Co to jest linia 21 cm?
Linia 21 cm (linia HI, linia 1420 MHz) to linia emisyjna lub absorpcyjna neutralnego wodoru atomowego (HI), powstająca przy przejściu między dwoma poziomami energetycznymi stanu podstawowego atomu wodoru różniącymi się orientacją spinu elektronu i protonu (przejście hiperfine). Emituje foton o długości fali 21,106 cm i częstotliwości 1420,405 MHz.
Przejście generujące linię 21 cm jest niezwykle rzadkie – atom wodoru emituje taki foton średnio raz na ok. 10 milionów lat. Jednak ze względu na astronomiczne ilości atomów wodoru w przestrzeni międzygwiazdowej (ISM), sygnał jest mierzalny. Linia 21 cm jest kluczowa dla radioastronomii z kilku powodów: neutralny wodór nie emituje w zakresie optycznym (tylko 21 cm i inne linie radiowe), więc mapa 21 cm to jedyna możliwość kartowania rozkładu HI w całej Drodze Mlecznej i innych galaktykach; przesunięcie dopplerowskie linii pozwala mierzyć prędkości radialne obłoków HI i rekonstruować krzywe rotacji galaktyk; linia 21 cm jest przenikliwa – nie pochłaniana przez pył międzygwiazdowy.
Linia 21 cm została przewidziana teoretycznie przez Hendrika van de Hulsta w 1944 roku i wykryta obserwacyjnie w 1951 roku przez Ewena i Purcella (USA) oraz niezależnie przez Muellera i Oorta (Holandia). Wielkie przeglądy nieba HI (np. HI4PI, ALFALFA) dostarczyły map Drogi Mlecznej i galaktyk lokalnych. Przesunięta ku czerwieni linia 21 cm z epoki rejonizacji (z ~ 6-30) będzie głównym celem takich teleskopów jak SKA (Square Kilometre Array), pozwalając obserwować neutralny wodór w pierwszym miliardzie lat Wszechświata.