Radioastronomie

Wie vielen Lesern sicher bekannt ist, bestehen die Sterne (und auch unsere Sonne) zu wesentlichen Teilen aus Wasserstoff. Ein gewisser Teil des Wasserstoffs in unserer Milchstraße ist jedoch nicht in Sternen gebunden, sondern bewegt sich frei in Raum umher. Dies ist der sogenannte „interstellare Wasserstoff“, also der Wasserstoff „zwischen den Sternen“. Dabei handelt es sich nicht um molekularen Wasserstoff, wie wir ihn von der Erde kennen, sondern um einzelne Atome.

Wasserstoffatome haben im energietischen Grundszustand zwei Niveaus. Diese unterscheiden sich durch die Orientierung des Spins des Protons zum Spin des Elektrons. Diese beiden sogenannten Hyperfeinstruktur-Niveaus unterschieden sich ein kleines bisschen in ihrer Energie.

(Grafik von Link)

Dieser kleine Energieunterschied zwischen den beiden Niveaus entsprechen einem Photo mit einer Wellenlänge von 21 cm oder einer Frequenz von rund 1420 MHz.

Die Anregung dieses Übergangs wird vorwiegend durch Kollisionen zwischen Atomen verursacht. Die Kollisionsenergie (bzw. Teile davon) werden in das Atom übertragen und dann in Form von elektromagnetischer Strahlung wieder abgegeben.

Es ist sehr erstaunlich, dass dieses Phänomen bebachtbar ist: Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Atom ein anderes trifft, beträgt etwa einmal in 60 Jahren. It is quite amazing when one looks at the numbers which govern this process: The probability of one hydrogen atom colliding with another one in the interstellar space is about once per 60 years. The lifetime of the transition is about 11 million years which means it takes an average of 11 million years after the excitation before the energy is released again in form of electromagnetic radiation. Therefore, the hydrogen emission line is very faint. It is only because we are observing very large volumes that we are able to receive a signal.