Objev pulsarů

Přehled

Dá se říci, že objev pulsarů v roce 1967 byl téměř náhodný. Pulzary objevila Jocelyn Bell Burnellová (1934-), tehdy postgraduální studentka na Cambridgeské univerzitě, která pomocí radioteleskopu svého školitele hledala kvazary. Její objev měl značný dopad jak pro astronomy obecně, tak zejména pro vědkyně. Od svého objevu jsou pulsary považovány astronomy za klíčové pro pochopení podstaty hvězd, zejména exotických hvězd, jako jsou černé díry. Pro vědkyně měl být objev Bell Burnellové inspirací. Málokdy se stalo, že by vědkyně získala takovou slávu díky vědeckému objevu. A přestože se o Nobelovu cenu za fyziku, která byla udělena jejímu poradci za objev pulsarů, nedělila, dočkala se od té doby uznání za něco možná ještě významnějšího: za to, že pomohla vydláždit cestu ženám ve všech vědeckých oborech.

Pozadí

Objev pulsarů má v pozadí celou radioastronomii a zejména objev kvasarů. K objevu pulsarů totiž vedlo použití radioteleskopů k hledání kvazarů. Historie radioastronomie a vývoje radioteleskopů je důležitá pro objev kvasarů i pulsarů.

Radioteleskopy přijímají rádiové vlny, nikoliv světlo. Proto se nepodobají optickým dalekohledům, které si běžně spojujeme s astronomií. Radioteleskopy nemají čočky a nemají tvar trubic. Místo toho se radioteleskopy obvykle skládají z radarových antén nebo z velmi velkých soustav drátů zavěšených nad zemí. Tyto „teleskopy“ přijímají rádiové vlny z vesmíru. Na rozdíl od optických dalekohledů mohou pracovat ve dne i v noci a také za oblačného počasí. Přijímané signály mohou zesilovat, takže jsou silnější, a tyto signály pak mohou být transformovány do zvukových i obrazových signálů, které jsou interpretovány astronomy. Jedním z problémů, s nimiž se radioteleskopy potýkají, je, že často zachycují rádiové signály ze Země vytvořené lidmi. To může způsobit značné zmatky. Takové zmatení bylo součástí příběhu o objevu pulsarů a bude o něm pojednáno níže. Nejprve se však musíme zabývat objevem kvazarů.

Kvazary byly objeveny v roce 1960 pomocí typu radioteleskopu zvaného interferometr. Radioastronom Thomas Matthews pomocí tohoto dalekohledu zjišťoval přesnou polohu objektu označovaného jako „3C 48“. Již dříve byl tento objekt pozorován jako modře zbarvená hvězda. Matthews prokázal, že tato hvězda je zdrojem velkého množství rádiových vln. V následujících několika letech byly objeveny další podobné objekty vyzařující rádiové vlny. Jeden z těchto objektů, nazvaný „3C 273“, byl podrobně studován v roce 1962. Ukázalo se, že je velmi vzdálený a zároveň velmi jasný. Tak jasný, že astronomové odhadli, že tento jediný objekt je stejně jasný jako 100 galaxií, což odpovídá jednomu bilionu hvězd. Další studium těchto objektů ukázalo, že všechny mají společné rysy: jsou extrémně jasné, velké (každý z nich je zhruba stejně velký jako naše sluneční soustava) a vyzařují obrovské množství energie ve formě rádiových vln. Byly nazvány kvazihvězdnými rádiovými objekty neboli kvazary.

Nejlepším způsobem detekce kvazarů bylo použití techniky zvané „meziplanetární scintilace“. Rádiové vlny přicházející k Zemi z vesmírných objektů, jako jsou kvazary, budou mírně rušeny slunečním větrem (ionizovaným plynem), který „vane“ z našeho Slunce. Zatímco rádiové signály z vesmíru jsou ovlivněny slunečním větrem, rádiové signály ze Země ovlivněny nejsou. Technika „meziplanetární scintilace“ detekuje rádiové signály z vesmíru tak, že hledá narušení těchto signálů slunečním větrem; toto narušení je detekováno jako blikání nebo „scintilace“. Aby bylo možné takové scintilace detekovat, bylo nutné postavit unikátní radioteleskopy.

V červenci 1967 dokončili radioastronomové na univerzitě v Cambridge v Anglii stavbu takového radioteleskopu. Ředitelem tohoto projektu byl Antony Hewish (1924- ). Pomáhal mu Jocelyn Bell Burnell, který byl tehdy postgraduálním studentem, a další dobrovolníci. Stavba tohoto radioteleskopu trvala dva roky a sestávala ze 120 mil (193 km) kabelů zavěšených na 128 párech stožárů. Celý teleskop zabíral zhruba 4,5 akru půdy. V rámci své doktorské práce Bell Burnellová analyzovala grafy dat, které vytvářel počítač teleskopu. Jejím úkolem bylo jednoduše procházet četné datové grafy, vyhledávat scintilace podobné těm, které produkují kvazary, a poté zakreslovat jejich polohu do map oblohy. Nemohla tušit, že tento zdánlivě všední úkol povede k pozoruhodnému objevu.

