Teleskopowy układ dipoli - masa drutów i kijków rozciągniętych na obszarze wielkości 57 kortów tenisowych - zajęła studentom Uniwersytetu Cambridge ponad dwa lata. Ale po zakończeniu budowy teleskopu w lipcu 1967 r. Studentka Jocelyn Bell Burnell zajęła zaledwie kilka tygodni, aby wykryć coś, co podniosłoby kierunek astronomii.
powiązana zawartość
- Dziesiątki lat po śmierci Nobla Jocelyn Bell Burnell staje się jej winna
- Największy na świecie radioteleskop szpieguje swoje pierwsze pulsary
Olbrzymi teleskop podobny do sieci wytwarzał wystarczającą ilość danych, aby co tydzień wypełnić 700 stóp papieru. Analizując to, Bell Burnell zauważyła słaby, powtarzalny sygnał, który nazwała „scruff” - regularnym ciągiem impulsów, oddalonych od siebie o 1, 33 sekundy. Z pomocą swojego przełożonego Antony'ego Hewisha Bell Burnell był w stanie ponownie uchwycić sygnał później tej jesieni i zimy.
Sygnał wyglądał jak nic, czego żaden astronom nigdy wcześniej nie widział. Jednak wkrótce Bell Burnell odkrył więcej małych latarni, tak jak pierwsze, ale pulsujące z różnymi prędkościami w różnych częściach nieba.
Po wyeliminowaniu oczywistych wyjaśnień, takich jak zakłócenia radiowe z Ziemi, naukowcy nadali sygnałowi fantazyjny pseudonim LGM-1 dla „małych zielonych ludzi” (później stał się CP 1919 dla „pulsara Cambridge”). Chociaż nie sądzili poważnie, że mogą to być istoty pozaziemskie, pozostało pytanie: co jeszcze we wszechświecie mogłoby emitować tak stały, regularny wybuch?
Na szczęście astronomia była gotowa zanurzyć się w tajemnicę. Kiedy odkrycie pojawiło się w prestiżowym czasopiśmie Nature 24 lutego 1968 r., Inni astronomowie wkrótce znaleźli odpowiedź: Bell Burnell odkrył pulsary, wcześniej niewyobrażalną formę gwiazdy neutronowej, która wirowała szybko i emitowała wiązki promieniowania rentgenowskiego lub gamma .
„Pulsary były całkowicie nieoczekiwane, więc było niezwykłe odkrycie czegoś, o czym nigdy nie myśleliśmy w kategoriach teoretycznych” - mówi Josh Grindlay, astrofizyk z Uniwersytetu Harvarda, który był doktorantem na Harvardzie, podczas gdy podniecenie wirowało wokół odkrycie. „Odkrycie pulsarów wyróżnia się tym, że mówi nam, że świat zwartych obiektów był bardzo realny”. W ciągu ostatnich 50 lat naukowcy oszacowali, że w samej naszej galaktyce istnieją dziesiątki milionów pulsarów.
Bell Burnell w 1967 roku, w którym zaobserwowała, co astrofizycy wkrótce uznają za pierwsze znane pulsary. (Wikimedia Commons) Przez zwarte obiekty Grindlay oznacza te egzotyczne obiekty niebieskie, w tym czarne dziury i gwiazdy neutronowe. Gwiazdy neutronowe zostały zaproponowane w 1934 roku przez fizyków Waltera Baade i Fritza Zwicky'ego, ale uważano je za zbyt ciemne i zbyt małe, aby naukowcy mogli je zidentyfikować w rzeczywistości. Uważa się, że te niewiarygodnie małe, gęste gwiazdy są wynikiem procesu supernowej - kiedy ogromna gwiazda wybucha, a pozostała materia zapada się sama.
Baade i Zwicky mieli rację. Jak odkryli astrofizycy, pulsary były niewielkim podzbiorem gwiazd neutronowych - a ponieważ były widoczne, udowodniły istnienie innych gwiazd neutronowych. Pulsary, zbudowane z ciasno upakowanych neutronów, mogą mieć średnicę zaledwie około 13 mil, a jednocześnie zawierać podwójną masę Słońca. Mówiąc inaczej, część gwiazdy neutronowej wielkości kostki cukru ważyłaby tyle samo, co Mount Everest. Jedynym obiektem we wszechświecie o większej gęstości niż gwiazdy neutronowe i pulsary jest czarna dziura.
