Die Entdeckung der Pulsare

Überblick

Die Entdeckung der Pulsare im Jahr 1967 kann als fast zufällig bezeichnet werden. Pulsare wurden von Jocelyn Bell Burnell (1934-) entdeckt, die damals als Doktorandin an der Universität von Cambridge mit dem Radioteleskop ihres Beraters nach Quasaren suchte. Ihre Entdeckung hatte erhebliche Auswirkungen, sowohl für Astronomen im Allgemeinen als auch für Wissenschaftlerinnen im Besonderen. Seit ihrer Entdeckung haben die Astronomen erkannt, dass Pulsare für das Verständnis der Natur von Sternen, insbesondere von exotischen Sternen wie schwarzen Löchern, von entscheidender Bedeutung sind. Für Wissenschaftlerinnen sollte Bell Burnells Entdeckung eine Inspiration sein. Selten hatte eine Wissenschaftlerin so viel Ruhm für eine wissenschaftliche Entdeckung erlangt. Und obwohl sie den Nobelpreis für Physik, den ihr Berater für die Entdeckung der Pulsare erhielt, nicht mit ihr teilte, ist sie seither für etwas vielleicht noch Bedeutsameres bekannt: dafür, dass sie dazu beigetragen hat, den Weg für Frauen in allen Bereichen der Wissenschaft zu ebnen.

Hintergrund

Die Entdeckung der Pulsare hat ihren Hintergrund in der gesamten Radioastronomie und insbesondere in der Entdeckung von Quasaren. Denn der Einsatz von Radioteleskopen zur Suche nach Quasaren führte zur Entdeckung von Pulsaren. Die Geschichte der Radioastronomie und der Entwicklung von Radioteleskopen ist wichtig für die Entdeckung von Quasaren und Pulsaren.

Radioteleskope empfangen Radiowellen, nicht Licht. Daher sind sie nicht wie die optischen Teleskope, die wir normalerweise mit der Astronomie in Verbindung bringen. Radioteleskope haben keine Linsen und sind nicht wie Röhren geformt. Stattdessen bestehen Radioteleskope in der Regel aus Radarschüsseln oder aus sehr großen, über dem Boden hängenden Drahtanordnungen. Diese „Teleskope“ empfangen Radiowellen aus dem Weltraum. Im Gegensatz zu optischen Teleskopen können sie Tag und Nacht und auch bei bewölktem Wetter arbeiten. Sie können die empfangenen Signale verstärken und in Audio- und Videosignale umwandeln, die dann von den Astronomen interpretiert werden können. Ein Problem, das Radioteleskope haben, ist, dass sie oft von Menschen verursachte Radiosignale von der Erde auffangen. Dies kann zu erheblichen Verwirrungen führen. Diese Verwirrung war Teil der Geschichte der Entdeckung von Pulsaren und wird weiter unten erörtert. Zunächst müssen wir jedoch die Entdeckung von Quasaren betrachten.

Quasare wurden 1960 mit einer Art Radioteleskop namens Interferometer entdeckt. Der Radioastronom Thomas Matthews benutzte dieses Teleskop, um die genaue Position eines Objekts mit der Bezeichnung „3C 48“ zu bestimmen. Dieses Objekt war zuvor als blau gefärbter Stern beobachtet worden. Matthews wies nach, dass dieser Stern eine Quelle für große Mengen von Radiowellen war. In den folgenden Jahren wurden weitere Objekte entdeckt, die Radiowellen aussendeten. Eines dieser Objekte, „3C 273“, wurde 1962 genauer untersucht. Es erwies sich sowohl als sehr weit entfernt als auch als sehr hell. Es war sogar so hell, dass die Astronomen schätzten, dass dieses einzelne Objekt so hell war wie 100 Galaxien, was einer Billion Sternen entspricht. Weitere Untersuchungen dieser Objekte ergaben, dass sie alle die gleichen Merkmale aufwiesen: Sie waren extrem hell, groß (jedes von ihnen hatte ungefähr die Größe unseres Sonnensystems) und strahlten große Mengen an Energie in Form von Radiowellen aus. Sie wurden als quasi-stellare Radioobjekte oder Quasare bezeichnet.

