パルサーの発見

9月 1, 2021admin

概要

1967年のパルサーの発見は、ほとんど偶然に近いと言えるでしょう。パルサーは、当時ケンブリッジ大学の大学院生だったジョセリン・ベル・バーネル（1934-）が、指導教官の電波望遠鏡を使ってクエーサーを探していたところ発見されたものです。彼女の発見は、一般の天文学者、特に女性科学者に大きな衝撃を与えた。パルサーの発見以来、天文学者は星の性質、特にブラックホールのようなエキゾチックな星の性質を理解するために極めて重要であると認識するようになった。女性科学者にとっても、ベル・バーネルの発見はインスピレーションとなるものだった。女性科学者が科学的発見によってこれほど名声を得たことは稀であった。

背景

パルサーの発見は、電波天文学全体と、特にクエーサーの発見を背景としています。電波望遠鏡によるクエーサーの探索が、パルサーの発見につながったからである。

電波望遠鏡は光ではなく、電波を受信します。

電波望遠鏡は光ではなく電波を受信するため、私たちが天文学で通常連想する光学望遠鏡とは異なります。

電波望遠鏡は光ではなく電波を受信するため、私たちが天文学から連想する光学望遠鏡とは異なります。その代わり、電波望遠鏡はレーダーディッシュや、地上に吊るされた非常に大きなワイヤーアレイで構成されているのが一般的です。これらの「望遠鏡」は、宇宙からの電波を受信する。光学望遠鏡とは異なり、昼夜を問わず、また曇りの日でも使用することができます。受信した電波を増幅して強くし、その信号を音声や映像に変換して天文学者が解釈することができます。電波望遠鏡の問題点として、地球からの人工的な電波を拾ってしまうことがよくあります。そのため、電波の混信が起こりやすいのです。パルサーの発見では、このような混乱があったのですが、これについては後述します。

クエーサーは、1960年に干渉計と呼ばれる電波望遠鏡で発見されました。電波天文学者のトーマス・マシューズは、この望遠鏡を使って「3C 48」と呼ばれる天体の正確な位置を割り出していたのです。この天体は、それ以前には青い星として観測されていた。マシューズは、この星が大量の電波の発信源であることを証明した。その後、このような電波を出す天体が次々と発見された。そのうちの1つ、「3C 273」という天体が1962年に詳しく研究された。この天体は、非常に遠くにあり、かつ非常に明るいことが証明された。この天体の明るさは、銀河100個分（星1兆個分）と推定されています。さらに研究を進めると、これらの天体は、非常に明るく、大きく（それぞれ太陽系とほぼ同じ大きさ）、大量のエネルギーを電波として放射しているという特徴があることがわかりました。

クエーサーを発見する最良の方法は、「惑星間シンチレーション」と呼ばれる技術を用いることでした。クエーサーのような宇宙の天体から地球に届く電波は、太陽から「吹き出す」太陽風（電離したガス）によって、わずかに乱されることになります。宇宙からの電波は太陽風の影響を受けるが、地球からの電波は影響を受けない。惑星間シンチレーションは、宇宙からの電波が太陽風によって乱され、その乱れをシンチレーションとして検出する技術です。

1967年7月、イギリスのケンブリッジ大学の電波天文学者は、そのような電波望遠鏡の建設を完了しました。このプロジェクトの責任者はアントニー・ヒューイッシュ（1924-）です。当時大学院生だったジョセリン・ベル・バーネル（Jocelyn Bell Burnell）ら有志が協力した。この電波望遠鏡は、128組のポールで吊るされた120マイル（193km）のケーブルで構成され、2年がかりで建設された。望遠鏡全体はおよそ4.5エーカーの広さがあった。ベル・バーネルは、博士課程の研究の一環として、望遠鏡のコンピューターが作成するデータのグラフを分析した。クエーサーと同じようなシンチレーションを見つけ、その位置を天球図に書き込むだけである。

インパクト

ジョスリンベルバーネルの電波望遠鏡での仕事は、1967 年の 8 月までの約 2 か月間、日常的に行われていました。 8月6日、望遠鏡はパルス状の信号を発する電波源を拾いました。当初、ベル・バーネルはそのパルスがクエーサーのように見えないので、ただの「くず」だと思った。しかし、しばらくして彼女は、この “scruff “のパルスが極めて規則正しく発生していることに気がついた。当初、ベル・バーネルも指導教官のヒューイッシュも、何か新しい発見をしたとは思っていなかった。彼らは、これは人間が作った電波信号で、おそらく月や人工衛星、あるいは近くの建物から望遠鏡に反射して戻ってきたのだと考えた。しかし、11月になると、そうではなく、その謎の信号は実際に太陽系の外から来たものであることがわかった。驚くべきことに、その電波パルスは1〜1/3秒に1回という非常に速い周期でやってくるので、ベル・バーネルとヒューイッシュはその発信源が自然界のものではない可能性を考えたのである。

