Hvad er brintlinjen?
Hydrogenlinjen henviser generelt til radiofrekvensemissionerne af koldt brintgas i det interstellære rum. Der er store mængder brint, der flyder rundt i vores galakse og i andre galakser. Nogle af denne gas opvarmes af nærliggende stjerner, hvilket får den til at udsende elektromagnetisk stråling i det synlige spektrum - med andre ord lys. Meget af det er imidlertid langt fra enhver varmekilde, men kan ikke desto mindre påvises på grund af det faktum, at det udsender elektromagnetisk stråling ved en bølgelængde på 21,1 centimeter) inden for radiodelen af spektret. Dette er kendt som den 21 centimeterlinie eller brintlinjen, og dens eksistens blev forudsagt af den hollandske astronom Hendrik Van de Hulst i 1944.
Ifølge kvanteteori kan elektronerne i et atom kun have visse faste energiniveauer uden mellem. Det laveste energiniveau er kendt som "jordtilstand." Elektroner kan absorbere energi, hvilket får dem til at "hoppe" til et højere energiniveau, men førEller senere vil de falde tilbage til et lavere niveau og til sidst til jordtilstanden med den tid, der er taget omvendt proportional med mængden af overskydende energi. Når en elektron falder ned et niveau, frigøres den ekstra energi som elektromagnetisk stråling med en frekvens, der svarer til energiforskellen mellem de to niveauer.
Hyppigheden af elektromagnetisk stråling er proportional med dens energi: jo større energi, jo højere er frekvensen. Dette forhold er beskrevet af Plancks ligning: E = HF, hvor E er energien, F er frekvensen og H er Plancks konstante, som har en værdi på cirka 6,626 * 10 -34 joule-sekunder. Bølgelængden kan beregnes som blot lysets hastighed divideret med frekvensen. Når en elektron falder fra et højere til et lavere energiniveau, er elektromagnetisk stråling med en bestemt, fast frekvens og bølgelængde, relaterettil forskellen i energi vil blive udsendt. Denne stråling viser som smalle linjer på et emissionsspektrum.
Hvert element har et karakteristisk, unikt emissionsspektrum bestående af en række linjer ved specifikke bølgelængder. Hydrogenspektralserien indeholder et antal spektrale linjer, hvoraf fire er inden for den synlige del af spektret. En af disse, en rød linje kendt som H-alpha, er meget brugt til astronomi til påvisning af ioniseret brint i tåge. Disse emissionslinjer til brint kan hver betragtes som en brintlinie, men udtrykket mere normalt henviser til radioemissionen produceret af koldt brintgas ved en bølgelængde på 21 centimeter. Dette skyldes en anden fysisk proces. De samme regler for energi, hyppighed og bølgelængde gælder dog stadig.
Elektroner og protoner har en kvanteegenskab kendt som "spin", der kan have to mulige retninger. Da et brintatom består af en proton og en elektron, kan det have de to spins i SAMe retning eller i forskellige retninger. I det tidligere tilfælde har atomet lidt mere energi og vil til sidst falde til en lavere energistilstand ved at elektron skifte spin. Den ekstra energi udsendes som elektromagnetisk stråling, og da energiforskellen er lille, har strålingen en lang bølgelængde og lav frekvens: 21 centimeter og 1420,4 MHz. Den lille energiforskel betyder også, at ethvert givet hydrogenatom i samme spin-tilstand i gennemsnit vil tage meget lang tid-flere millioner år-til at falde til en modsat spins-tilstand; Der er dog så meget koldt brint i en galakse, at der på et hvilket som helst tidspunkt vil udgive 21 centimeter radiobølger på et hvilket som helst tidspunkt.
Den 21 centimeterlinie blev påvist i 1951 af Harold Ewen og Edward Purcell. Det har vist sig at være af afgørende betydning i radioastronomi. Meget af vores galakse er skjult for synet af store støvskyer, der ikke tillader lyset fra stjernerat passere gennem dem. Radiobølger er imidlertid ikke hindret af støvskyer, og da der er en stor overflod af koldt brint i galaksen, er det muligt at observere og kortlægge galaksen ved hjælp af radioemissioner ved brintlinjen. Radioastronomi ved hjælp af brintlinjen har gjort det muligt for os at bestemme størrelsen, formen og strukturen i vores galakse.
Hydrogenlinjen har også stor betydning for søgningen efter ekstra jordbaseret intelligens (SETI). Det menes meget muligt, at en teknologisk avanceret civilisation kan bruge denne frekvens til at forsøge at kommunikere med andre civilisationer. Hyppigheden er blevet brugt ikke kun til at lytte til indgående meddelelser, men også til at sende dem. Pioneer 10 og 11 rumfartøjer, der er bestemt til at drive på ubestemt tid gennem det interstellære rum, indeholder plaques, der viser brintlinjen, dens bølgelængde, dens frekvens og fysik bag det. Det repræsenterer en måleenhed, som det antages, at udlændinge kan forstå.