Телескоп с дипольной решеткой - масса проводов и столбов, простирающихся по площади размером в 57 теннисных кортов - потребовалось студентам Кембриджского университета более двух лет, чтобы построить. Но после того, как телескоп был закончен в июле 1967 года, аспиранту Джоселин Белл Бернелл понадобилось всего несколько недель, чтобы обнаружить что-то, что перевернуло бы область астрономии.
Связанный контент
- Десятилетия после того, как Джозелин Белл Бернелл получила Нобелевскую премию
- Самый большой в мире радиотелескоп шпионит своими первыми пульсарами
Гигантский сетчатый телескоп дал достаточно данных, чтобы заполнять 700 футов бумаги каждую неделю. Анализируя это, Белл Бернелл заметила слабый, повторяющийся сигнал, который она назвала «scruff» - обычная последовательность импульсов, разнесенных на 1, 33 секунды. С помощью своего руководителя Энтони Хьюиша Беллу Бернеллу удалось снова уловить сигнал позже этой осенью и зимой.
Сигнал был похож на то, что астроном никогда раньше не видел. И все же вскоре Белл Бернелл обнаружил больше маленьких маяков, таких же, как первые, но пульсирующих на разных скоростях в разных частях неба.
После устранения очевидных объяснений, таких как радиопомехи от Земли, ученые дали причудливое прозвище LGM-1 для «маленьких зеленых человечков» (позже оно стало CP 1919 для «Кембриджский пульсар»). Хотя они всерьез не думали, что это могут быть инопланетяне, оставался вопрос: что еще во вселенной могло излучать такой устойчивый, регулярный всплеск?
К счастью, область астрономии была коллективно готова погрузиться в тайну. Когда это открытие появилось в престижном журнале « Природа» 24 февраля 1968 года, другие астрономы вскоре пришли к ответу: Белл Бернелл открыл пульсары, ранее невообразимую форму нейтронной звезды, которая быстро вращалась и испускала пучки рентгеновского или гамма-излучения.,
«Пульсары были совершенно непредвиденными, поэтому это было замечательное открытие чего-то, о чем мы никогда не думали в терминах теории», - говорит Джош Гриндлей, астрофизик Гарвардского университета, который был докторантом в Гарварде, в то время как волнение кружилось вокруг открытие. «Открытие пульсаров говорит нам о том, что мир компактных объектов был очень реальным». За последние 50 лет исследователи подсчитали, что в нашей галактике существуют десятки миллионов пульсаров.
Белл Бернелл в 1967 году, в год, когда она наблюдала, что астрофизики скоро опознают как первые известные пульсары. (Wikimedia Commons) Под компактными объектами Grindlay подразумевает те экзотические небесные объекты, которые включают черные дыры и нейтронные звезды. Нейтронные звезды были предложены в 1934 году физиками Уолтером Бааде и Фрицем Цвикки, но считалось, что они слишком темные и мельчайшие, чтобы ученые могли определить их в реальности. Считалось, что эти невероятно маленькие, плотные звезды - результат процесса сверхновой - когда огромная звезда взрывается, а оставшаяся материя разрушается сама по себе.
Бааде и Цвики были правы. Как обнаружили астрофизики, пульсары были небольшим подмножеством нейтронных звезд - и, поскольку они были видимы, доказали существование других нейтронных звезд. Изготовленные из плотно упакованных нейтронов, пульсары могут иметь диаметр всего около 13 миль, но в два раза больше массы Солнца. Чтобы представить это в перспективе, часть нейтронной звезды размером с кубик сахара будет весить столько же, сколько гора Эверест. Единственный объект во Вселенной с более высокой плотностью, чем нейтронные звезды и пульсары, - это черная дыра.
Что отличает пульсары от других нейтронных звезд, так это то, что они вращаются, как вершины, некоторые настолько быстро, что приближаются к скорости света. Это вращательное движение в сочетании с создаваемыми ими магнитными полями приводит к тому, что из них с обеих сторон вырывается луч - не столько как постоянное свечение нашего Солнца, сколько как вращающийся прожектор маяка. Именно это мерцание позволило астрофизикам в первую очередь наблюдать и обнаруживать пульсары и делать вывод о существовании нейтронных звезд, которые остаются невидимыми.
«В то время, когда это происходило, мы не знали, что между звездами было что-то, не говоря уже о том, что оно было бурным», - сказала Белл Бернелл в интервью New Yorker в 2017 году, вспоминая свои исторические наблюдения. «Это одна из вещей, появившихся после открытия пульсаров, - больше знаний о пространстве между звездами».
В дополнение к доказательству существования нейтронных звезд, пульсары также оттачивали наше понимание физики элементарных частиц и предоставили больше доказательств для теории относительности Эйнштейна. «Поскольку они настолько плотные, они влияют на пространство-время», - говорит физик из Университета Сан-Диего Фридолин Вебер. «Если у вас есть хорошие данные о пульсарах, то теория Эйнштейна может быть проверена на соответствие конкурирующим теориям».
Что касается практического применения, пульсары почти так же точны, как атомные часы, которые измеряют время более точно, чем что-либо еще, посредством регулярных движений возбужденных атомов. Вебер говорит, что если бы мы когда-либо отправили астронавтов глубоко в космос, пульсары могли бы функционировать как навигационные точки. Фактически, когда НАСА запустило зонды Voyager в 1970-х годах, космический корабль включил карту расположения нашего Солнца в галактике на основе 14 пульсаров (хотя некоторые ученые критиковали карту, потому что мы узнали, что в галактике гораздо больше пульсаров). чем считалось ранее).
В последнее время ученые стали с оптимизмом относиться к использованию пульсаров для обнаружения гравитационных волн, отслеживая их на предмет незначительных отклонений. Эта рябь в пространстве-времени, которая подтвердила Эйнштейна и помогла ученым понять, как сверхмассивные и плотные объекты воздействуют на пространство, заслужила их первооткрывателей Нобелевской премией по физике 2017 года, так же как Энтони Хьюиш выиграл Физическую премию в 1974 году. (Белл Бернелл не был присуждают премию, возможно, из-за ее статуса аспиранта, как она утверждает, или из-за того, что она женщина, как предлагали другие.) Теперь ученые планируют использовать пульсары для обнаружения гравитационных волн, которые даже LIGO не может обнаружить.
Тем не менее, остается много вопросов, когда речь идет о поведении пульсаров и их месте в галактике. «Мы до сих пор не до конца понимаем точную электродинамику того, что производит радиоимпульсы», - говорит Гриндли. Если бы ученые могли наблюдать пульсар в бинарной системе с черной дырой - двумя объектами, взаимодействующими друг с другом, - это обеспечило бы еще большее понимание природы физики и Вселенной. Благодаря новым телескопам, таким как квадратный километраж в Южной Африке и сферический телескоп с апертурой в пятьсот метров (FAST) в Китае, физики, вероятно, скоро получат гораздо больше данных для работы.
«У нас есть много моделей о сверхплотной материи и объектах [таких как пульсары], но чтобы знать, что на самом деле происходит и как их подробно описать, нам нужны высококачественные данные», - говорит Вебер. «Мы впервые получаем эти данные. Будущее действительно захватывающее ».
