Antony Hewish i Jocelyn Bell, descobridors dels púlsars

Continuem amb els descobriments discutits que vam començar a la darrera sessió, parlant del premi Nobel de medecina de l’any passat sobre la immunitat innata. En aquella ocasió l’autor material del descobriment Bruno Lemaitre, li va discutir l’autoria al seu cap d’investigació, Jules Hoffmann, que va ser guardonat amb el premi Nobel de medecina de l’any passat, 2011. Avui parlarem d’un fet que va ser molt important en el món de l’astronomia: el descobriment dels púlsars per Jocelyn Bell i Antony Hewish, l’any  1967, que va suposar la concessió del Nobel a Hewish. Aquesta vegada Jocelyn Bell, autora material del descobriment, no li va discutir el premi al seu cap, però va haver un cert enrenou i comentaris en el món científic en el sentit de que ella devia haver estat també guardonada. Per exemple, Fred Hoyle, un dels astrònoms importants dels segle XX (va posar nom a la teoria del Big Bang, encara que s’oposava) va condemnar rotundament el fet de no incloure-la en el Nobel. Era la vella qüestió de, qui mereix ser considerat com autor del descobriment, qui el fa realment o qui dirigeix la investigació, moltes vegades de bastant lluny del laboratori o el telescopi?
Antony Hewish, Jocelyn Bell, púlsar de la nebulosa del Cranc. Imatges de Wikimedia Commons.

Intentarem explicar com van passar els fets.
El premi Nobel de física va ser atorgat l’any 1974, set anys després del descobriment i va recaure en els astrònoms britànics Martin Ryle i Antony Hewish, no directament pel descobriment dels púlsars, sinó, com diu l’Acadèmia Sueca, “pels seus treballs pioners en la detecció d’emissions de radio de les estrelles”.
Sir Martin Ryle havia treballat en sistemes de radar durant la Segona Guerra Mundial i va aplicar la seva experiència en la detecció de senyals de radio provinents de l’espai, des del Sol a estrelles llunyanes. Va trobar que, en lloc de construir radiotelescopis amb antenes parabòliques cada vegada més grans, aconseguia el mateix efecte connectant una sèrie de petits telescopis apuntant tots en la mateixa direcció.

Antony Hewish, que és qui ens interessa avui, també va treballar en sistemes de radar durant la Segona Guerra Mundial, quan encara era estudiant i va ser després de la guerra quan va poder acabar els seus estudis a la universitat de Cambridge. Entre 1948 i 1952 va fer la seva tesi doctoral en el camp de la radioastronomia amb l’equip de Ryle. Després va passar al Churchill College, de la mateixa universitat, on va fer la seva carrera investigadora en radioastronomia fins a la seva jubilació el 1989. Utilitzant les tècniques apresses amb Ryle va estudiar als quasars, que són  uns objectes molt brillants que es troben al centre de galàxies molt distants i que emeten també ones de radio. Va descobrir per exemple que quan les ones de radio provinents dels quasars travessen la ionosfera, la capa de l’atmosfera carregada elèctricament, es produeix una difracció que es mostra com un espurneig, com si en lloc d’un sol senyal fossin molts senyals junts espurnejant.

Hewish va dissenyar un gran radiotelescopi per estudiar una ampla franja del cel, amb més de 2000 antenes individuals, que es va posar en funcionament l’any 1967. Hewish era el director de l’equip que treballava amb el radiotelescopi per observar l’espurneig de les estrelles. I aquí és on entra en escena la protagonista del descobriment, que no va tenir però el premi gros, el Nobel, Jocelyn Bell, estudiant de doctorat amb Hewish, que era el seu director de tesi. El 28 de novembre de 1967, Jocelyn Bell va descobrir un intens senyal de ràdio, polsant, emetent un pols cada 1,33 s, que va revolucionar el món de l’astronomia. Hewish va concloure que no provenia de la pròpia Terra, degut per exemple a interferències de diferents senyals terrestres i que no semblava emès per una forma de vida intel·ligent, com també s’havia especulat. La mateixa Jocelyn va dir que ella i Hewish mai van creure que fos un senyal provinent d’una altra civilització, però la idea els va passar pel cap ja que tampoc tenien proves de que fos realment una font de radiació natural.

