Gas Atomico nel Mezzo Interstellare (Introduzione all’Universo Parte III) L’idrogeno in fase atomica, se riscaldato emette fotoni in zona radio con = 21 cm. L’emissione corrisponde alla transizione nel numero quantico fondamentale n = 1 tra lo stato magnetico parallelo e antiparallelo. L’energia di transizione è di 6 eV. La rivelazione avviene mediante radiotelescopi. Per eccitare l’idrogeno atomico con n 2, occorrono almeno 10.2 eV per atomo: un milione di volte superiore all’energia corrispondente alla riga di lunghezza d’onda 21 cm. Questo rende la riga spettrale a 21 cm la la più importante in astronomia, in quanto può essere emessa dall’idrogeno atomico in condizioni interstellari normali. Usando la riga a 21 cm emessa dagli atomi di idrogeno, si può misurare la massa sia del gas atomico sia delle stelle presenti in una galassia. Misurazione della Massa di una Galassia 1) La riga a 21 cm rivelata dai radiotelescopi è il risultato della transizione spontanea dallo stato parallelo ad antiparallelo allo stato fondamentale n = 1 dell’idrogeno. 2) Non è possibile prevedere il momento della transizione, ma la probabilità che la transizione avvenga entro un dato tempo. Transizioni permesse e proibite in H0 PERMESSE: stati con livelli di energia n = 2 hanno una vita media molto breve: solo 10-8 s prima che si verifichi la transizione 2 1. 4) PROIBITE: hanno bassissima probabilità di verificarsi in un dato intervallo di tempo. Gli atomi rimangono nello stesso stato per 107 anni prima di passare a un livello energetico più basso. Urti tra atomi nel gas di H0 Nonostante la bassa densità interstellare del gas di idrogeno, gli atomi si urtano una volta ogni mille anni, frequenza sufficientemente alta da produrre transizioni tra gli stati parallelo e antiparallelo in n = 1, con emissione radio misurabile sulla riga a 21 cm. Misurazione della massa L’intensità della riga a 21 cm è proporzionale alla quantità di atomi che emettono, quindi alla massa di idrogeno atomico presente nella galassia. Si possono misurare massa e forma di una galassia dall’analisi dello spettro radio con = 21 cm La misurazione dell’effetto doppler angolare a 21 cm permette di misurare sia la velocità di rotazione di una galassia, quindi la forza centrifuga che bilancia la forza di gravità diretta verso il centro galattico, sia la velocità relativa delle parti in movimento rispetto all’osservatore. La massa della galassia, nota la distanza del centro galattico dall’osservatore, si valuta su base gravitazionale 2 M G vO 2 rOG rOG VLA: Very Large Array, New Messico desert Galassia M83 Osservata alla lunghezza radio di 21 cm. Si evidenzia la rotazione per effetto Doppler. Per M 83 la massa totale è pari a 10 miliardi M , il 6% risulta costituita da H0. La massa risultante è però 10 volte superiore a quella deducibile dal conteggio statistico sulle masse stellari visibili. Per spiegare questo fenomeno, si pensa che esista della materia oscura non visibile otticamente ma gravitazionalmente influente sulla materia visibile, la cui natura e tuttora misteriosa. Via Lattea L’emissione a 21 cm sul piano galattico evidenzia una massiccia presenza di idrogeno atomico nell’intorno del nucleo. La forma della nostra galassia - L’emissione galattica a 21 cm ha massima intensità nella direzione del Sagittario ed è localizzata su un sottile disco; - Una parte del picco di radiazione risulta spostato verso il rosso, l’altra verso il blu, in accordo con l’ipotesi che il nostro sistema si trovi al confine del braccio di una spirale in rotazione, con centro nella direzione della costellazione del Sagittario; Profilo di emissione della riga a 21 cm che caratterizza il disco del piano galattico - La migliore stima della distanza del Sole dal centro galattico è 8.5 Kpc (2.6 1017 Km). - La velocità orbitale del sistema solare intorno al nucleo galattico è di 220 Km/s, quindi il S.S. compie un giro della galassia ogni 240 milioni di anni, uguale al tempo trascorso dall’epoca dei dinosauri.