A pulzárok felfedezése
Áttekintés
A pulzárok 1967-es felfedezése szinte véletlennek mondható. A pulzárokat Jocelyn Bell Burnell (1934-) fedezte fel, aki akkoriban a Cambridge-i Egyetem végzős hallgatója volt, és tanácsadója rádióteleszkópjával kvazárok után kutatott. Felfedezése jelentős hatással volt mind a csillagászokra általában, mind a tudósnőkre különösen. Felfedezésük óta a pulzárokat a csillagászok kulcsfontosságúnak ismerik el a csillagok, különösen az olyan egzotikus csillagok természetének megértéséhez, mint a fekete lyukak. A női tudósok számára Bell Burnell felfedezése inspirációt jelentett. Ritkán fordult elő, hogy egy női tudós ekkora hírnévre tett szert egy tudományos felfedezéssel. És bár nem osztozott a fizikai Nobel-díjban, amelyet tanácsadója kapott a pulzárok felfedezéséért, azóta talán még jelentősebb elismerést kapott: hozzájárult ahhoz, hogy a nők számára a tudomány minden területén kikövezze az utat.
Háttér
A pulzárok felfedezésének hátterében az egész rádiócsillagászat, és különösen a kvazárok felfedezése áll. A kvazárok keresésére használt rádióteleszkópok ugyanis a pulzárok felfedezéséhez vezettek. A rádiócsillagászat története és a rádióteleszkópok fejlődése fontos mind a kvazárok, mind a pulzárok felfedezéséhez.
A rádióteleszkópok nem fényt, hanem rádióhullámokat vesznek. Ezért nem olyanok, mint az optikai távcsövek, amelyeket általában a csillagászathoz kötünk. A rádióteleszkópoknak nincs lencséjük, és nem cső alakúak. Ehelyett a rádióteleszkópok jellemzően radartányérokból vagy a föld fölé függesztett, nagyon nagy drótkötegekből állnak. Ezek a “távcsövek” az űrből érkező rádióhullámokat fogadják. Az optikai távcsövektől eltérően éjjel és nappal, valamint felhős időben is működhetnek. A fogadott jeleket fel tudják erősíteni, így azok erősebbé válnak, majd ezeket a jeleket hang- és videojelekké alakíthatják át, amelyeket a csillagászok értelmeznek. A rádióteleszkópok egyik problémája, hogy gyakran emberi eredetű rádiójeleket vesznek fel a Földről. Ez jelentős zavart okozhat. Ez a zűrzavar része volt a pulzárok felfedezésének történetének, és az alábbiakban tárgyaljuk. Először azonban a kvazárok felfedezésével kell foglalkoznunk.
A kvazárokat 1960-ban fedezték fel egy interferométer nevű rádióteleszkóp-típussal. Thomas Matthews rádiócsillagász ezt a távcsövet arra használta, hogy pontos pozíciót kapjon egy “3C 48” néven emlegetett objektumról. Korábban ezt az objektumot kék színű csillagként figyelték meg. Matthews bebizonyította, hogy ez a csillag nagy mennyiségű rádióhullám forrása. A következő néhány évben más ilyen rádióhullámokat kibocsátó objektumokat is felfedeztek. Az egyik ilyen objektumot, amelyet “3C 273”-nak neveztek el, 1962-ben alaposan tanulmányozták. Kimutatták, hogy egyszerre nagyon távoli és nagyon fényes. Olyan fényes, hogy a csillagászok becslése szerint ez az egyetlen objektum olyan fényes volt, mint 100 galaxis, ami egy trillió csillagnak felel meg. Ezen objektumok további tanulmányozása során kiderült, hogy mindegyikük közös jellemzője, hogy rendkívül fényesek, nagyok (mindegyikük nagyjából akkora, mint a mi Naprendszerünk), és hatalmas mennyiségű energiát sugároznak ki rádióhullámok formájában. Ezeket kvázi-csillagászati rádióobjektumoknak, azaz kvazároknak nevezték el.
