Descoperirea pulsarilor

Deschidere generală

Descoperirea pulsarilor în 1967 se poate spune că a fost aproape accidentală. Pulsarii au fost descoperiți de Jocelyn Bell Burnell (1934-), pe atunci student absolvent la Universitatea din Cambridge, care folosea radiotelescopul consilierului său pentru a căuta quasari. Descoperirea ei a avut un impact considerabil, atât pentru astronomi, în general, cât și pentru femeile de știință, în special. De la descoperirea lor, pulsarii au fost recunoscuți de astronomi ca fiind cruciali pentru înțelegerea naturii stelelor, în special a stelelor exotice precum găurile negre. Pentru femeile de știință, descoperirea lui Bell Burnell avea să fie o sursă de inspirație. Rareori o femeie de știință a dobândit atât de multă faimă pentru o descoperire științifică. Și, deși nu a împărțit Premiul Nobel pentru Fizică acordat consilierului său pentru descoperirea pulsarilor, ea a ajuns de atunci să fie recunoscută pentru ceva poate mai semnificativ: pentru că a ajutat la deschiderea drumului pentru femei în toate domeniile științei.

Antecedentele

Descoperirea pulsarilor are ca fundal întreaga radioastronomie și, în special, descoperirea quasarilor. Acest lucru se datorează faptului că utilizarea radiotelescoapelor pentru a căuta quasari a dus la descoperirea pulsarilor. Istoria radioastronomiei și a dezvoltării radiotelescoapelor este importantă pentru descoperirea atât a quasarilor, cât și a pulsarilor.

Radiotelescoapele recepționează undele radio, nu lumina. Prin urmare, ele nu sunt precum telescoapele optice pe care le asociem în mod normal cu astronomia. Radiotelescoapele nu au lentile și nu au forma unor tuburi. În schimb, radiotelescoapele constau, de obicei, din antene radar sau din rețele foarte mari de fire suspendate deasupra solului. Aceste „telescoape” recepționează undele radio din spațiu. Spre deosebire de telescoapele optice, ele pot funcționa zi și noapte, dar și pe vreme înnorată. Ele pot amplifica semnalele pe care le primesc, astfel încât acestea să devină mai puternice, iar aceste semnale pot fi apoi transformate atât în semnale audio, cât și în semnale video care sunt interpretate de astronomi. O problemă pe care o au radiotelescoapele este că deseori recepționează semnale radio produse de oameni de pe Pământ. Acest lucru poate cauza o confuzie considerabilă. O astfel de confuzie a făcut parte din povestea descoperirii pulsarilor și va fi discutată mai jos. Mai întâi, însă, trebuie să luăm în considerare descoperirea quasarilor.

Quasarii au fost descoperiți în 1960 cu un tip de radiotelescop numit interferometru. Radioastronomul Thomas Matthews folosea acest telescop pentru a obține o poziție precisă pentru un obiect denumit „3C 48”. Anterior, acest obiect fusese observat ca o stea de culoare albastră. Matthews a demonstrat că această stea era o sursă de cantități mari de unde radio. În următorii câțiva ani, au fost descoperite și alte astfel de obiecte emițătoare de unde radio. Unul dintre aceste obiecte, numit „3C 273”, a fost studiat îndeaproape în 1962. S-a demonstrat că acesta era atât foarte îndepărtat, cât și foarte luminos. Atât de luminos, încât astronomii au estimat că acest singur obiect este la fel de luminos ca 100 de galaxii, echivalentul a un trilion de stele. Studiile ulterioare ale acestor obiecte au arătat că toate aceste obiecte aveau în comun trăsăturile de a fi extrem de luminoase, mari (fiecare dintre ele fiind aproximativ de mărimea sistemului nostru solar) și de a radia cantități uriașe de energie sub formă de unde radio. Acestea au fost numite obiecte radio cvasi-stelare, sau quasari.

