La scoperta delle pulsar

Panoramica

La scoperta delle pulsar nel 1967 si può dire che sia stata quasi accidentale. Le pulsar sono state scoperte da Jocelyn Bell Burnell (1934-), allora studente laureato all’Università di Cambridge che stava usando il radiotelescopio del suo consulente per cercare i quasar. La sua scoperta ebbe un notevole impatto, sia per gli astronomi in generale che per le donne scienziate in particolare. Dalla loro scoperta, le pulsar sono state riconosciute dagli astronomi come cruciali per comprendere la natura delle stelle, specialmente quelle esotiche come i buchi neri. Per le donne scienziate, la scoperta di Bell Burnell doveva essere un’ispirazione. Raramente una donna scienziato aveva ottenuto così tanta fama per una scoperta scientifica. E anche se non ha condiviso il Premio Nobel per la Fisica dato al suo consulente per la scoperta delle pulsar, da allora è stata riconosciuta per qualcosa di forse più significativo: per aver contribuito ad aprire la strada alle donne in tutti i campi della scienza.

Background

La scoperta delle pulsar ha come sfondo l’intera radioastronomia, e la scoperta delle quasar in particolare. Questo perché l’uso dei radiotelescopi per cercare i quasar ha portato alla scoperta delle pulsar. La storia della radioastronomia e lo sviluppo dei radiotelescopi è importante per la scoperta sia delle quasar che delle pulsar.

I radiotelescopi ricevono onde radio, non luce. Perciò non sono come i telescopi ottici che normalmente associamo all’astronomia. I radiotelescopi non hanno lenti e non hanno la forma di tubi. Invece, i radiotelescopi consistono tipicamente in parabole radar, o in grandi matrici di fili sospesi sopra la terra. Questi “telescopi” ricevono onde radio dallo spazio. A differenza dei telescopi ottici possono operare notte e giorno, e anche durante il tempo nuvoloso. Possono amplificare i segnali che ricevono in modo da renderli più forti, e questi segnali possono poi essere trasformati in segnali audio e video che vengono interpretati dagli astronomi. Un problema che i radiotelescopi hanno è che spesso raccolgono segnali radio prodotti dall’uomo provenienti dalla Terra. Questo può causare una notevole confusione. Tale confusione è stata parte della storia della scoperta delle pulsar, e sarà discussa di seguito. Prima, però, dobbiamo considerare la scoperta dei quasar.

I quasar sono stati scoperti nel 1960 con un tipo di radiotelescopio chiamato interferometro. Il radioastronomo Thomas Matthews stava usando questo telescopio per ottenere una posizione precisa di un oggetto chiamato “3C 48”. In precedenza questo oggetto era stato osservato come una stella di colore blu. Matthews dimostrò che questa stella era una fonte di grandi quantità di onde radio. Negli anni successivi furono scoperti altri oggetti che emettevano onde radio. Uno di questi oggetti, chiamato “3C 273”, fu studiato da vicino nel 1962. Fu dimostrato che era sia molto distante che molto luminoso. Così luminoso, infatti, che gli astronomi stimarono che questo singolo oggetto fosse luminoso come 100 galassie, l’equivalente di un trilione di stelle. Ulteriori studi su questi oggetti hanno rivelato che tutti condividevano le caratteristiche di essere estremamente luminosi, grandi (ognuno di essi era approssimativamente delle dimensioni del nostro sistema solare) e irradiavano grandi quantità di energia sotto forma di onde radio. Sono stati chiamati oggetti radio quasi-stellari, o quasar.

Il modo migliore per rilevare i quasar era quello di utilizzare una tecnica chiamata “scintillazione interplanetaria”. Le onde radio che arrivano sulla Terra da oggetti nello spazio, come i quasar, saranno leggermente disturbate dal vento solare (gas ionizzato) che “soffia” dal nostro Sole. Mentre i segnali radio dallo spazio sono influenzati dal vento solare, i segnali radio dalla Terra non lo sono. La tecnica della “scintillazione interplanetaria” rileva i segnali radio dallo spazio cercando l’interruzione di questi segnali da parte del vento solare; questa interruzione viene rilevata come uno scintillio o “scintillazione”. Al fine di rilevare tali scintillazioni, dovevano essere costruiti radiotelescopi unici.

Nel luglio 1967 i radioastronomi dell’università di Cambridge in Inghilterra finirono di costruire un radiotelescopio di questo tipo. Il direttore di questo progetto era Antony Hewish (1924- ). Fu aiutato da Jocelyn Bell Burnell, che allora era uno studente laureato, e da altri volontari. Questo radiotelescopio richiese due anni per essere costruito e consisteva in 120 miglia (193 km) di cavo sospeso su 128 coppie di pali. L’intero telescopio copriva circa 4,5 acri di terreno. Come parte del suo lavoro di dottorato, Bell Burnell analizzò i grafici dei dati prodotti dal computer del telescopio. Il suo compito era semplicemente quello di esaminare i numerosi grafici di dati, trovare scintillazioni come quelle prodotte dai quasar e poi tracciare le loro posizioni sulle mappe del cielo. Non poteva sapere che questo compito apparentemente banale avrebbe portato a una scoperta straordinaria.

Impatto

Il lavoro di Jocelyn Bell Burnell con il radiotelescopio fu di routine per circa due mesi, fino all’agosto del 1967. Il 6 agosto il telescopio raccolse una sorgente radio i cui segnali arrivavano in impulsi. All’inizio la Bell Burnell pensò che gli impulsi fossero solo “trasandati”, poiché non sembravano essere i quasar che stava cercando. Dopo un po’ si rese conto che questi impulsi di “collottola” arrivavano con estrema regolarità. Inizialmente, né Bell Burnell né il suo consulente Hewish pensavano di aver scoperto qualcosa di nuovo. Credevano che si trattasse di un segnale radio creato dall’uomo, forse riflesso al loro telescopio dalla Luna o da un satellite, o anche da un edificio vicino. Ma a novembre si sono resi conto che non era così, che il loro misterioso segnale proveniva infatti da un luogo al di fuori del nostro sistema solare. Sorprendentemente, i suoi impulsi di onde radio arrivavano con una regolarità così rapida – una volta ogni 1-1/3 secondi – che Bell Burnell e Hewish pensavano che la fonte potesse non essere naturale. Per scherzo, dissero che il segnale doveva provenire da “omini verdi”, e così chiamarono la sorgente radio pulsante LGM1.

Nel mese successivo, dicembre 1967, Bell Burnell stava analizzando i dati da un’altra parte del cielo e trovò un’altra sorgente radio che pulsava regolarmente con un periodo leggermente più breve di 1-1/5 secondi. E poi, durante le vacanze di Natale, scoprì altre due fonti pulsanti di questo tipo. Così nel gennaio 1968, Bell Burnell e Hewish sapevano di aver scoperto una nuova classe di oggetti nello spazio. Annunciarono la loro scoperta nel febbraio del 1968 in un articolo sulla rivista Nature. L’annuncio fu sensazionale, e subito dopo agli oggetti fu dato il nome di pulsar.

Ma che tipo di oggetti erano queste pulsar? Pochi mesi prima della scoperta di Bell Burnell, l’astronomo Franco Pacini, allora alla Cornell University di New York, pubblicò un articolo sostenendo che una stella di neutroni in rapida rotazione, se ne fosse stata trovata una, avrebbe avuto un campo magnetico molto forte e sarebbe stata quindi una potente fonte di radiazioni. Nel giugno del 1968, poco dopo l’annuncio della scoperta delle pulsar, Thomas Gold (1920- ), sempre alla Cornell University, pubblicò un articolo su Nature in cui identificava le pulsar scoperte da Bell Burnell con le teoriche stelle di neutroni rotanti indicate da Pacini. Fu così dimostrato che le pulsar erano stelle di neutroni in rapida rotazione. Emettevano onde radio ad alta intensità dai loro poli magnetici. A causa della loro rapida rotazione, le onde radio delle pulsar vengono rilevate come “impulsi”, proprio come la luce viene vista “pulsare” da un faro. Nel 1974, Antony Hewish e Sir Martin Ryle (1918-1984) hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica per il loro lavoro nella radioastronomia. Hewish fu riconosciuto per il suo ruolo nella scoperta delle pulsar. Jocelyn Bell Burnell non ha condiviso il premio. Non era considerata la scopritrice delle pulsar; all’epoca era stata solo una studentessa laureata e il comitato del Premio Nobel ritenne che il premio dovesse andare a uno scienziato con un lungo e consolidato curriculum di ricerca. La sua esclusione dal premio Nobel portò molti illustri astronomi, tra cui Thomas Gold, a lamentarsi che Bell Burnell era in realtà la scopritrice delle pulsar e quindi avrebbe dovuto condividere il premio.

In tutto questo Bell Burnell non si lamentò. Ha detto: “I premi Nobel si basano su ricerche di lunga durata, non su un’osservazione lampo di uno studente ricercatore”. Ha vinto molti altri premi, medaglie e onorificenze per la sua scoperta delle pulsar ed è diventata un’ispirazione per le donne scienziato. Vivendo in Inghilterra, si considera “un modello, una portavoce, una rappresentante e una promotrice delle donne nella scienza nel Regno Unito”. E senza dubbio ha ispirato le donne scienziato in tutto il mondo.

La scoperta delle pulsar ha avuto un impatto sulla scienza e sulla società in due modi significativi. In primo luogo, è stata una scoperta incredibile per gli astronomi. Non solo ha confermato l’esistenza della stella di neutroni teorica, ma ha anche permesso agli scienziati di fare progressi in astrofisica, in particolare nelle loro teorie sul collasso stellare e la formazione dei buchi neri. Inoltre, le pulsar sono gli “orologi” più regolari dell’universo. Hanno permesso agli scienziati di fare importanti test della teoria della relatività generale di Albert Einstein.

In secondo luogo, la scoperta delle pulsar ha fatto luce sull’importante ruolo delle donne nella scienza. Forse più sorprendente del fatto che fosse stato scoperto un nuovo tipo di stella era il fatto che l’avesse scoperto una donna. Nel 1967 c’erano relativamente poche donne affermate nella scienza. Jocelyn Bell Burnell era allora e continua ad essere un esempio importante per le donne scienziato. Nel 1991 fu nominata professore di fisica alla Open University in Inghilterra. Poco dopo la sua nomina, il numero di donne professoresse di fisica nel Regno Unito raddoppiò.

STEVE RUSKIN

Altre letture

Libri

Lyne, A. G. e F. Graham-Smith. Pulsar Astronomia. Cambridge: Cambridge University Press, 1990.

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

Articoli periodici

Bell Burnell, Jocelyn. “Piccoli uomini verdi, nani bianchi, o cosa?” Sky & Telescope (marzo 1978): 218-21.

Reed, George. “La scoperta delle pulsar: Was Credit Given Where it Was Due?” Astronomia (dicembre 1983): 24-28.

Woolgar, S.W. “Writing an Intellectual History of Scientific Achievement: L’uso dei resoconti delle scoperte”. Studi sociali della scienza 6 (1976): 395- 422.