A kvazárok észlelésének legjobb módja a “bolygóközi szcintilláció” nevű technika alkalmazása volt. Az űrbeli objektumokból, például a kvazárokból a Földre érkező rádióhullámokat a Napunkról “lefújó” napszél (ionizált gáz) kissé megzavarja. Míg az űrből érkező rádiójeleket befolyásolja a napszél, a Földről érkező rádiójeleket nem. A “bolygóközi szcintilláció” technikája az űrből érkező rádiójeleket úgy érzékeli, hogy a napszél által okozott zavarokat keresi; ezt a zavarást villogásként vagy “szcintillációként” észlelik. Az ilyen szcintillációk észleléséhez egyedi rádióteleszkópokat kellett építeni.
Az angliai Cambridge-i Egyetem rádiócsillagászai 1967 júliusában fejezték be egy ilyen rádióteleszkóp építését. A projekt vezetője Antony Hewish (1924- ) volt. Segítségére volt Jocelyn Bell Burnell, aki akkoriban végzős hallgató volt, és más önkéntesek. A rádióteleszkóp megépítése két évig tartott, és 128 póluspárra felfüggesztett 120 mérföld (193 km) hosszúságú kábelből állt. Az egész teleszkóp nagyjából 4,5 hektárnyi területet fedett le. Doktori munkája részeként Bell Burnell a teleszkóp számítógépe által előállított adattáblákat elemezte. Az ő feladata egyszerűen az volt, hogy átnézze a számos adattáblát, megtalálja a kvazárok által keltett szcintillációkat, majd felrajzolja azok helyzetét az égbolt térképére. Nem tudhatta, hogy ez a látszólag hétköznapi feladat egy igen figyelemre méltó felfedezéshez fog vezetni.
Impact
Jocelyn Bell Burnell munkája a rádióteleszkóppal körülbelül két hónapig, 1967 augusztusáig rutinszerű volt. Augusztus 6-án a teleszkóp egy olyan rádióforrást észlelt, amelynek jelei impulzusokban érkeztek. Bell Burnell eleinte azt hitte, hogy az impulzusok csak “roncsok”, mivel nem úgy tűntek, mintha azok a kvazárok lennének, amelyeket keresett. Egy idő után rájött, hogy ezek az impulzusok rendkívüli rendszerességgel érkeznek. Kezdetben sem Bell Burnell, sem a tanácsadója, Hewish nem gondolta, hogy valami újat fedeztek fel. Úgy vélték, hogy ez egy emberi eredetű rádiójel, amely talán a Holdról vagy egy műholdról, esetleg egy közeli épületről verődött vissza a távcsövükhöz. Novemberre azonban rájöttek, hogy ez nem így van, hogy a rejtélyes jel valóban a Naprendszerünkön kívüli helyről érkezett. Meglepő módon a rádióhullám-impulzusok olyan gyors rendszerességgel – 1-1/3 másodpercenként egyszer – érkeztek, hogy Bell Burnell és Hewish úgy gondolták, a forrás talán nem természetes. Viccből azt mondták, hogy a jelnek “kis zöld emberkéktől” kell származnia, ezért a pulzáló rádióforrást LGM1-nek nevezték el.
A következő hónapban, 1967 decemberében Bell Burnell az égbolt egy másik részéből származó adatokat elemezte, és egy másik rendszeresen pulzáló rádióforrást talált, amelynek periódusa valamivel rövidebb, 1-1/5 másodperc volt. Majd a karácsonyi ünnepek alatt még két ilyen pulzáló forrást fedezett fel. Így 1968 januárjára Bell Burnell és Hewish már tudta, hogy az objektumok egy új osztályát fedezték fel az űrben. Felfedezésüket 1968 februárjában jelentették be a Nature folyóiratban megjelent tanulmányukban. A bejelentés szenzációs volt, és nem sokkal később az objektumok a pulzárok nevet kapták.
