Techniklexikon

21-cm-Linie

Spektrallinie des neutralen Wasserstoffs im Grundzustand mit einer Wellenlänge von 21,11cm, die beim Umklappen des Elektronenspins relativ zum Protonenspin entsteht. Sie wird als Emissionslinie beobachtet, wenn beim Übergang vom parallelen zum antiparallelen Spinzustand Energie frei wird. Dieser Übergang ist ein verbotener Übergang. Wird dem System Energie zugeführt (z.B. durch Einstrahlung einer kontinuierlichen Radioquelle), so erfolgt der Übergang von der antiparallelen Spinausrichtung zur parallelen, und die Linie erscheint als Absorptionslinie. Die 21-cm-Linie wird in der Astronomie zur Untersuchung von Wasserstoffwolken verwendet, in denen auf Grund der grossen Anzahl von Wasserstoffatomen der verbotene Übergang häufig genug auftritt, um die Emissionslinie von Radioteleskopen mit empfindlichen Empfängern auf der Erde zu registrieren. Die Intensität der Strahlung aus einer bestimmten Richtung gibt Aufschlüsse über die Menge des Wasserstoffs entlang des Sehstrahls, die als Säulendichte wiedergegeben wird. Oft befinden sich mehrere interstellare Wolken auf dem Sehstrahl, so dass man ein Spektrum mit mehreren verschoben Intensitätsmaxima misst. Die genaue Lage dieser Maxima liefert zusammen mit einem Modell der galaktischen Rotation Hinweise auf die Entfernung der einzelnen Wolken vom galaktischen Zentrum und ermöglichte so die Radiokartierung der Milchstrasse und Messungen des Dichteverlaufes in der Milchstrasse. Bei entfernten Galaxien liefert deren Vermessung praktisch sofort die an den Himmel projizierte Flächendichte der Wasserstoffverteilung und somit auch Hinweise auf die räumliche Dichte.