Um maser é similar em natureza a um laser, a diferença é que um maser ocorre na seção de micro-ondas do espectro eletromagnético. A palavra maser é na verdade um acrônimo para Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Para entender o que é um maser e, por sua vez, o que é um megamaser, é essencial entender o que significa emissão estimulada.
O que é emissão estimulada?
Átomos são compostos de um núcleo que é orbitado por elétrons. Esses elétrons existem em vários níveis de energia ao redor do núcleo. Quando partículas de luz (fótons) incidentes impactam elétrons, os elétrons mudam os níveis de energia. No caso de emissão estimulada, um fóton impacta um elétron e o elétron então emite mais dois fótons que têm a mesma frequência e direção do fóton original. A liberação de dois fótons faz com que o elétron caia para um nível de energia mais baixo. Curiosamente, esse processo só pode ocorrer quando há mais elétrons em níveis de energia mais altos do que em níveis de energia mais baixos, o que é conhecido como inversão populacional. Além disso, uma inversão populacional só pode ocorrer se um processo externo estiver fornecendo uma fonte de energia. Assim, a emissão estimulada é um processo pelo qual os átomos liberam fótons, e isso só pode acontecer quando a energia está sendo fornecida. Os dois fótons emitidos por um elétron são fótons de micro-ondas e, se forem emitidos o suficiente, um maser se forma.
Masers no espaço
Laboratórios na Terra são capazes de produzir masers induzindo emissão estimulada. Masers, no entanto, também são produzidos por eventos naturais no cosmos . Masers são feitos por moléculas e elementos únicos , como água , hidroxila e metanol. Objetos que contêm uma abundância desses e outros produtos químicos geralmente emitem um maser. Por exemplo, estrelas ricas em oxigênio emitem masers, assim como planetas gigantes gasosos como Júpiter . Masers emitidos por estrelas , nebulosas e planetas são minúsculos em comparação com megamasers. Megamasers são masers gigantescos que são tipicamente produzidos por alguns dos eventos mais extremos no cosmos. Um desses eventos que pode produzir um megamaser é uma colisão galáctica. Uma colisão entre duas ou mais galáxias tipicamente resulta em um aumento massivo na formação de estrelas, resultando em um aumento na radiação de micro-ondas emitida. As micro-ondas combinadas de tantas estrelas formam um gigantesco feixe de radiação de micro-ondas que se move para fora das galáxias em colisão . A quantidade de energia contida em um megamaser é tão alta que ele pode até se tornar mais brilhante do que uma galáxia inteira contendo bilhões de estrelas. Curiosamente, como moléculas específicas produzem megamasers, elas podem ser usadas para identificar a composição de objetos como estrelas, planetas, nebulosas e galáxias.