Cel mai bun mod de a detecta quasarii a fost utilizarea unei tehnici numite „scintilație interplanetară”. Undele radio care ajung pe Pământ de la obiectele din spațiu, cum ar fi quasarii, vor fi ușor perturbate de vântul solar (gaz ionizat) care „suflă” dinspre Soarele nostru. În timp ce semnalele radio din spațiu sunt afectate de vântul solar, semnalele radio de pe Pământ nu sunt afectate. Tehnica de „scintilație interplanetară” detectează semnalele radio din spațiu căutând perturbarea acestor semnale de către vântul solar; această perturbare este detectată sub forma unei sclipiri sau a unei „scintilații”. Pentru a detecta astfel de scintilații, trebuiau construite radiotelescoape unice.

În iulie 1967, radioastronomii de la Universitatea Cambridge din Anglia au terminat de construit un astfel de radiotelescop. Directorul acestui proiect a fost Antony Hewish (1924- ). El a fost ajutat de Jocelyn Bell Burnell, care era pe atunci student absolvent, și de alți voluntari. Construcția acestui radiotelescop a durat doi ani și a constat din 193 km (120 mile) de cablu suspendat pe 128 de perechi de stâlpi. Întregul telescop acoperea aproximativ 4,5 acri de teren. Ca parte a lucrării sale de doctorat, Bell Burnell a analizat graficele de date produse de computerul telescopului. Sarcina ei era pur și simplu să analizeze numeroasele diagrame de date, să găsească scintilații precum cele produse de quasari și apoi să traseze pozițiile acestora pe hărți ale cerului. Ea nu ar fi putut ști că această sarcină aparent banală va duce la o descoperire extrem de remarcabilă.

Impact

Lucrul lui Jocelyn Bell Burnell cu radiotelescopul a fost unul de rutină timp de aproximativ două luni, până în august 1967. Pe 6 august, telescopul a captat o sursă radio ale cărei semnale veneau în impulsuri. La început Bell Burnell a crezut că impulsurile erau doar „scrupule”, deoarece nu păreau a fi quasarii pe care îi căuta. După un timp, și-a dat seama că aceste impulsuri de „scruff” veneau cu o regularitate extremă. Inițial, nici Bell Burnell și nici consilierul ei, Hewish, nu au crezut că au descoperit ceva nou. Ei credeau că era vorba de un semnal radio produs de om, poate reflectat la telescopul lor de pe Lună sau de un satelit, sau chiar de o clădire din apropiere. Dar până în noiembrie și-au dat seama că nu era așa, că semnalul lor misterios venea de fapt dintr-o locație din afara sistemului nostru solar. În mod uimitor, impulsurile sale de unde radio au venit cu o regularitate atât de rapidă – o dată la 1-1/3 secunde – încât Bell Burnell și Hewish au crezut că sursa ar putea să nu fie naturală. În glumă, ei au spus că semnalul trebuie să provină de la „omuleții verzi”, așa că au numit sursa radio pulsatorie LGM1.

În luna următoare, decembrie 1967, Bell Burnell a analizat date dintr-o altă parte a cerului și a găsit o altă sursă radio pulsatorie cu regularitate, cu o perioadă puțin mai scurtă, de 1-1/5 secunde. Apoi, în timpul vacanței de Crăciun, a mai descoperit încă două astfel de surse pulsatorii. Astfel, în ianuarie 1968, Bell Burnell și Hewish știau că descoperiseră o nouă clasă de obiecte în spațiu. Ei și-au anunțat descoperirea în februarie 1968, într-un articol publicat în revista Nature. Anunțul a fost senzațional și, la scurt timp după aceea, obiectele au primit numele de pulsari.

