خطوط 21 سانتی متری هیدروژن خنثی در مکان هایی که گاز بین ستاره | Quantum Physics
خطوط 21 سانتی متری هیدروژن خنثی
در مکان هایی که گاز بین ستاره ای سرد باشد، هیدروژن خنثی بوده و در حالت پایه است. این حالت پایه دارای دو تراز جدا از هم با اختلاف انرژی خیلی کم می باشد. دلیل این پدیده بر این پایه استوار است که پروتون و الکترون هر دو یک اسپین ذاتی دارند. چون الکترون و پروتون هر دو ذراتی باردار هستند، لذا حرکت اسپینی آنها یک میدان دو قطبی های مغناطیسی بوجود می آورند که آن را می توان با جمله ممان مغناطیسی مشخص کرد.
* ممان مغناطیسی یک ذره در حال چرخش به وسیله یک بردار نمایش داده می شود که متناسب با تکانه زاویه ای برداری آن ذره می باشد.
دو آرایش ممکن برای حالت پایه اتم هیدروژن خنثی وجود دارد: 1- بردار های ممان مغناطیسی پروتون و الکترون موازی و در یک امتداد هستند؛ چون این بردار ها جمع می شوند، یک حالت بالای انرژی مغناطیسی پدیدار می شود. 2- بردار های ممان مغناطیسی پروتون و الکترون مخالف یکدیگر باشند. در حالت اول، سیستم در انرژی مشخصا بالاتری نسبت به حالت مخالف قرار گرفته است که به عنوان اثر شکافتگی فوق ریز برای اتم هیدروژن در حالت پایه می نامیم.
یک گذار خود به خودی از یک حالت فوق ریز به حالت پایین تر می تواند همراه با تغییر جهت اسپین الکترون و گسیل یک فوتون بسیار کم انرژی اتفاق بیفتد. این گسیل تولید خط طیفی رادیویی 21 سانتی متری از هیدروژن خنثی را در بسامد 1.420406GHz می نماید.
وقتی اتم های هیدروژن در محیط بین ستاره ای برخورد کنند، معمولا الکترون هایشان را مبادله می کنند و این انتقال بر خوردی مهمترین روش در تغییر حالت فوق ریز این اتم ها می باشد. برای هر اتم هیدروژن بین ستاره ای مشخص، تغییر در هر یک از دو جهت در هر چهارصد سال فقط یک مرتبه رخ می دهد. به عبارت دیگر، یک اتم در حالت تحریک فوق ریز یک گذار خود به خودی به طرف پایین خواهد داشت که گسیل خط 21 سانتی متری کوانتومی را فقط یک بار در هر چند میلیون سال (به طور متوسط) به دنبال خواهد داشت، زیرا این گذار به شدت ممنوع است.
نمایه خط 21 سانتی متری اغلب چندین قله انتقال یافته دوپلری دارد و این نشان می دهد که گاز به جای داشتن یک توضیع یکنواخت در سراسر کهکشان، در مناطقی مشخص و مجزا مانند باز های مارپیچی، متمرکز شده است.
منبع: کتاب نجوم و اخترفیزیک مقدماتی " زیلیک - گرگوری"
