De dipoolarray-telescoop - een massa draden en palen die zich uitstrekte over een gebied ter grootte van 57 tennisbanen - kostte de studenten van Cambridge University meer dan twee jaar om te bouwen. Maar nadat de telescoop in juli 1967 was voltooid, duurde het slechts een paar weken voordat afgestudeerde student Jocelyn Bell Burnell iets ontdekte dat het gebied van de astronomie ten goede zou komen.
gerelateerde inhoud
- Decennia na te zijn gepasseerd voor een Nobel, krijgt Jocelyn Bell Burnell haar schuld
- 'S Werelds grootste radiotelescoop bespioneert zijn eerste pulsars
De gigantische netachtige telescoop produceerde genoeg gegevens om elke week 700 voet papier te vullen. Door dit te analyseren, merkte Bell Burnell een zwak, repetitief signaal op dat ze "scruff" noemde - een regelmatige reeks pulsen, op een afstand van 1, 33 seconden. Met hulp van haar supervisor Antony Hewish kon Bell Burnell het signaal later in de herfst en winter opnieuw vastleggen.
Het signaal leek niets dat een astronoom ooit eerder had gezien. Maar al snel ontdekte Bell Burnell meer kleine bakens die er zijn, net als de eerste, maar pulserende met verschillende snelheden in verschillende delen van de hemel.
Na het elimineren van voor de hand liggende verklaringen zoals radio-interferentie van de aarde, gaven de wetenschappers het signaal de fantasierijke bijnaam LGM-1, voor "kleine groene mannen" (het werd later CP 1919 voor "Cambridge pulsar"). Hoewel ze niet serieus dachten dat het buitenaardse wezens waren, bleef de vraag: wat anders in het universum zou zo'n gestage, regelmatige piep kunnen uitzenden?
Gelukkig was het veld van de astronomie collectief klaar om in het mysterie te duiken. Toen de ontdekking in het prestigieuze tijdschrift Nature op 24 februari 1968 verscheen, kwamen andere astronomen al snel met een antwoord: Bell Burnell had pulsars ontdekt, een voorheen niet-bedachte vorm van neutronenster die snel ronddraaide en stralen röntgen- of gammastraling uitzond .
"Pulsars waren volkomen onverwacht, dus het was opmerkelijk voor een ontdekking van iets waar we nooit aan gedacht hadden in theorie-gedreven termen, " zegt Josh Grindlay, een astrofysicus van Harvard University die een doctoraatsstudent was aan Harvard terwijl de opwinding ronddraaide ontdekking. "De ontdekking van pulsars valt op door ons te vertellen dat de wereld van compacte objecten heel reëel was." In de afgelopen 50 jaar hebben onderzoekers geschat dat er alleen al in onze melkweg tientallen miljoenen pulsars zijn.
Bell Burnell in 1967, het jaar dat ze observeerde wat astrofysici snel zouden identificeren als de eerste bekende pulsars. (Wikimedia Commons) Met compacte objecten bedoelt Grindlay die exotische hemellichamen met zwarte gaten en neutronensterren. Neutronensterren werden in 1934 voorgesteld door natuurkundigen Walter Baade en Fritz Zwicky, maar werden door wetenschappers als te donker en te klein beschouwd om zich in werkelijkheid te identificeren. Men dacht dat deze ongelooflijk kleine, dichte sterren het resultaat waren van het supernova-proces - wanneer een enorme ster explodeert en de resterende materie op zichzelf instort.
Baade en Zwicky hadden gelijk. Zoals astrofysici ontdekten, waren pulsars een kleine subset van neutronensterren - en, aangezien ze zichtbaar waren, bewezen het bestaan van andere neutronensterren. Gemaakt van dicht opeengepakte neutronen, pulsars kunnen een diameter van slechts ongeveer 13 mijl hebben, maar bevatten tweemaal de massa van de zon. Om dat in perspectief te plaatsen, weegt een portie neutronenster ter grootte van een suikerklontje evenveel als de Mount Everest. Het enige object in het universum met een hogere dichtheid dan neutronensterren en pulsars is een zwart gat.