Tym, co odróżnia pulsary od innych gwiazd neutronowych, jest fakt, że wirują one jak wierzchołki, niektóre tak szybko, że zbliżają się do prędkości światła. Ten wirujący ruch w połączeniu z wytwarzanymi przez nie polami magnetycznymi powoduje, że z każdej strony wystrzeliwuje z nich wiązka - nie tyle jak stały blask naszego Słońca, ale bardziej jak obracające się światło punktowe latarni morskiej. Właśnie to migotanie pozwoliło astrofizykom przede wszystkim obserwować i wykrywać pulsary oraz wnioskować o istnieniu gwiazd neutronowych, które pozostają niewidoczne.
„W tym czasie nie wiedzieliśmy, że między gwiazdami są rzeczy, nie mówiąc już o tym, że były one niespokojne” - powiedziała Bell Burnell nowojorczykowi w 2017 roku, wspominając swoje historyczne obserwacje. „To jedna z rzeczy, które wynikają z odkrycia pulsarów - większa wiedza na temat przestrzeni między gwiazdami”.
Oprócz udowodnienia istnienia gwiazd neutronowych pulsary dopracowały również nasze rozumienie fizyki cząstek i dostarczyły więcej dowodów na teorię względności Einsteina. „Ponieważ są tak gęste, że wpływają na czasoprzestrzeń”, mówi fizyk z Uniwersytetu Stanowego w San Diego Fridolin Weber. „Jeśli masz dobre dane na temat pulsarów, teorię Einsteina można przetestować na tle konkurencyjnych teorii”.
Jeśli chodzi o praktyczne zastosowania, pulsary są prawie tak precyzyjne jak zegary atomowe, które mierzą czas dokładniej niż cokolwiek innego poprzez regularne ruchy energetyzowanych atomów. Gdybyśmy kiedykolwiek wysłali astronautów w kosmos, pulsary mogłyby funkcjonować jako punkty nawigacyjne, mówi Weber. W rzeczywistości, kiedy NASA uruchomiła sondy Voyager w latach 70., statek kosmiczny zawierał mapę lokalizacji naszego Słońca w galaktyce opartą na 14 pulsarach (chociaż niektórzy naukowcy skrytykowali mapę, ponieważ dowiedzieliśmy się, że jest o wiele więcej pulsarów w galaktyce niż wcześniej sądzono).
Niedawno naukowcy zaczęli optymistycznie wykorzystywać pulsary do wykrywania fal grawitacyjnych, monitorując je pod kątem drobnych nieprawidłowości. Te fale w czasoprzestrzeni, które potwierdziły Einsteina i pomogły naukowcom zrozumieć, jak bardzo masywne i gęste obiekty wpływają na przestrzeń, zdobyły odkrywców Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2017 r. - podobnie jak Antony Hewish wygrał Nagrodę Fizyki w 1974 r. (Bell Burnell nie był przyznał nagrodę, być może ze względu na jej status doktoranta, jak twierdzi, lub za bycie kobietą, jak sugerują inni.) Teraz naukowcy planują użyć pulsarów do znalezienia fal grawitacyjnych, których nawet LIGO nie może wykryć.
Pozostaje jednak wiele pytań dotyczących zachowania pulsarów i ich miejsca w galaktyce. „Nadal nie do końca rozumiemy dokładną elektrodynamikę tego, co wytwarza impulsy radiowe”, mówi Grindlay. Gdyby naukowcy mogli zaobserwować pulsar w układzie podwójnym z czarną dziurą - dwa obiekty oddziałujące na siebie - to dałoby jeszcze lepszy wgląd w naturę fizyki i wszechświata. Dzięki nowym teleskopom, takim jak Square Kilometre Array w Południowej Afryce i Pięćsetmetrowy Aperture Spherical Telescope (FAST) w Chinach, fizycy prawdopodobnie będą mieli wkrótce o wiele więcej danych do pracy.
„Mamy wiele modeli na temat super gęstej materii i obiektów [np. Pulsarów], ale aby wiedzieć, co naprawdę dzieje się i jak szczegółowo je opisać, potrzebujemy danych wysokiej jakości”, mówi Weber. „Po raz pierwszy mamy te dane. Przyszłość jest naprawdę ekscytująca. ”