Dar ce fel de obiecte erau acești pulsari? Cu câteva luni înainte de descoperirea lui Bell Burnell, astronomul Franco Pacini, pe atunci la Universitatea Cornell din New York, a publicat o lucrare în care susținea că o stea neutronică ce se rotește rapid, dacă s-ar descoperi că există una, ar avea un câmp magnetic foarte puternic și, prin urmare, ar fi o sursă puternică de radiații. În iunie 1968, la scurt timp după ce a fost anunțată descoperirea pulsarilor, Thomas Gold (1920- ), tot de la Universitatea Cornell, a publicat un articol în Nature în care a identificat pulsarii descoperiți de Bell Burnell cu stelele neutronice rotative teoretice indicate de Pacini. Astfel, s-a demonstrat că pulsarii erau stele neutronice în rotație rapidă. Acestea emiteau unde radio de mare intensitate de la polii lor magnetici. Din cauza rotației lor rapide, undele radio ale pulsarilor sunt detectate sub formă de „impulsuri”, la fel cum lumina este văzută „pulsând” dintr-un far.

Poate unul dintre cele mai interesante rezultate ale descoperirii pulsarilor a fost controversa cu privire la cine i-a descoperit de fapt. În 1974, Antony Hewish și Sir Martin Ryle (1918-1984) au primit Premiul Nobel pentru fizică pentru activitatea lor în domeniul radioastronomiei. Hewish a fost recunoscut pentru rolul său în descoperirea pulsarilor. Jocelyn Bell Burnell nu a împărțit premiul. Ea nu a fost considerată descoperitoarea pulsarilor; la vremea respectivă era doar o studentă absolventă, iar comitetul Premiului Nobel a considerat că premiul ar trebui să revină unui om de știință cu un palmares de cercetare îndelungat și consacrat. Excluderea ei de la Premiul Nobel a determinat mulți astronomi distinși, inclusiv Thomas Gold, să se plângă că Bell Burnell a fost de fapt descoperitoarea pulsarilor și, prin urmare, ar fi trebuit să împartă premiul.

În toate acestea, Bell Burnell nu s-a plâns. Ea a spus: „Premiile Nobel se bazează pe cercetări de lungă durată, nu pe o observație fulgerătoare a unui student cercetător”. Ea a câștigat multe alte premii, medalii și onoruri pentru descoperirea pulsarilor și a devenit o sursă de inspirație pentru femeile de știință. Locuind în Anglia, ea se consideră „un model, o purtătoare de cuvânt, o reprezentantă și o promotoare a femeilor din domeniul științei în Regatul Unit”. Și, fără îndoială, ea a inspirat femeile de știință din întreaga lume.

Descoperirea pulsarilor a avut un impact asupra științei și societății în două moduri semnificative. În primul rând, a fost o descoperire incredibilă pentru astronomi. Nu numai că a confirmat existența stelei neutronice teoretice, dar le-a permis oamenilor de știință să facă progrese în astrofizică, în special în teoriile lor privind colapsul stelar și formarea găurilor negre. În plus, pulsarii sunt cele mai regulate „ceasuri” din univers. Ei au permis oamenilor de știință să facă teste importante ale teoriei relativității generale a lui Albert Einstein.

În al doilea rând, descoperirea pulsarilor a pus în lumină rolul important al femeilor în știință. Poate mai surprinzător decât faptul că a fost descoperit un nou tip de stea a fost faptul că a fost descoperit de o femeie. În 1967, existau relativ puține femei consacrate în știință. Jocelyn Bell Burnell a fost atunci și continuă să fie un exemplu important pentru femeile de știință. În 1991, a fost numită profesor de fizică la Open University din Anglia. La scurt timp după numirea ei, numărul femeilor profesoare de fizică din Regatul Unit s-a dublat.

STEVE RUSKIN

Lecturi suplimentare

Cărți

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

North, John. The Norton History of Astronomy and Cosmology (Istoria Norton a astronomiei și cosmologiei). New York: W. W. Norton, 1995, pp. 563-66.

Articole periodice

Bell Burnell, Jocelyn. „Little Green Men, White Dwarfs, or What?” (Omuleți verzi, pitici albi sau ce?). Sky & Telescope (martie 1978): 218-21.

Reed, George. „The Discovery of Pulsars (Descoperirea pulsarilor): Was Credit Given Where it Was Due?” (A fost acordat creditul cuvenit?). Astronomy (decembrie 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.

.