翌月の 1967 年 12 月、ベル・バーネルは空の別の場所からのデータを分析し、周期が 1-1/5 秒とわずかに短い、別の規則的にパルスを発する電波源を発見したのです。そして、クリスマス休暇の間に、さらに2つのパルス電波源を発見したのです。 1968年1月、ベル・バーネルとヒューイッシュは、宇宙で新しい天体を発見したことを知りました。 1968年2月、彼らは『ネイチャー』誌にこの発見を発表した。

しかし、このパルサーという天体は、いったいどんな天体なのでしょうか。ベル・バーネルが発見する数ヶ月前に、当時ニューヨークのコーネル大学にいた天文学者のフランコ・パシーニが、もし高速回転する中性子星が存在するとすれば、非常に強い磁場を持ち、強力な放射源になるとする論文を発表しています。パルサーの発見が発表されて間もない1968年6月、同じくコーネル大学のトーマス・ゴールド（1920〜）は、ベル・バーネルが発見したパルサーを、パチニが示した理論的回転中性子星と同一視する論文を『ネイチャー』誌に発表した。こうして、パルサーは高速で回転する中性子星であることが示された。パルサーは、磁極から高強度の電波を放射している。

パルサーの発見で最も興味深いことは、誰が発見したかという論争である。 1974年、アントニー・ヒューイッシュとマーティン・ライル（1918-1984）は、電波天文学の業績によりノーベル物理学賞を受賞しました。ヒューイッシュは、パルサーの発見に貢献したことが評価された。ジョセリン・ベル・バーネルは受賞を逃した。彼女はパルサーの発見者ではなく、当時はまだ大学院生にすぎず、ノーベル賞委員会は、この賞は長い研究実績のある科学者に授与されるべきであると考えたのである。そのため、トーマス・ゴールドを含む多くの著名な天文学者が、「ベル・バーネルはパルサーの発見者であり、賞を共有するべきだった」と不満を漏らしました。

これに対してベル・バーネルは、「ノーベル賞は長年の研究に基づいており、研究生の瞬間的な観察に基づいているのではない」と述べています。彼女はパルサーの発見により、他にも多くの賞、メダル、名誉を獲得し、女性科学者のインスピレーションとなった。英国に住む彼女は、自分自身を「英国における科学界の女性のロールモデル、スポークスウーマン、代表者、推進者」と考えている。

パルサーの発見は、2つの重要な方法で科学と社会に影響を与えました。まず、天文学者にとっては信じられないような発見でした。理論上の中性子星の存在を確認しただけでなく、天体物理学、特に恒星の崩壊とブラックホールの形成に関する理論の進歩を可能にしたのです。さらに、パルサーは宇宙で最も規則正しい「時計」でもあります。

第二に、パルサーの発見は、科学における女性の重要な役割に光を当てました。新しいタイプの星が発見されたことよりも、おそらく女性がそれを発見したことの方が驚きだったでしょう。 1967年当時、科学界で活躍している女性は比較的少なかった。ジョセリン・ベル・バーネルは当時も今も、女性科学者の重要なお手本となっています。 1991年、彼女はイギリスのオープン大学の物理学教授に就任した。

STEVE RUSKIN

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著書

Lyne, A. G. and F. Graham-Smith. パルサー天文学。 Cambridge: Cambridge University Press, 1990.

ノース, ジョン. ノートン・ヒストリー・オブ・アストロノミー・アンド・コスモロジー(The Norton History of Astronomy and Cosmology). New York: W. W. Norton, 1995, pp. 563-66.

定期刊行物

Bell Burnell, Jocelyn. “Little Green Men, White Dwarfs, or What?” （緑の小人、白い小人、それとも何？ Sky & Telescope (March 1978): 218-21.

Reed, George. “パルサーの発見。

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” (科学的成果の知的歴史を書く):

Woolgar, S.W. “Write Intellectual History of Scientific Achievement: The Use of Discovery Accounts”.

Woolgar, S.W. “Writing Intellectual History of Scientific Achievement: The Use of Discovery Accounts.