Une caractéristique spectrale de l'hydrogène utilisée pour diagnostiquer les conditions atmosphériques stellaires.La raie de l'hydrogène, également connue sous le nom de raie à 21 cm, est une caractéristique spectrale émise par les atomes d'hydrogène neutres lorsque le spin de leur électron passe de parallèle à antiparallèle par rapport au spin du proton. Cette transition est extrêmement rare, mais l'immense quantité d'hydrogène dans l'univers en fait un outil puissant pour l'astronomie. Elle est utilisée pour cartographier la distribution de l'hydrogène neutre dans les galaxies, étudier la structure de la Voie lactée et sonder l'univers primordial pendant les âges sombres cosmiques.
La raie à 21 cm a été prédite par Hendrik van de Hulst en 1944 et détectée pour la première fois par Harold Ewen et Edward Purcell en 1951. Elle est depuis devenue une pierre angulaire de la radioastronomie.
La raie à 21 cm provient de la structure hyperfine de l'état fondamental de l'hydrogène. Lorsqu'un atome émet un photon à 1420 MHz, cela révèle la présence et la vitesse du gaz d'hydrogène neutre. En mesurant les décalages Doppler, les astronomes peuvent retracer la rotation des galaxies et le mouvement des nuages de gaz. Dans les atmosphères stellaires, la raie de l'hydrogène est utilisée pour diagnostiquer les conditions de température, de densité et de pression, car sa force et sa forme dépendent de ces paramètres.
La raie à 21 cm est utilisée en radioastronomie pour cartographier la structure galactique, en cosmologie pour étudier l'époque de la réionisation, et en astrophysique pour caractériser les atmosphères stellaires.
La raie à 21 cm est si faible qu'un atome d'hydrogène typique n'émet un tel photon qu'une fois tous les 10 millions d'années, mais elle est détectable à travers l'univers en raison du nombre considérable d'atomes.