Die beste Möglichkeit, Quasare aufzuspüren, war eine Technik namens „interplanetare Szintillation“. Radiowellen, die von Objekten im Weltraum, wie Quasaren, zur Erde gelangen, werden durch den Sonnenwind (ionisiertes Gas), der von unserer Sonne „weht“, leicht gestört. Während Funksignale aus dem Weltraum vom Sonnenwind beeinflusst werden, sind Funksignale von der Erde davon nicht betroffen. Mit der Technik der „interplanetaren Szintillation“ werden Funksignale aus dem Weltraum aufgespürt, indem man nach der Störung dieser Signale durch den Sonnenwind sucht; diese Störung wird als Flimmern oder „Szintillation“ erkannt. Um solche Szintillationen aufzuspüren, mussten einzigartige Radioteleskope gebaut werden.

Im Juli 1967 beendeten Radioastronomen an der Universität von Cambridge in England den Bau eines solchen Radioteleskops. Der Leiter dieses Projekts war Antony Hewish (1924- ). Unterstützt wurde er von Jocelyn Bell Burnell, der damals ein Doktorand war, und anderen Freiwilligen. Der Bau des Radioteleskops dauerte zwei Jahre und bestand aus 120 Meilen (193 km) Kabel, das an 128 Mastenpaaren aufgehängt war. Das gesamte Teleskop bedeckte eine Fläche von etwa 4,5 Hektar. Im Rahmen ihrer Doktorarbeit analysierte Bell Burnell die vom Computer des Teleskops erstellten Datentabellen. Ihre Aufgabe bestand einfach darin, die zahlreichen Datentabellen zu überprüfen, Szintillationen zu finden, wie sie von Quasaren erzeugt werden, und dann deren Positionen auf Himmelskarten einzuzeichnen. Sie konnte nicht ahnen, dass diese scheinbar banale Aufgabe zu einer höchst bemerkenswerten Entdeckung führen würde.

Auswirkung

Jocelyn Bell Burnells Arbeit mit dem Radioteleskop war etwa zwei Monate lang Routine, bis August 1967. Am 6. August empfing das Teleskop eine Radioquelle, deren Signale in Pulsen auftraten. Zunächst dachte Bell Burnell, dass es sich bei den Impulsen nur um „Gestrüpp“ handelte, denn sie schienen nicht die Quasare zu sein, nach denen sie suchte. Nach einer Weile stellte sie fest, dass diese Pulse mit extremer Regelmäßigkeit auftraten. Zunächst glaubten weder Bell Burnell noch ihr Berater Hewish, dass sie etwas Neues entdeckt hätten. Sie glaubten, es handele sich um ein von Menschen verursachtes Radiosignal, das vielleicht vom Mond oder einem Satelliten oder sogar von einem Gebäude in der Nähe zu ihrem Teleskop zurückgeworfen wurde. Doch im November wurde ihnen klar, dass dies nicht der Fall war, sondern dass ihr mysteriöses Signal tatsächlich von einem Ort außerhalb unseres Sonnensystems kam. Erstaunlicherweise kamen die Radiowellenimpulse mit einer so schnellen Regelmäßigkeit – einmal alle 1-1/3 Sekunden – dass Bell Burnell und Hewish dachten, die Quelle könnte nicht natürlich sein. Scherzhaft sagten sie, das Signal müsse von „Little Green Men“ stammen, und nannten die pulsierende Radioquelle LGM1.

Im nächsten Monat, im Dezember 1967, analysierte Bell Burnell Daten von einem anderen Teil des Himmels und fand eine weitere regelmäßig pulsierende Radioquelle mit einer etwas kürzeren Periode von 1-1/5 Sekunden. Über die Weihnachtsfeiertage entdeckte sie dann zwei weitere solche pulsierenden Quellen. Im Januar 1968 wussten Bell Burnell und Hewish dann, dass sie eine neue Klasse von Objekten im Weltraum entdeckt hatten. Im Februar 1968 gaben sie ihre Entdeckung in einem Artikel in der Zeitschrift Nature bekannt. Die Ankündigung war eine Sensation, und bald darauf erhielten die Objekte den Namen Pulsare.

