Το τηλεσκόπιο διπολικής συστοιχίας - μια μάζα καλωδίων και πόλων τεντωμένων σε μια περιοχή μεγέθους 57 γηπέδων τένις - πήρε τους σπουδαστές του Πανεπιστημίου του Cambridge για περισσότερα από δύο χρόνια για να χτίσει. Αλλά αφού το τηλεσκόπιο τελείωσε τον Ιούλιο του 1967, χρειάστηκαν μόνο λίγες εβδομάδες για τον μεταπτυχιακό φοιτητή Jocelyn Bell Burnell να ανιχνεύσει κάτι που θα ανέβαινε στον τομέα της αστρονομίας.
σχετικό περιεχόμενο
- Δεκαετίες μετά τη μετάβαση για ένα Νόμπελ, η Jocelyn Bell Burnell παίρνει την οφειλή της
- Το μεγαλύτερο ραδιοτηλεσκόπλοιο του κόσμου κατασκόπωνει τους πρώτους παλμούς του
Το τεράστιο τηλεσκόπιο που παράγει αρκετά στοιχεία για να γεμίσει 700 πόδια χαρτιού κάθε εβδομάδα. Αναλύοντας αυτό, ο Bell Burnell παρατήρησε ένα αχνό, επαναλαμβανόμενο σήμα που ονομάζεται "scruff" - μια συνηθισμένη σειρά παλμών, σε απόσταση 1, 33 δευτερολέπτων. Με τη βοήθεια του προϊσταμένου της Antony Hewish, ο Bell Burnell κατάφερε να συλλάβει το σήμα ξανά αργότερα το φθινόπωρο και το χειμώνα.
Το σήμα έμοιαζε με τίποτα που δεν είχε δει ποτέ ο αστρονόμος. Πριν από πολύ καιρό, ο Bell Burnell ανακάλυψε περισσότερους φάρους έξω εκεί, όπως και ο πρώτος, αλλά παλλόμενος σε διαφορετικές ταχύτητες σε διάφορα μέρη του ουρανού.
Μετά την εξάλειψη προφανών εξηγήσεων όπως οι ραδιοφωνικές παρεμβολές από τη Γη, οι επιστήμονες έδωσαν το σήμα το φανταστικό ψευδώνυμο LGM-1, για «μικρούς πράσινους άνδρες» (αργότερα έγινε CP 1919 για το «Cambridge pulsar»). Αν και δεν πίστευαν σοβαρά ότι θα μπορούσαν να είναι εξωγήινοι, η ερώτηση παρέμεινε: τι άλλο στο σύμπαν θα μπορούσε να εκπέμπει ένα σταθερό, τακτικό blip;
Ευτυχώς, το πεδίο της αστρονομίας ήταν συλλογικά έτοιμο να βουτήξει στο μυστήριο. Όταν η ανακάλυψη εμφανίστηκε στο διάσημο περιοδικό Nature στις 24 Φεβρουαρίου 1968, άλλοι αστρονόμοι σύντομα ήρθαν με μια απάντηση: ο Bell Burnell είχε ανακαλύψει πάλσαρς, μια αδιανόητη μορφή αστέρα νετρονίων που γύρισε γρήγορα και εκπέμπε ακτίνες ακτίνων Χ ή ακτινοβολίας γάμμα .
"Οι Pulsars ήταν εντελώς απροσδόκητες, οπότε ήταν αξιοθαύμαστο για μια ανακάλυψη κάτι που δεν είχαμε σκεφτεί ποτέ με θεωρητικούς όρους", λέει ο Josh Grindlay, αστροφυσικός του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, ο οποίος ήταν διδακτορικός φοιτητής στο Χάρβαρντ, ενώ ο ενθουσιασμός περιστρέφεται γύρω από ανακάλυψη. "Η ανακάλυψη των παλμών ξεχωρίζει καθώς μας λέει ότι ο κόσμος των συμπαγών αντικειμένων ήταν πολύ αληθινός». Τα τελευταία 50 χρόνια, οι ερευνητές έχουν υπολογίσει ότι υπάρχουν δεκάδες εκατομμύρια πάλσαρ στον δικό μας γαλαξία.
