Hidrojen Hattı Nedir?
Hidrojen hattı genellikle yıldızlararası boşluktaki soğuk hidrojen gazının radyo frekansı emisyonlarını belirtir. Galaksimizde ve diğer galaksilerde etrafta dolaşan çok miktarda hidrojen var. Bu gazın bir kısmı yakındaki yıldızlar tarafından ısıtılır, görünür spektrumda elektromanyetik radyasyon yayar, yani ışık. Bununla birlikte, bunun çoğu, herhangi bir ısı kaynağından uzaktır, ancak yine de, spektrumun radyo bölümünde 8.3 inç (21.1 santimetre) bir dalga boyunda elektromanyetik radyasyon yayması nedeniyle tespit edilebilir. Bu, 21 santimetre çizgisi veya hidrojen çizgisi olarak bilinir ve varlığı, 1944'te Hollandalı gökbilimci Hendrik van de Hulst tarafından tahmin edildi.
Kuantum teorisine göre, bir atomdaki elektronlar, aralarında hiçbir şey olmadan, yalnızca belirli sabit enerji seviyelerine sahip olabilir. En düşük enerji seviyesi “temel durum” olarak bilinir. Elektronlar enerjiyi emerek daha yüksek bir enerji seviyesine “atlamasına” neden olurlar; zaman geçen aşırı enerji miktarı ile orantılıdır. Bir elektron bir seviyeye düştüğünde, ekstra enerji, iki seviye arasındaki enerji farkına karşılık gelen bir frekans ile elektromanyetik radyasyon olarak salınır.
Elektromanyetik radyasyonun frekansı enerjisiyle orantılıdır: Enerji ne kadar büyük olursa, frekans o kadar yüksek olur. Bu ilişki, Planck denklemi ile tanımlanır: E = hf, burada E enerjidir, f, frekanstır ve h, yaklaşık 6.626 x 10 -34 joule-saniye değerinde bir Planck sabitidir. Dalga boyu, frekans tarafından bölünen ışığın hızı olarak hesaplanabilir. Böylece, bir elektron daha düşük bir enerji seviyesine düştüğünde, enerji farkına bağlı olarak belirli, sabit frekanslı ve dalga boylu elektromanyetik radyasyon yayılır. Bu radyasyon emisyon spektrumunda dar çizgiler olarak gösterir.
Her eleman, belirli dalga boylarında bir dizi çizgiden oluşan karakteristik, benzersiz bir emisyon spektrumuna sahiptir. Hidrojen spektral serisi, dördü spektrumun görünür kısmı içinde olan birkaç spektral çizgi içerir. Bunlardan biri, H-alfa olarak bilinen kırmızı bir çizgi, bulutsudaki iyonize edilmiş hidrojeni tespit etmek için astronomide çok kullanılır. Hidrojen için bu emisyon hatlarının her biri bir hidrojen hattı olarak kabul edilebilir, ancak daha genel olarak terimi, 21 santimetre dalga boyunda soğuk hidrojen gazı tarafından üretilen radyo emisyonunu belirtir. Bu farklı bir fiziksel süreçten kaynaklanıyor. Bununla birlikte, enerji, frekans ve dalga boyu ile ilgili aynı kurallar geçerlidir.
Elektronlar ve protonlar, iki olası yöne sahip olabilen “spin” olarak bilinen bir kuantum özelliğe sahiptir. Bir hidrojen atomu bir proton ve bir elektrondan oluştuğu için, iki dönüşe aynı yönde veya farklı yönlerde olabilir. Eski durumda, atom biraz daha fazla enerjiye sahiptir ve sonunda elektronun dönüşünü değiştirerek daha düşük bir enerji durumuna düşecektir. Ekstra enerji elektromanyetik radyasyon olarak yayılır ve enerji farkı küçük olduğundan, radyasyon uzun dalga boyuna ve düşük frekansa sahiptir: sırasıyla 21 santimetre ve 1420,4 MHz. Küçük enerji farkı, aynı döndürme durumundaki herhangi bir hidrojen atomunun ortalama olarak ters çevrilme durumuna düşmesi çok uzun bir zaman alacağı anlamına gelir - birkaç milyon yıl -. bununla birlikte, galakside o kadar çok soğuk hidrojen vardır ki, herhangi bir zamanda, bunların tespit edilebilmesi için yeterli miktarda hidrojen atomu 21 santimetre radyo dalgası yayar.
21 santimetre çizgisi 1951'de Harold Ewen ve Edward Purcell tarafından tespit edildi. Radyo astronomisinde çok önemli olduğu kanıtlanmıştır. Galaksimizin birçoğu yıldızlardan gelen ışığın içinden geçmesine izin vermeyen büyük toz bulutları tarafından gizlenmiştir. Bununla birlikte, radyo dalgaları toz bulutları tarafından engellenmez ve galakside bol miktarda soğuk hidrojen olduğu için, hidrojen hattındaki radyo emisyonlarını kullanarak galaksiyi gözlemlemek ve haritalamak mümkündür. Hidrojen hattını kullanan radyo astronomi, galaksimizin boyutunu, şeklini ve yapısını belirlememizi sağladı.
Hidrojen hattı, Ekstra Karasal İstihbarat Arayışı (SETI) için de büyük öneme sahip. Teknolojik olarak gelişmiş bir medeniyetin bu sıklığı diğer medeniyetlerle iletişim kurmak için kullanabileceği düşünülmektedir. Frekans yalnızca gelen mesajları dinlemek için değil, aynı zamanda göndermek için de kullanılmıştır. Yıldızlararası uzayda süresiz olarak sürüklenecek olan Pioneer 10 ve 11 uzay aracı, hidrojen hattını, dalga boyunu, frekansını ve arkasındaki fiziği gösteren plaklar içeriyor. Uzaylıların anlayabileceğine inanılan bir ölçü birimini temsil eder.