Wat pulsars onderscheidt van andere neutronensterren, is het feit dat ze, zoals tops, wat zo snel ronddraaien dat ze de snelheid van het licht naderen. Deze draaiende beweging, gecombineerd met de magnetische velden die ze creëren, resulteert in een straal die er aan beide kanten uit schiet - niet zozeer als de constante gloed van onze zon, maar meer als de roterende schijnwerper van een vuurtoren. Het was deze flikkering waardoor astrofysici pulsars in de eerste plaats konden observeren en detecteren, en het bestaan van neutronensterren afleiden, die onzichtbaar blijven.
"Op het moment dat dit gebeurde, wisten we niet dat er dingen tussen de sterren waren, laat staan dat het turbulent was, " vertelde Bell Burnell de New Yorker in 2017, terugkijkend op haar historische observatie. "Dat is een van de dingen die is voortgekomen uit de ontdekking van pulsars - meer kennis over de ruimte tussen sterren."
Naast het bewijs van het bestaan van neutronensterren, hebben pulsars ook ons begrip van de deeltjesfysica aangescherpt en meer bewijs geleverd voor de relativiteitstheorie van Einstein. "Omdat ze zo dicht zijn, beïnvloeden ze de ruimtetijd, " zegt fysicus Fridolin Weber van de San Diego State University. "Als je goede gegevens hebt over pulsars, kan de theorie van Einstein worden getest tegen concurrerende theorieën."
Wat praktische toepassingen betreft, pulsars zijn bijna net zo precies als atoomklokken, die tijd nauwkeuriger meten dan iets anders door de regelmatige bewegingen van geactiveerde atomen. Als we ooit astronauten diep de ruimte in zouden sturen, zouden pulsars als navigatiepunten kunnen fungeren, zegt Weber. Toen NASA in de jaren '70 de Voyager-sondes lanceerde, bevatte het ruimtevaartuig een kaart van de locatie van onze zon in de Melkweg op basis van 14 pulsars (hoewel sommige wetenschappers de kaart hebben bekritiseerd omdat we hebben geleerd dat er veel meer pulsars in de Melkweg zijn) dan eerder werd aangenomen).
Meer recent zijn wetenschappers optimistisch geworden over het gebruik van pulsars om zwaartekrachtsgolven te detecteren, door ze te controleren op minieme afwijkingen. Deze rimpelingen in ruimtetijd, die Einstein rechtvaardigden en wetenschappers hielpen begrijpen hoe supergrote en dichte objecten de ruimte beïnvloeden, verdienden hun ontdekkers de Nobelprijs voor natuurkunde 2017 - net zoals Antony Hewish de natuurkundeprijs in 1974 had gewonnen. (Bell Burnell was niet bekroond met de prijs, misschien vanwege haar status als afgestudeerd student, zoals ze beweert, of omdat ze een vrouw is, zoals anderen hebben gesuggereerd.) Nu zijn wetenschappers van plan pulsars te gebruiken om zwaartekrachtsgolven te vinden die zelfs LIGO niet kan detecteren.
Toch blijven er nog veel vragen over het gedrag van pulsars en hun plaats in de Melkweg. "We begrijpen nog steeds niet helemaal de exacte elektrodynamica van wat de radiopulsen produceert", zegt Grindlay. Als wetenschappers een pulsar zouden kunnen waarnemen in een binair systeem met een zwart gat - de twee objecten die op elkaar inwerken - zou dat nog meer inzicht verschaffen in de aard van de fysica en het universum. Dankzij nieuwe telescopen zoals de Square Kilometer Array in Zuid-Afrika en de Five-honderd-meter Aferure Spherical Telescope (FAST) in China, hebben fysici waarschijnlijk binnenkort veel meer gegevens om mee te werken.
"We hebben veel modellen over super dichte materie en objecten [zoals pulsars], maar om te weten wat er echt gebeurt en hoe ze in detail te beschrijven, hebben we gegevens van hoge kwaliteit nodig, " zegt Weber. “Dit is de eerste keer dat we deze gegevens hebben. De toekomst is echt spannend. ”