El 1968 Hewish i Bell van publicar els seus resultats anunciant el descobriment d’un nou tipus d’estrelles molt denses, que podien ser nanes blanques o estrelles formades per neutrons, amb un camp magnètic molt intens i amb un moviment de rotació molt ràpid, que produeix aquesta emissió de senyals de ràdio cada vegada que dona una volta. L’existència d’una mena d’estrelles molt massives havia estat predita els anys 1930 i ara hi havia la seva confirmació experimental. Posteriorment es va confirmar que eren estrelles de neutrons i van ser anomenades púlsars (contracció de la paraula anglesa pulsating stars, estrelles polsants). Es van descobrir altres púlsars amb períodes de rotació que van des d’algunes mil·lèsimes de segon fins a més de 9 segons.

Dues paraules sobre com es formen els púlsars:
A l’evolució de les estrelles, una estrella molt massiva pot arribar a explotar en forma de supernova,  col·lapsant després i comprimint tot el material fins a formar una estrella de neutrons, que pot tenir un diàmetre de tan sol uns quants quilòmetres. Imaginem tota la massa del Sol, o d’una estrella molt més gran comprimida en un diàmetre de pocs quilòmetres. Això seria una estrella de neutrons. El moviment de rotació que tenia l’estrella que ha explotat, el moment angular en termes tècnics, es manté en aquesta estrella residual, l’estrella de neutrons de diàmetre molt més petit, amb la qual cosa, segons les lleis de la física, si té menys diàmetre ha de girar molt mes depresa. És com el cas dels ballarins que estan girant i quan volen girar més lentament, estenen els braços i quan volen girar més ràpidament acosten els braços cap el cos.
Ens falta parlar encara del camp magnètic que tenia l’estrella abans d’explotar i que també hi és a l’estrella de neutrons. Al ser la massa molt més concentrada, el camp magnètic es ara més intens i a més a més emet radiació electromagnètica, la que ens arriba a nosaltres. L’eix del camp magnètic és el que marca la direcció del feix de radiació, però aquesta direcció no té pas per què ser la mateixa que la de l’eix de rotació de l’estrella. Si fos la mateixa no hi hauria púlsar, perquè el feix sempre apuntaria en la mateixa direcció de l’eix de rotació. Si no és la mateixa és quan es comporta com si fos un far: el feix de radiació va donant voltes igual que la llum d’un far, amb una freqüència igual a la del moviment de rotació de l’estrella. Aquesta és la causa de que el període del púlsar sigui tan precís, ja que és tan precís com el moviment de rotació de l’estrella. Justament el valor del seu període és una de les característiques d’aquesta mena d’estrelles.

Tornem a la qüestió del principi, la concessió del premi Nobel. El Comité Nobel va opinar que l’article en el que es detallava el descobriment anava signat per cinc persones, Hewish era el primer signant i Bell era la segona. Hewish era a més a més el director de l’equip i responsable del disseny del telescopi i de la interpretació de resultats posterior. Així que va prendre una decisió que va resultar polèmica i va incloure només al responsable principal del descobriment i no a l’autora material o als altres col·laboradors. En tot cas s’ha de dir que Jocelyn Bell va donar suport a la decisió de l’Acadèmia Sueca.

Què va ser després d’ella? Ha tingut una dilatada carrera com astrofísica a la Gran Bretanya, treballant a diferents universitats i sent en els últims temps (2010) presidenta de l’Institut de físics britànics, però sense fer ja cap altra descobriment com el de la seva tesi doctoral. Aquell va ser el seu moment de glòria, encara que no li valgués el Nobel.

Fonts d’informació:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1974/press.html
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1974/speedread.html
http://science.howstuffworks.com/dictionary/famous-scientists/astronomers/antony-hewish-info.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Jocelyn_Bell_Burnell
http://en.wikipedia.org/wiki/Antony_Hewish

Audio de la xerrada.

Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles “Sopa d’estrelles· del 19 d’abril de 2012.

Aquesta entrada ha esta publicada en cosmologia, premis nobel. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari