50年前、大学院生の発見により天体物理学のコースが変更されました| 科学| スミソニアン - 記事、歴史、科学、宇宙

ダイポールアレイ望遠鏡（57面のテニスコートの大きさのエリアに張り巡らされたワイヤとポールの塊）は、ケンブリッジ大学の学生が2年以上かけて建設しました。しかし、望遠鏡が1967年7月に完成した後、大学院生のジョセリン・ベル・バーネルが天文学の分野をひっくり返す何かを検出するのにたった数週間しかかかりませんでした。

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巨大なネットのような望遠鏡は、毎週700フィートの紙を満たすのに十分なデータを生成しました。これを分析することにより、ベルバーネルは、「スクラフ」と呼ばれるかすかに繰り返される信号に気づきました。これは、1.33秒間隔の規則的なパルス列です。監督のアントニー・ヒューイッシュの助けを借りて、ベル・バーネルはその秋と冬に再び信号を捕捉することができました。

信号は、天文学者がこれまで見たことがなかったように見えました。しかし、やがてベルバーネルは、空のさまざまな部分でさまざまな速度で脈動する最初のように、より小さなビーコンを発見しました。

地球からの電波干渉などの明白な説明を排除した後、科学者は信号に「リトルグリーンメン」を表す架空のニックネームLGM-1を付けました（後に「ケンブリッジパルサー」のCP 1919になりました）。彼らはそれが地球外生物であるかもしれないと真剣に考えていませんでしたが、疑問は残りました：宇宙で他に何がそのような安定した、規則的なブリップを放出することができましたか？

幸いなことに、天文学の分野は全体として謎に飛び込む準備ができていました。 1968年2月24日に有名なNatureジャーナルにこの発見が登場したとき、他の天文学者はすぐに答えを出しました：ベルバーネルはパルサーを発見しました。。

「パルサーは完全に予期されていなかったので、理論に基づいて考えたことのない何かを発見したことは驚くべきことでした」と、ハーバード大学の博士課程の学生であったハーバード大学の天体物理学者ジョシュ・グリンドレーは興奮の渦中に渦巻いていました発見。「パルサーの発見は、コンパクトな物体の世界が非常に現実的だったことを教えてくれることで際立っています。」過去50年間で、研究者たちは私たちの銀河だけに数千万のパルサーがあると推定しました。

1967年、ベル物理学者が天体物理学者が最初に知られているパルサーとしてすぐに特定するものを観察した年にベル・バーネル。（ウィキメディアコモンズ）

コンパクトオブジェクトとは、Grindlayとは、ブラックホールと中性子星を含むエキゾチックな天体を意味します。中性子星は1934年に物理学者のウォルター・バーデとフリッツ・ツヴィッキーによって提案されましたが、科学者が現実に特定するには暗すぎて微妙であると考えられていました。これらの非常に小さく、高密度の星は、超新星プロセスの結果であると考えられていました。巨大な星が爆発し、残りの物質が崩壊するときです。

バーデとズウィッキーは正しかった。天体物理学者が発見したように、パルサーは中性子星の小さなサブセットであり、可視であるため、他の中性子星の存在を証明しました。密に詰まった中性子で作られたパルサーの直径はわずか約13マイルですが、太陽の2倍の質量が含まれています。遠近法で言えば、角砂糖のサイズの中性子星の一部は、エベレスト山と同じ量になるでしょう。宇宙で中性子星やパルサーよりも密度が高い唯一の物体はブラックホールです。

パルサーを他の中性子星と異なるものにしているのは、それらがトップのように回転し、あるものは非常に急速に光の速度に近づくという事実です。この回転運動は、それらが作り出す磁場と組み合わさって、どちらの側からもビームを放出します。これは、太陽の絶え間ない輝きではなく、灯台の回転スポットライトのようなものです。天体物理学者が最初にパルサーを観察および検出し、目に見えないままの中性子星の存在を推測できるようにしたのは、このちらつきでした。

「これが起こっていたとき、私たちは星の間に何かがあることを知りませんでした、それは乱流だったことは言うまでもありません」とベル・バーネルは2017年にニューヨーカーに語り、彼女の歴史的な観察を振り返りました。「それはパルサーの発見から生まれたものの1つです。星の間の空間に関するより多くの知識です。」

パルサーは、中性子星の存在を証明することに加えて、粒子物理学の理解を磨き、アインシュタインの相対性理論のより多くの証拠を提供しました。「密度が非常に高いため、時空に影響を与えます」とサンディエゴ州立大学の物理学者フリドリンウェーバーは言います。「パルサーに関する良いデータがあれば、アインシュタインの理論は競合する理論に対してテストできます。」

実用的なアプリケーションに関しては、パルサーは原子時計とほぼ同じくらい正確で、エネルギーを与えられた原子の規則的な動きを通して他の何よりも正確に時間を測定します。宇宙飛行士を宇宙に深く送り込むと、パルサーは航行ポイントとして機能する可能性がある、とウェーバーは言います。実際、1970年代にNASAがVoyagerプローブを打ち上げたとき、宇宙船には、14個のパルサーに基づいた銀河内の太陽の位置の地図が含まれていました（ただし、銀河内にはもっと多くのパルサーがあることがわかっているため、一部の科学者は地図を批判しています）以前に信じられていたより）。

最近では、科学者はパルサーを使用して重力波を検出し、微小な異常を監視することで楽観的になっています。これらの時空の波紋は、アインシュタインを立証し、科学者が超巨大で高密度の物体が空間に与える影響を理解するのに役立ち、アントニーヒューイッシュが1974年に物理学賞を受賞したように、発見者に2017年ノーベル物理学賞を授与しました。おそらく、彼女が主張するように大学院生としての地位、または他の人が示唆している女性であることのために、賞を授与しました。）今、科学者はパルサーを使用して、LIGOでさえ検出できない重力波を見つけることを計画しています。

しかし、パルサーの挙動と銀河内での位置に関しては、多くの疑問が残っています。「私たちはまだ、無線パルスを生成するものの正確な電気力学を完全には理解していません」とGrindlay氏は言います。科学者がブラックホール（相互作用する2つのオブジェクト）を備えたバイナリシステムでパルサーを観測できれば、物理学と宇宙の性質についてさらに洞察を得ることができます。南アフリカのスクエアキロメートルアレイや中国の500メートルの開口球面望遠鏡（FAST）などの新しい望遠鏡のおかげで、物理学者はすぐに使用できるデータが増えそうです。

「超高密度物質とオブジェクト（パルサーなど）に関するモデルはたくさんありますが、実際に何が起こっているのか、そしてそれらを詳細に記述する方法を知るには、高品質のデータが必要です」とWeber氏は言います。「これらのデータを取得するのはこれが初めてです。未来は本当にエキサイティングです。」