Upptäckten av pulsarer
Översikt
Otäckten av pulsarer 1967 kan sägas ha varit nästan oavsiktlig. Pulsarer upptäcktes av Jocelyn Bell Burnell (1934-), då en doktorand vid universitetet i Cambridge som använde sin rådgivares radioteleskop för att söka efter kvasarer. Hennes upptäckt fick stor betydelse, både för astronomer i allmänhet och kvinnliga forskare i synnerhet. Sedan de upptäcktes har astronomer erkänt att pulsarer är avgörande för att förstå stjärnors natur, särskilt exotiska stjärnor som svarta hål. För kvinnliga forskare skulle Bell Burnells upptäckt bli en inspirationskälla. Sällan hade en kvinnlig forskare fått så mycket berömmelse för en vetenskaplig upptäckt. Och även om hon inte fick dela på Nobelpriset i fysik som gavs till hennes rådgivare för upptäckten av pulsarer, har hon sedan dess kommit att erkännas för något som kanske är mer betydelsefullt: för att ha hjälpt till att bana väg för kvinnor inom alla vetenskapsområden.
Bakgrund
Upptäckten av pulsarer har hela radioastronomin, och upptäckten av kvasarer i synnerhet, som bakgrund. Detta beror på att användningen av radioteleskop för att söka efter kvasarer ledde till upptäckten av pulsarer. Radioastronomins historia och utvecklingen av radioteleskop är viktig för upptäckten av både kvasarer och pulsarer.
Radioteleskop tar emot radiovågor, inte ljus. Därför är de inte som de optiska teleskop vi normalt förknippar med astronomi. Radioteleskop har inga linser och de är inte formade som rör. I stället består radioteleskop vanligtvis av radarparaboler, eller av mycket stora ledningsnät som hänger ovanför marken. Dessa ”teleskop” tar emot radiovågor från rymden. Till skillnad från optiska teleskop kan de fungera dag och natt och även i molnigt väder. De kan förstärka de signaler de tar emot så att de blir starkare, och dessa signaler kan sedan omvandlas till både ljud- och videosignaler som tolkas av astronomer. Ett problem som radioteleskop har är att de ofta fångar upp människoskapade radiosignaler från jorden. Detta kan leda till stor förvirring. En sådan förvirring var en del av historien om upptäckten av pulsarer och kommer att diskuteras nedan. Först måste vi dock ta upp upptäckten av kvasarer.
Quasarer upptäcktes 1960 med en typ av radioteleskop som kallas interferometer. Radioastronomen Thomas Matthews använde detta teleskop för att få en exakt position för ett objekt som kallades ”3C 48”. Tidigare hade detta objekt observerats som en blåfärgad stjärna. Matthews visade att denna stjärna var en källa till stora mängder radiovågor. Under de följande åren upptäcktes andra sådana objekt som avger radiovågor. Ett av dessa objekt, kallat ”3C 273”, studerades noggrant 1962. Det visade sig vara både mycket avlägset och mycket ljusstarkt. Så starkt att astronomer uppskattade att detta enda objekt var lika starkt som 100 galaxer, vilket motsvarar en triljon stjärnor. Ytterligare studier av dessa objekt visade att de alla hade de gemensamma egenskaperna att de var extremt ljusstarka, stora (var och en av dem var ungefär lika stor som vårt solsystem) och att de utstrålade stora mängder energi i form av radiovågor. De kallades kvasi-stellära radioobjekt, eller kvasarer.
Det bästa sättet att upptäcka kvasarer var att använda en teknik som kallas ”interplanetär scintillation”. Radiovågor som kommer till jorden från objekt i rymden, som kvasarer, störs något av solvinden (joniserad gas) som ”blåser” från vår sol. Medan radiosignaler från rymden påverkas av solvinden påverkas inte radiosignaler från jorden av solvinden. Med tekniken ”interplanetär scintillation” upptäcks radiosignaler från rymden genom att leta efter störningar av dessa signaler från solvinden; dessa störningar upptäcks som ett blinkande eller ”scintillation”. För att upptäcka sådana scintillationer måste unika radioteleskop byggas.
I juli 1967 avslutade radioastronomer vid universitetet i Cambridge i England byggandet av ett sådant radioteleskop. Ledaren för detta projekt var Antony Hewish (1924- ). Han fick hjälp av Jocelyn Bell Burnell, som då var doktorand, och andra frivilliga. Detta radioteleskop tog två år att bygga och bestod av 193 km (120 miles) kabel som hängde på 128 par stolpar. Hela teleskopet täckte ungefär 4,5 hektar mark. Som en del av sitt doktorandarbete analyserade Bell Burnell diagrammen med data som producerades av teleskopets dator. Hennes uppgift var helt enkelt att gå igenom de många dataplanscherna, hitta scintillationer som de som produceras av kvasarer och sedan rita in deras positioner på himlens kartor. Hon kunde inte ha vetat att denna till synes vardagliga uppgift skulle leda till en högst anmärkningsvärd upptäckt.