Bell Burnell το 1967, το έτος που παρατήρησε ποιοι αστροφυσικοί σύντομα θα ταυτοποιήσουν ως τους πρώτους γνωστούς παλμούς. (Wikimedia Commons) Με μικρά αντικείμενα, το Grindlay σημαίνει αυτά τα εξωτικά ουράνια αντικείμενα που περιλαμβάνουν μαύρες τρύπες και αστέρια νετρονίων. Τα αστέρια νετρονίων προτάθηκαν το 1934 από τους φυσικούς Walter Baade και Fritz Zwicky, αλλά θεωρήθηκαν ότι είναι πολύ σκοτεινά και λεπτά για τους επιστήμονες να εντοπίσουν στην πραγματικότητα. Αυτά τα απίστευτα μικρά, πυκνά αστέρια πιστεύονταν ότι είναι το αποτέλεσμα της διαδικασίας σουπερνόβα-όταν ένα τεράστιο αστέρι εκρήγνυται και η υπόλοιπη ύλη καταρρέει μέσα από τον εαυτό της.
Ο Baade και ο Zwicky είχαν δίκιο. Όπως ανακάλυψαν οι αστροφυσικοί, οι παλμογράφοι ήταν ένα μικρό υποσύνολο των αστέρων νετρονίων και, εφόσον ήταν ορατά, απέδειξαν την ύπαρξη άλλων αστερωνίων νετρονίων. Κατασκευασμένο από σφιχτά συσκευασμένα νετρόνια, οι παλμογράφοι μπορούν να έχουν διάμετρο μόνο περίπου 13 μιλίων, αλλά περιέχουν διπλάσια μάζα του ήλιου. Για να το θέσουμε σε προοπτική, ένα τμήμα από αστέρι νετρονίων μεγέθους ζαχάρου θα ζυγίζει το ίδιο ποσό με το Mount Everest. Το μόνο αντικείμενο στο σύμπαν με μεγαλύτερη πυκνότητα από τα αστέρια των νετρονίων και τους παλμούς είναι μια μαύρη τρύπα.
Αυτό που κάνει τους pulsars διαφορετικούς από τα άλλα αστέρια νετρονίων είναι το γεγονός ότι περιστρέφονται, σαν κορυφές, μερικοί τόσο γρήγορα που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Αυτή η κίνηση περιστροφής, σε συνδυασμό με τα μαγνητικά πεδία που δημιουργούν, έχει ως αποτέλεσμα μια ακτίνα που βγαίνει από αυτά από κάθε πλευρά - όχι τόσο σαν τη σταθερή λάμψη του Ήλιου μας, αλλά περισσότερο σαν τον περιστρεφόμενο προβολέα ενός φάρου. Ήταν αυτή η τρεμούλιασμα που επέτρεψε στους αστροφυσικούς να παρατηρούν και να ανιχνεύουν τους παλμούς, καταρχάς, και να συνάγουν την ύπαρξη των αστεριών νετρονίων, τα οποία παραμένουν αόρατα.
"Τη στιγμή που αυτό συνέβαινε, δεν ήξερα ότι υπήρχε κάτι ανάμεσα στα αστέρια, πόσο μάλλον ότι ήταν ταραχώδη", δήλωσε ο Bell Burnell στο New Yorker το 2017, αντικατοπτρίζοντας την ιστορική της παρατήρηση. "Αυτό είναι ένα από τα πράγματα που προέκυψε από την ανακάλυψη των παλμών - περισσότερη γνώση για το διάστημα μεταξύ των αστεριών".
Εκτός από την απόδειξη της ύπαρξης αστρίων νετρονίων, οι παλτσάρες εξήνευαν επίσης την κατανόηση της φυσικής των σωματιδίων και παρείχαν περισσότερες αποδείξεις για τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. "Επειδή είναι τόσο πυκνοί, έχουν αντίκτυπο στο χώρο του χρόνου", λέει ο φυσικός του κρατικού πανεπιστημίου του Σαν Ντιέγκο Fridolin Weber. "Εάν έχετε καλά δεδομένα σχετικά με τους παλμούς, τότε η θεωρία του Αϊνστάιν μπορεί να δοκιμαστεί ενάντια στις ανταγωνιστικές θεωρίες".
