در تاریخ ۲۸ نوامبر ۱۹۶۷، جوسلین بل برنل، دانشجوی تحصیلات تکمیلی اخترشناسی در دانشگاه کمبریج، نشانهای بسیار کوچک اما تکرارشونده را در میان کیلومترها داده رادیویی شناسایی کرد. این سیگنال عجیب بعدها مشخص شد که از نخستین تپاختر (Pulsar) شناختهشده میآید؛ بقایای فوقچگال یک ستاره مرده که پرتوهای رادیویی خود را مانند فانوس دریایی بهسوی زمین جاروب میکند.
این کشف از دادههایی بهدست آمد که توسط یک تلسکوپ رادیویی ثبت شده بود؛ ابزاری که برای دریافت امواج رادیویی بسیار ضعیف از اعماق فضا طراحی شده است.
در این پروژه، جوسلین بل برنل خود در ساخت تلسکوپ نقش داشت؛ تلسکوپی متشکل از حدود ۱۹۳ کیلومتر سیم که بهشکل درهمتنیده روی سازههایی در یک مزرعه گسترده شده بودند.
همین زیرساخت غیرمعمول بعدها به اخترشناسان امکان داد تا پالسهای ستارگان مرده را با دقتی خیرهکننده زمانسنجی کنند و بهطور بیسروصدا، درک بشر از پایان عمر ستارگان را بازنویسی نمایند.
جوسلین بل برنل و تپاخترها
این پژوهش به رهبری جوسلین بل برنل، اخترشناس دانشگاه کمبریج انجام شد و تمرکز اصلی آن بررسی منابع رادیویی فضایی بود.
پیش از ظاهر شدن سیگنال عجیب، بل برنل سالها صرف ساخت و راهاندازی این ابزار دستوپاگیر در حومه کمبریجشر کرده بود.
این تلسکوپ که بخشی از رصدخانه اخترشناسی رادیویی مولارد بود، بهجای یک بشقاب فلزی غولپیکر، از ردیفهای طولانی آنتنهای ساده استفاده میکرد.
بهجای دادههای دیجیتال، او آسمان را روی نمودارهای کاغذی مشاهده میکرد؛ نمودارهایی که اگر کنار هم قرار میگرفتند، طولی نزدیک به ۴٫۸ کیلومتر پیدا میکردند.
هر نمودار، امضای پرنوسان نویزهای رادیویی فضا را در کنار تداخلهای آشنایی مانند خودروها، فرستندهها و خطاهای مکانیکی ثبت میکرد.
بیشتر این آشفتگیها عادی بهنظر میرسیدند، اما یک لکه کوچک بارها دقیقاً در یک نقطه از نقشه آسمان تکرار میشد.
بل برنل و «LGM»
بل برنل بعدها تعریف کرد که احساس میکرد ذهنش مدام به او یادآوری میکند این لکه عجیب را قبلاً هم دیده است.
پس از بررسی دادههای قدیمیتر، او همان پالسهای تکرارشونده را پیدا کرد و منبع آن را با شوخی LGM نامید؛ مخفف Little Green Men یا «آدمفضاییهای سبز کوچک».
او این سیگنالهای معماگونه را به استاد راهنمایش آنتونی هیویش نشان داد؛ کسی که در ابتدا گمان میکرد این لکه ضعیف فقط نوع دیگری از تداخل است.
هیویش پیشنهاد داد از یک ثبتکننده سریعتر برای تأیید استفاده شود. در ابتدا، این دستگاه جدید سکوت کرد، در حالی که تلسکوپ بل برنل همچنان پالسهایی با فاصله ۱٫۳ ثانیه ثبت میکرد.
پس از انتظاری طولانی، تلسکوپ سریعتر نیز سرانجام همان رشته پالسهای ۱٫۳ ثانیهای را از همان نقطه آسمان ثبت کرد. بل برنل بعدها این لحظه را در یک مصاحبه در کمبریج توصیف کرد.