Aber um welche Art von Objekten handelte es sich bei diesen Pulsaren? Wenige Monate vor Bell Burnells Entdeckung veröffentlichte der Astronom Franco Pacini, damals an der Cornell University in New York, eine Arbeit, in der er argumentierte, dass ein schnell rotierender Neutronenstern, falls es ihn gäbe, ein sehr starkes Magnetfeld hätte und daher eine starke Strahlungsquelle darstellen würde. Im Juni 1968, kurz nach der Bekanntgabe der Entdeckung der Pulsare, veröffentlichte Thomas Gold (1920- ), ebenfalls von der Cornell University, einen Artikel in Nature, in dem er die von Bell Burnell entdeckten Pulsare mit den von Pacini angegebenen theoretisch rotierenden Neutronensternen identifizierte. Damit war bewiesen, dass es sich bei den Pulsaren um schnell rotierende Neutronensterne handelte. Sie strahlten von ihren Magnetpolen aus Radiowellen hoher Intensität aus. Aufgrund ihrer schnellen Rotation werden die Radiowellen von Pulsaren als „Pulse“ wahrgenommen, ähnlich wie man das Licht in einem Leuchtturm „pulsieren“ sieht.

Vielleicht eines der interessantesten Ergebnisse der Entdeckung von Pulsaren war die Kontroverse darüber, wer sie eigentlich entdeckt hat. Im Jahr 1974 erhielten Antony Hewish und Sir Martin Ryle (1918-1984) den Nobelpreis für Physik für ihre Arbeit in der Radioastronomie. Hewish wurde für seine Rolle bei der Entdeckung von Pulsaren ausgezeichnet. Jocelyn Bell Burnell erhielt den Preis nicht. Sie galt nicht als Entdeckerin der Pulsare; zu diesem Zeitpunkt war sie lediglich Doktorandin, und das Nobelpreiskomitee war der Ansicht, dass der Preis an einen Wissenschaftler mit einer langen und etablierten Forschungsgeschichte gehen sollte. Ihr Ausschluss vom Nobelpreis veranlasste viele angesehene Astronomen, darunter Thomas Gold, sich darüber zu beschweren, dass Bell Burnell in Wirklichkeit die Entdeckerin der Pulsare war und daher den Preis hätte teilen sollen.

Bell Burnell beschwerte sich in all dem nicht. Sie sagte: „Nobelpreise beruhen auf langjähriger Forschung, nicht auf einer blitzschnellen Beobachtung eines Forschungsstudenten.“ Für ihre Entdeckung der Pulsare erhielt sie viele weitere Preise, Medaillen und Ehrungen und wurde zu einer Inspiration für Wissenschaftlerinnen. Die in England lebende Wissenschaftlerin sieht sich selbst als „Vorbild, Sprecherin, Vertreterin und Förderin von Frauen in der Wissenschaft im Vereinigten Königreich“. Und sie hat zweifellos Wissenschaftlerinnen in der ganzen Welt inspiriert.

Die Entdeckung der Pulsare hat Wissenschaft und Gesellschaft in zweierlei Hinsicht beeinflusst. Erstens war es eine unglaubliche Entdeckung für die Astronomen. Sie bestätigte nicht nur die Existenz des theoretischen Neutronensterns, sondern ermöglichte den Wissenschaftlern auch Fortschritte in der Astrophysik, insbesondere in ihren Theorien über den Kollaps von Sternen und die Entstehung von schwarzen Löchern. Außerdem sind Pulsare die regelmäßigsten „Uhren“ im Universum. Sie haben es den Wissenschaftlern ermöglicht, Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie zu überprüfen.

Zweitens hat die Entdeckung der Pulsare die wichtige Rolle der Frauen in der Wissenschaft beleuchtet. Vielleicht noch überraschender als die Tatsache, dass eine neue Art von Stern entdeckt wurde, war die Tatsache, dass eine Frau sie entdeckt hatte. Im Jahr 1967 gab es relativ wenige etablierte Frauen in der Wissenschaft. Jocelyn Bell Burnell war damals und ist auch heute noch ein wichtiges Vorbild für Wissenschaftlerinnen. Im Jahr 1991 wurde sie zur Professorin für Physik an der Open University in England ernannt. Bald nach ihrer Ernennung verdoppelte sich die Zahl der weiblichen Physikprofessoren im Vereinigten Königreich.

STEVE RUSKIN

Weitere Lektüre

Bücher

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

North, John. The Norton History of Astronomy and Cosmology. New York: W. W. Norton, 1995, S. 563-66.

Zeitschriftenartikel

Bell Burnell, Jocelyn. „Little Green Men, White Dwarfs, or What?“ Sky & Telescope (März 1978): 218-21.

Reed, George. „The Discovery of Pulsars: Was Credit Given Where it Was Due?“ Astronomy (December 1983): 24-28.

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