La línea de 21 cm corresponde a una transición en el átomo de hidrógeno. Tanto el electrón como el protón tienen espines individuales. La energía cuando los giros están alineados es ligeramente mayor que cuando los giros están anti-alineados. La diferencia en energía corresponde a una longitud de onda de aproximadamente 21 cm (o una frecuencia de aproximadamente 1420 MHz). Cuando el giro de electrones cambia de estar alineado a estar alineado, se emite un fotón con una longitud de onda de 21 cm. Alternativamente, si un fotón con una longitud de onda de 21 cm es absorbido por un átomo de hidrógeno, puede voltear el giro del electrón de ser anti-alineado a estar alineado.
La línea de 21 cm es muy útil porque permite al astrónomo medir la cantidad de gas atómico en las nubes interestelares y otras galaxias. Además, debido a que es una línea espectral, el desplazamiento Doppler se puede usar para inferir información sobre el movimiento del gas atómico.
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