De miféle objektumok voltak ezek a pulzárok? Néhány hónappal Bell Burnell felfedezése előtt Franco Pacini csillagász, aki akkoriban a New York-i Cornell Egyetemen dolgozott, közzétett egy tanulmányt, amelyben azzal érvelt, hogy egy gyorsan forgó neutroncsillagnak, ha valóban létezne, nagyon erős mágneses mezővel kellene rendelkeznie, és ezért erős sugárzási forrást jelentene. 1968 júniusában, nem sokkal a pulzárok felfedezésének bejelentése után Thomas Gold (1920- ), aki szintén a Cornell Egyetemen dolgozott, a Nature-ben publikált egy tanulmányt, amelyben azonosította a Bell Burnell által felfedezett pulzárokat a Pacini által jelzett elméletileg forgó neutroncsillagokkal. Így bebizonyosodott, hogy a pulzárok gyorsan forgó neutroncsillagok. Mágneses pólusaikból nagy intenzitású rádióhullámokat bocsátottak ki. Gyors forgásuk miatt a pulzárok rádióhullámait “impulzusokként” észlelik, hasonlóan ahhoz, ahogyan a fényt látjuk “pulzálni” egy világítótoronyból.
A pulzárok felfedezésének talán egyik legérdekesebb eredménye a vita volt, hogy valójában ki fedezte fel őket. Antony Hewish és Sir Martin Ryle (1918-1984) 1974-ben fizikai Nobel-díjat kapott a rádiócsillagászatban végzett munkájáért. Hewish-t a pulzárok felfedezésében játszott szerepéért ismerték el. Jocelyn Bell Burnell nem osztozott a díjban. Őt nem tekintették a pulzárok felfedezőjének; akkoriban még csak végzős hallgató volt, és a Nobel-díj bizottság úgy vélte, hogy a díjat egy olyan tudósnak kell átvennie, akinek hosszú és elismert kutatási eredménye van. Kizárása a Nobel-díjból számos neves csillagász, köztük Thomas Gold, panaszkodott, hogy Bell Burnell valójában a pulzárok felfedezője volt, és ezért osztoznia kellett volna a díjon.
Mindezek után Bell Burnell nem panaszkodott. Azt mondta: “A Nobel-díjak hosszú távú kutatásokon alapulnak, nem pedig egy kutatóhallgató villanásnyi megfigyelésén”. A pulzárok felfedezéséért számos más díjat, érmet és kitüntetést is kapott, és a női tudósok inspirálójává vált. Angliában él, és “példaképnek, szószólónak, képviselőnek és a nők tudományos életének előmozdítójának tartja magát az Egyesült Királyságban”. És kétségtelenül inspirálta a tudósnőket az egész világon.
A pulzárok felfedezése két jelentős módon is hatással volt a tudományra és a társadalomra. Először is, hihetetlen felfedezés volt a csillagászok számára. Nemcsak az elméleti neutroncsillag létezését erősítette meg, hanem lehetővé tette a tudósok számára, hogy előrelépéseket tegyenek az asztrofizikában, különösen a csillagok összeomlásáról és a fekete lyukak kialakulásáról szóló elméleteikben. Továbbá a pulzárok a legszabályosabb “órák” az univerzumban. Lehetővé tették a tudósok számára Albert Einstein általános relativitáselméletének fontos tesztelését.
Másrészt a pulzárok felfedezése rávilágított a nők tudományban betöltött fontos szerepére. Talán még annál a ténynél is meglepőbb volt, hogy egy új csillagtípust fedeztek fel, hogy egy nő fedezte fel. 1967-ben viszonylag kevés elismert nő volt a tudományban. Jocelyn Bell Burnell akkor és ma is fontos példa a női tudósok számára. 1991-ben az angliai Nyílt Egyetem fizika professzora lett. Kinevezése után nem sokkal megduplázódott a női fizika professzorok száma az Egyesült Királyságban.
STEVE RUSKIN
További olvasmányok
Könyvek
Lyne, A. G. és F. Graham-Smith. Pulzárcsillagászat. Cambridge: Cambridge University Press, 1990.
North, John. The Norton History of Astronomy and Cosmology. New York: W. W. Norton, 1995, pp. 563-66.
Folyóiratcikkek
Bell Burnell, Jocelyn. “Kis zöld emberkék, fehér törpék, vagy mi?” Sky & Telescope (1978. március): 218-21.
Reed, George. “A pulzárok felfedezése: 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.