Vliv

Práce Jocelyn Bell Burnellové s radioteleskopem byla rutinní asi dva měsíce, do srpna 1967. Dne 6. srpna teleskop zachytil rádiový zdroj, jehož signály přicházely v pulzech. Zpočátku si Bell Burnellová myslela, že pulsy jsou jen „šupiny“, protože se nezdály být kvazary, které hledala. Po chvíli si uvědomila, že tyto pulsy „chuchvalců“ přicházejí s extrémní pravidelností. Zpočátku si Bell Burnellová ani její poradce Hewish nemysleli, že objevili něco nového. Domnívali se, že jde o rádiový signál vytvořený člověkem, který se možná k jejich teleskopu odráží od Měsíce nebo družice, nebo dokonce od blízké budovy. V listopadu si však uvědomili, že tomu tak není a že jejich záhadný signál skutečně pochází z místa mimo naši sluneční soustavu. Překvapivé bylo, že pulzy rádiových vln přicházely s takovou pravidelností – jednou za 1-1/3 sekundy – že Bell Burnell a Hewish usoudili, že zdroj nemusí být přirozený. Z legrace prohlásili, že signál musí pocházet od „malých zelených mužíčků“, a tak pulzující rádiový zdroj nazvali LGM1.

V následujícím měsíci, v prosinci 1967, Bell Burnell analyzoval data z jiné části oblohy a objevil další pravidelně pulzující rádiový zdroj s o něco kratší periodou 1-1/5 sekundy. A pak, během vánočních svátků, objevila další dva takové pulzující zdroje. V lednu 1968 tedy Bell Burnellová a Hewish věděli, že objevili novou třídu objektů ve vesmíru. Svůj objev oznámili v únoru 1968 v článku v časopise Nature. Oznámení bylo senzační a brzy poté dostaly objekty název pulsary.

Ale jakého druhu byly tyto pulsary? Několik měsíců před objevem Bella Burnella publikoval astronom Franco Pacini, který tehdy působil na Cornellově univerzitě v New Yorku, článek, v němž tvrdil, že rychle rotující neutronová hvězda, pokud by byla nalezena, by měla velmi silné magnetické pole, a byla by tedy silným zdrojem záření. V červnu 1968, krátce po oznámení objevu pulsarů, publikoval Thomas Gold (1920- ), rovněž z Cornellovy univerzity, v časopise Nature článek, v němž ztotožnil pulsary objevené Bellem Burnellem s teoretickými rotujícími neutronovými hvězdami, které uvedl Pacini. Tím bylo prokázáno, že pulsary jsou rychle rotující neutronové hvězdy. Ze svých magnetických pólů vysílaly vysoce intenzivní rádiové vlny. Vzhledem k jejich rychlé rotaci jsou rádiové vlny pulsarů detekovány jako „pulzy“ podobně, jako je vidět „pulzující“ světlo z lampičky.

Možná jedním z nejzajímavějších výsledků objevu pulsarů byla polemika o tom, kdo je vlastně objevil. V roce 1974 obdrželi Antony Hewish a sir Martin Ryle (1918-1984) Nobelovu cenu za fyziku za svou práci v oblasti radioastronomie. Hewish byl oceněn za svůj podíl na objevu pulsarů. Jocelyn Bell Burnell se o cenu nepodělil. Nebyla považována za objevitelku pulsarů; v té době byla pouhou postgraduální studentkou a výbor Nobelovy ceny se domníval, že ocenění by měl dostat vědec s dlouhou a zavedenou výzkumnou praxí. Její vyloučení z Nobelovy ceny vedlo mnoho významných astronomů, včetně Thomase Golda, ke stížnostem, že Bell Burnellová byla ve skutečnosti objevitelkou pulsarů, a proto by se měla o cenu podělit.

Při tom všem si Bell Burnellová nestěžovala. Řekla, že „Nobelovy ceny se udělují na základě dlouhodobého výzkumu, nikoliv na základě bleskového pozorování nějakého studenta“. Za svůj objev pulsarů však získala mnoho dalších cen, medailí a vyznamenání a stala se inspirací pro vědkyně. Žije v Anglii a považuje se za „vzor, mluvčí, představitelku a propagátorku žen ve vědě ve Spojeném království“. A nepochybně inspirovala vědkyně po celém světě.

Objev pulsarů ovlivnil vědu a společnost dvěma významnými způsoby. Zaprvé to byl pro astronomy neuvěřitelný objev. Nejenže potvrdil existenci teoretické neutronové hvězdy, ale také umožnil vědcům pokročit v astrofyzice, zejména v teoriích hvězdného kolapsu a vzniku černých děr. Pulzary jsou navíc nejpravidelnějšími „hodinami“ ve vesmíru. Umožnily vědcům provést důležité testy obecné teorie relativity Alberta Einsteina.

Druhé, objev pulsarů vrhl světlo na důležitou roli žen ve vědě. Možná ještě překvapivější než skutečnost, že byl objeven nový typ hvězdy, bylo to, že jej objevila žena. V roce 1967 bylo ve vědě poměrně málo etablovaných žen. Jocelyn Bell Burnellová tehdy byla a stále je důležitým příkladem pro vědkyně. V roce 1991 byla jmenována profesorkou fyziky na Open University v Anglii. Brzy po jejím jmenování se počet profesorek fyziky ve Velké Británii zdvojnásobil.

STEVE RUSKIN

Další četba

Knihy

Lyne, A. G. a F. Graham-Smith. Pulsar Astronomy. Cambridge: Cambridge University Press, 1990.

North, John. Nortonovy dějiny astronomie a kosmologie. New York: W. W. Norton, 1995, s. 563-66.

Periodické články

Bell Burnell, Jocelyn. „Zelení mužíčci, bílí trpaslíci, nebo co?“. Sky & Telescope (březen 1978): 218-21.

Reed, George. „Objev pulsarů: Byly uznány zásluhy tam, kde měly být?“ Astronomy (prosinec 1983): 24-28.

Woolgar, S.W. „Writing an Intellectual History of Scientific Achievement: The Use of Discovery Accounts.“ (Srov. Social Studies of Science 6 (1976): 395- 422.