radiazione 21 cm è un tipo specifico di radiazioni elettromagnetiche emesse da atomi di idrogeno neutri nell'universo. Si verifica a una lunghezza d'onda di 21 centimetri, da cui il nome. Questa radiazione è uno strumento cruciale per gli astronomi in quanto consente loro di:
1. Mappa la distribuzione dell'idrogeno neutro:
- Poiché l'universo è per lo più idrogeno, le radiazioni da 21 cm fungono da tracciante per questo abbondante elemento. Osservando le radiazioni, gli astronomi possono mappare la distribuzione dell'idrogeno neutro in varie regioni dello spazio, tra cui galassie, cluster di galassie e persino il mezzo intergalattico.
2. Studia l'universo precoce:
- Questa radiazione è incredibilmente debole, ma può percorrere vaste distanze senza essere assorbita. Pertanto, fornisce preziose intuizioni sull'universo precoce, prima che si formassero le prime stelle. Gli astronomi possono usare le radiazioni 21 cm per studiare l'epoca della reionizzazione, quando l'universo è passato da uno stato neutro a uno stato ionizzato.
3. Indagare sulla galassia Evolution:
- Osservando la linea da 21 cm da diverse galassie, gli astronomi possono determinare i loro tassi di rotazione, il contenuto di gas e le dinamiche interne. Queste informazioni li aiutano a capire come si formano ed evolvono le galassie nel tempo.
4. Sonda la struttura su larga scala dell'universo:
- La distribuzione dell'idrogeno neutro attraverso l'universo rivela la rete cosmica, la rete interconnessa di galassie e materia. Le osservazioni di 21 cm aiutano gli astronomi a studiare la distribuzione della materia e l'evoluzione di questa rete cosmica.
Come funziona?
Gli atomi di idrogeno esistono in due stati di energia, con la rotazione elettronica allineata o anti-allineata con la rotazione del protone. Quando un elettrone lancia la sua rotazione, emette o assorbe un fotone con una lunghezza d'onda di 21 cm. Questa transizione si verifica spontaneamente, rendendo la radiazione di 21 cm uno strumento potente per lo studio dell'idrogeno neutro.
sfide e prospettive future:
- Le radiazioni da 21 cm sono incredibilmente deboli, rendendo difficile rilevare. Radio telescopi specializzati e tecniche di elaborazione del segnale avanzate sono necessari per la sua osservazione.
- Il segnale del primo universo 21 cm è fortemente influenzato dalle radiazioni in primo piano da varie fonti, rendendo difficile l'isolare. Tuttavia, la ricerca in corso si concentra sullo sviluppo di nuove tecniche per rimuovere la contaminazione in primo piano.
Il futuro della cosmologia di 21 cm è luminoso. I telescopi di prossima generazione e le tecniche di analisi dei dati dovrebbero fornire approfondimenti senza precedenti sull'universo precoce, sull'evoluzione della galassia e sulla struttura su larga scala del cosmo.