Påverkan
Jocelyn Bell Burnells arbete med radioteleskopet var rutinmässigt i ungefär två månader, fram till augusti 1967. Den 6 augusti fångade teleskopet upp en radiokälla vars signaler kom i pulser. Först trodde Bell Burnell att pulserna bara var ”skrubbar”, eftersom de inte verkade vara de kvasarer som hon letade efter. Efter ett tag insåg hon att dessa pulser av ”scruff” kom med extrem regelbundenhet. Till en början trodde varken Bell Burnell eller hennes rådgivare Hewish att de hade upptäckt något nytt. De trodde att det var en mänskligt skapad radiosignal, som kanske reflekterades tillbaka till deras teleskop från månen eller en satellit, eller till och med från en närliggande byggnad. Men i november insåg de att så inte var fallet, att deras mystiska signal faktiskt kom från en plats utanför vårt solsystem. Det häpnadsväckande är att radiovågspulserna kom med så snabb regelbundenhet – en gång var 1-1/3 sekund – att Bell Burnell och Hewish trodde att källan kanske inte var naturlig. Som ett skämt sa de att signalen måste komma från ”små gröna män”, och därför kallade de den pulserande radiokällan LGM1.
Under nästa månad, december 1967, analyserade Bell Burnell data från en annan del av himlen och fann en annan regelbundet pulserande radiokälla med en något kortare period på 1-1/5 sekunder. Och sedan, under julhelgen, upptäckte hon ytterligare två sådana pulserande källor. Så i januari 1968 visste Bell Burnell och Hewish att de hade upptäckt en ny klass av objekt i rymden. De tillkännagav sin upptäckt i februari 1968 i en artikel i tidskriften Nature. Meddelandet var sensationellt, och strax därefter fick objekten namnet pulsarer.
Men vilken typ av objekt var dessa pulsarer? Några månader före Bell Burnells upptäckt publicerade astronomen Franco Pacini, som då arbetade vid Cornell University i New York, en artikel där han hävdade att en snabbt roterande neutronstjärna, om en sådan skulle finnas, skulle ha ett mycket starkt magnetfält och därför vara en kraftfull strålningskälla. I juni 1968, strax efter det att upptäckten av pulsarer tillkännagivits, publicerade Thomas Gold (1920- ), också han vid Cornell University, en artikel i Nature där han identifierade de pulsarer som Bell Burnell upptäckt med de teoretiskt roterande neutronstjärnor som Pacini pekat på. Därmed visades det att pulsarerna var snabbt roterande neutronstjärnor. De sände ut högintensiva radiovågor från sina magnetiska poler. På grund av deras snabba rotation upptäcks pulsarernas radiovågor som ”pulser” på samma sätt som ljuset ses ”pulserande” från en ljuskälla.
Ett av de mest intressanta resultaten av upptäckten av pulsarerna var kanske kontroversen om vem som egentligen upptäckte dem. År 1974 fick Antony Hewish och Sir Martin Ryle (1918-1984) Nobelpriset i fysik för sitt arbete inom radioastronomi. Hewish uppmärksammades för sin roll i upptäckten av pulsarer. Jocelyn Bell Burnell fick inte dela på priset. Hon ansågs inte ha upptäckt pulsarerna; vid den tiden hade hon bara varit en doktorand och Nobelpriskommittén ansåg att priset borde gå till en vetenskapsman med en lång och etablerad forskningsbakgrund. Hennes uteslutning från Nobelpriset ledde till att många framstående astronomer, däribland Thomas Gold, klagade på att Bell Burnell i själva verket var upptäckaren av pulsarer och därför borde ha delat priset.
I allt detta klagade Bell Burnell inte. Hon sade: ”Nobelpriset baseras på långvarig forskning, inte på en blixtobservation av en forskarstuderande”. Hon vann många andra priser, medaljer och utmärkelser för sin upptäckt av pulsarer och blev en inspirationskälla för kvinnliga forskare. Hon bor i England och betraktar sig själv som ”en förebild, en taleskvinna, en representant och en främjare av kvinnor inom vetenskapen i Storbritannien”. Och hon har utan tvekan inspirerat kvinnliga vetenskapsmän över hela världen.
Upptäckten av pulsarer har påverkat vetenskapen och samhället på två viktiga sätt. För det första var det en otrolig upptäckt för astronomer. Den bekräftade inte bara existensen av den teoretiska neutronstjärnan, utan den gjorde det också möjligt för forskarna att göra framsteg inom astrofysiken, särskilt när det gäller deras teorier om stjärnornas kollaps och bildandet av svarta hål. Dessutom är pulsarer de mest regelbundna ”klockorna” i universum. De har gjort det möjligt för forskare att göra viktiga tester av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori.
För det andra kastade upptäckten av pulsarer ljus över kvinnors viktiga roll inom vetenskapen. Kanske mer överraskande än det faktum att en ny typ av stjärna upptäcktes var att en kvinna hade upptäckt den. År 1967 fanns det relativt få etablerade kvinnor inom vetenskapen. Jocelyn Bell Burnell var då och är fortfarande ett viktigt exempel för kvinnliga forskare. År 1991 blev hon professor i fysik vid Open University i England. Kort efter hennes utnämning fördubblades antalet kvinnliga fysikprofessorer i Storbritannien.
STEVE RUSKIN
Fördjupad läsning
Böcker
Lyne, A. G. och 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.
Periodiska artiklar
Bell Burnell, Jocelyn. ”Små gröna män, vita dvärgar eller vad?” Sky & Telescope (mars 1978): 218-21.
Reed, George. ”Upptäckten av pulsarer: Fanns det någon som var skyldig?” 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.