Όσον αφορά τις πρακτικές εφαρμογές, οι παλμογράφοι είναι σχεδόν εξίσου ακριβείς με τα ατομικά ρολόγια, τα οποία μετρούν τον χρόνο με μεγαλύτερη ακρίβεια από οτιδήποτε άλλο μέσω των τακτικών κινήσεων των ενεργοποιημένων ατόμων. Αν είχαμε ποτέ στείλει αστροναύτες βαθιά στο διάστημα, οι παλμούς θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως σημεία πλοήγησης, λέει ο Weber. Στην πραγματικότητα, όταν η NASA ξεκίνησε τους αισθητήρες Voyager στη δεκαετία του 1970, το διαστημικό σκάφος περιελάμβανε χάρτη της θέσης του Ήλιου στον γαλαξία με βάση 14 παλμούς (αν και ορισμένοι επιστήμονες έχουν επικρίνει τον χάρτη επειδή έχουμε μάθει ότι υπάρχουν πολλοί περισσότεροι παλμογράφοι στον γαλαξία από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως).
Πιο πρόσφατα, οι επιστήμονες έχουν γίνει αισιόδοξοι για τη χρήση πάλσαρ για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, παρακολουθώντας τους για μικρές ανωμαλίες. Αυτές οι κυματισμοί στο διάστημα-διάστημα, που δικαιολόγησαν τον Αϊνστάιν και βοήθησαν τους επιστήμονες να καταλάβουν πόσο σούπερ ογκώδη και πυκνά αντικείμενα έχουν αντίκτυπο στο χώρο, κέρδισαν τους ανακαλύπτους τους το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2017 - όπως ο Antony Hewish είχε κερδίσει το Βραβείο Φυσικής το 1974. Το Bell Burnell απονέμεται το βραβείο, ίσως λόγω της ιδιότητάς της ως φοιτήτριας, όπως ισχυρίζεται, ή επειδή είναι γυναίκα, όπως άλλοι έχουν προτείνει.) Τώρα, οι επιστήμονες σκοπεύουν να χρησιμοποιήσουν παλμούς για να βρουν βαρυτικά κύματα που ακόμη και το LIGO δεν μπορεί να ανιχνεύσει.
Ωστόσο, υπάρχουν πολλά ερωτήματα όσον αφορά τη συμπεριφορά των παλμών και τη θέση τους στον γαλαξία. "Εξακολουθούμε να μην καταλαβαίνουμε πλήρως την ακριβή ηλεκτροδυναμική του τι παράγει τα ραδιοφωνικά παλμούς", λέει ο Grindlay. Εάν οι επιστήμονες θα μπορούσαν να παρατηρήσουν έναν παλμό σε ένα δυαδικό σύστημα με μια μαύρη τρύπα - τα δύο αντικείμενα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους - αυτό θα έδινε ακόμα περισσότερη εικόνα στη φύση της φυσικής και του σύμπαντος. Χάρη στα νέα τηλεσκόπια, όπως το Square Kilometer Array στη Νότια Αφρική και το σφαιρικό τηλεσκόπιο των 500 εκατοστών (FAST) στην Κίνα, οι φυσικοί είναι πιθανό να έχουν πολύ περισσότερα δεδομένα για να δουλέψουν σύντομα.
"Έχουμε πολλά μοντέλα για σούπερ πυκνή ύλη και αντικείμενα [όπως τα παλμικά], αλλά για να μάθουμε τι συμβαίνει και πώς να τα περιγράψουμε λεπτομερώς, χρειαζόμαστε δεδομένα υψηλής ποιότητας", λέει ο Weber. "Αυτή είναι η πρώτη φορά που πρόκειται να έχουμε αυτά τα δεδομένα. Το μέλλον είναι πραγματικά συναρπαστικό. "
