Radiazione di 21 centimetri, radiazione elettromagnetica della lunghezza d’onda radio emessa da atomi di idrogeno interstellari freddi, neutri. L’atomo di idrogeno è composto da una particella carica positivamente, il protone, e una particella carica negativamente, l’elettrone. Queste particelle hanno un momento angolare intrinseco chiamato spin. (Tuttavia, questo spin non è una rotazione fisica reale; è, piuttosto, un effetto meccanico quantistico.) Quando gli spin delle due particelle sono antiparalleli, allora l’atomo è nel suo stato di energia più basso. Quando gli spin sono paralleli, l’atomo ha una piccola quantità di energia extra. Nello spazio molto freddo tra le stelle, gli atomi di idrogeno interstellari sono in uno stato di energia più bassa possibile. Le collisioni tra particelle, tuttavia, possono a volte eccitare alcuni atomi (il che rende parallelo lo spin delle particelle), dando loro una piccola quantità di energia. Secondo le regole della meccanica quantistica, tali atomi irradiano la loro energia acquisita sotto forma di fotoni a bassa energia che corrispondono a una lunghezza d’onda di 21 centimetri o una frequenza di 1.420 megahertz. Questa transizione, chiamata transizione iperfine, si verifica all’incirca ogni 10 milioni di anni. Questa radiazione radio fu teoricamente predetta dall’astronomo olandese H. C. van de Hulstin nel 1944 e fu rilevata sperimentalmente dai fisici americani Harold Ewen e Edward Purcell all’Università di Harvard nel 1951. Anche se la transizione avviene molto raramente, c’è così tanto idrogeno nella Via Lattea che l’emissione di idrogeno di 21 centimetri è facilmente osservabile. La radiazione di 21 centimetri penetra facilmente nelle nubi di particelle di polvere interstellare che ostruiscono le osservazioni ottiche in profondità nel centro galattico e quindi consente la mappatura della struttura a spirale della galassia.