det möjligt att fastställa förhållandet mellan massan av neutralt väte och galaxens totala massa, beroende på dess typ . Med hjälp av sådana data erhölls även rotationskurvor för galaxer [1] .

Mätning av Dopplerskiftet gör det möjligt att mäta hastigheten hos neutrala vätemoln i förhållande till jorden, inklusive rödförskjutningen av avlägsna galaxer. I det här fallet fann man en bra korrelation med rödförskjutningen av optiska linjer [1] .

Sök efter utomjordiska civilisationer

Våglängden på 21 cm , som den vanligaste i universum, valdes som den fungerande för sökandet efter utomjordiska civilisationer under SETI- programmet .

Kvantfrekvensstandarder

Baserat på den neutrala väteradiolänken har så kallade aktiva kvantfrekvensstandarder tagits fram . För att skapa en tillräcklig intensitet av 21 cm -linjen under markförhållanden, används stimulerad emission av fotoner från väteatomer i en vätegenerator. Linjebredden i den är bara 1 Hz , så kvantfrekvensstandarden som fungerar på väteradiolinjen har en hög noggrannhet. I synnerhet inom radioastronomi används denna standard, som den mest stabila, som en lokaloscillator i radiointerferometrisystem med mycket långa baser [1] .

Källa

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Vätgasradiolänk . Encyclopedia of Physics and Engineering . Hämtad 9 februari 2021. Arkiverad från originalet 5 februari 2020.
  2. ↑ 1 2 3 Postnov K. A. Föreläsningar om allmän astrofysik för fysiker. 4.2 Neutral väteradiolänk 21 cm . Astronet (2001). Hämtad 13 februari 2021. Arkiverad från originalet 1 oktober 2020.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk