La riga a 21 cm dell'Idrogeno

L’atomo di idrogeno è il più leggero ed abbondante dell’universo. Esiste sotto forma di molecola H2, ionizzato e neutro. Il mezzo interstellare all’interno della nostra e delle altre galassie vede l’idrogeno manifestarsi in diverse fasi. Quella di idrogeno neutro (HI), nelle galassie a spirale, è la dominante. La riga a 21 cm (1.4 GHz in frequenza) dell’HI è il metodo più importante per osservarlo.

Qui a sinistra vediamo la mappatura dell’idrogeno neutro della galassia a spirale NGC 6946 a destra e la stessa galassia in ottico a sinistra. La scala `e la stessa per le due immagini. Come si può osservare il gas d'idrogeno che circonda la galassia si estende per una scala molto più ampia rispetto alla materia visibile in ottico. Lo stesso accade per la Galassia ellittica NGC 5055 mostrata sotto.

Con lo studio della linea ad emissione a 21 cm è stato possibile, per esempio, ottenere una mappa della distribuzione dell'idrogeno nella Via Lattea. Questa mostra che la nostra è una galassia a spirale e che l'idrogeno interstellare è concentrato nei bracci della spirale. Lo spessore dello strato di idrogeno della Via lattea è circa il doppio delle polveri, circa 200 pc.

E' importante osservare che l'idrogeno emette a 21 cm quando è fermo rispetto all'osservatore. Se tuttavia l'idrogeno che osserviamo è in movimento rispetto a noi , grazie all'effetto Doppler vedremo una riga a frequenza , e quindi a lunghezza d'onda diversa. Lo spostamento Doppler ci fornisce,come sempre, indicazioni relative alle velocità di allontanamento e quindi anche alle distanze delle nubi di idrogeno che osserviamo.

L'immagine a sinistra infine mostra in a) un ammasso di galassie nell’ottico e in b) lo stesso nel radio : nel radio si nota come non solo c’è del gas freddo  attorno alle due galassie principali ma come il gas va molto più lontano e va ad abbracciare tutte le galassie. Questo e ci dà un’idea di come queste galassie non siano ferme ma si ruotino attorno trascinandosi il gas. Inoltre l’analisi del redshift con cui ci giunge  la riga a 21 cm dell’idrogeno ci permette di ricostruire in modo 3D l’ammasso.

Alcune risorse per approfondire:

Il gas interstellare : qui 

L'emissione radio da galassie a spirale : articolo INAF

L'atomo di idrogeno e la sua importanza in astrofisica : tesi di laurea