از پالسها تا تپاخترها
بل برنل بهزودی سه منبع تکرارشونده دیگر را در نقاط مختلف آسمان شناسایی کرد؛ موضوعی که احتمال منشأ مصنوعی، حتی فرستندههای بیگانه، را بهشدت کاهش داد.
در اوایل سال ۱۹۶۸، او و همکارانش نخستین چهار جرم را در مقالهای معرفی کردند که نشان میداد این پالسها از نقاط ثابتی در کهکشان ما میآیند.
این منابع عجیب با هیچ ستاره شناختهشدهای تطابق نداشتند، زیرا نظم و سرعت چشمکزدن آنها بسیار فراتر از ارتعاشات یا حرکات مداری معمول ستارگان بود.
در ابتدا، برخی دانشمندان به ستارگان سفید نوسانی یا سیارات ناشناخته فکر میکردند، اما افزایش تعداد این پالسها نشان میداد با پدیدهای بسیار افراطیتر در دل ستارگان فروپاشیده روبهرو هستیم.
کمی بعد، نظریهپرداز توماس گلد مدلی چرخشی ارائه داد که در آن پالسها از یک ستاره فوقچگال در حال چرخش تولید میشدند؛ جرمی که امروزه آن را ستاره نوترونی مینامیم.
چرا تپاخترها برای فیزیک اهمیت دارند
در مدل چرخشی گلد، ستاره با سرعت بالا میچرخد و میدان مغناطیسی بسیار قوی آن که بر ذرات باردار اثر میگذارد، نسبت به محور چرخش کج است.
در هر چرخش، یک پرتو باریک تابش از کنار زمین عبور میکند و تلسکوپها رشتهای منظم از پالسها را با دقتی شگفتانگیز ثبت میکنند.
تا اوایل دهه ۱۹۷۰، اخترشناسان بیش از صد تپاختر را فهرست کرده بودند و اندازهگیریها نشان میداد این پالسها در بازههای طولانی زمانی بسیار پایدار هستند.
آنتونی هیویش در سخنرانی نوبل خود توضیح داد که این سیگنالها مانند ساعتهایی فوقالعاده دقیق عمل میکنند که با چرخش ستارگان نوترونی، یعنی همان تپاخترها، کار میکنند.
بهدلیل زمانبندی قابل پیشبینی هر پالس، پژوهشگران میتوانند از تپاخترها برای ردیابی حرکات بسیار ظریف و اندازهگیری گاز رقیقی که فضای میان ستارگان را پر کرده است، استفاده کنند.
این دادهها سرنخهایی ارزشمند درباره مادهای فراهم میکنند که به چگالیهایی فراتر از توان بازتولید آزمایشگاههای زمینی فشرده شده است.
درسهایی از جوسلین بل برنل
طبق بیانیه رسمی، جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۷۴ به مارتین رایل و آنتونی هیویش برای پژوهشهایی از جمله کشف تپاخترها اهدا شد.
نام بل برنل در این اعلامیه وجود نداشت؛ با وجود اینکه او نخستین کسی بود که این سیگنالهای عجیب را تشخیص داد و با دقت پیگیری کرد.
او بعدها اشاره کرد که همکارانش به شوخی این موضوع را «جایزه نوبل بدون بل» نامیدند و گفت به این افتخار میکند که ستارههایش فیزیکدانان را متقاعد کردند اخترشناسی علمی جدی است.
داستان او به نمادی در بحثهای مربوط به نحوه توزیع اعتبار علمی تبدیل شد، بهویژه برای افرادی که historically به حاشیه رانده شدهاند.
نیم قرن بعد، بل برنل جایزه ویژه سه میلیون دلاری Breakthrough را دریافت کرد؛ جایزهای برای قدردانی از کشف اولیه و دههها رهبری او در اخترشناسی.
او تصمیم گرفت این پول را برای خود نگه ندارد و آن را صرف بورسیه تحصیلی برای زنان، اقلیتهای کمترنمایندهشده و پناهندگانی کند که قصد تحصیل در رشته فیزیک را دارند.
