《黑洞藍調》:發現第一顆脈衝星的她,名字卻不在諾貝爾獎名單上

《黑洞藍調》:發現第一顆脈衝星的她,名字卻不在諾貝爾獎名單上
蟹狀星雲脈衝星的X射線/可見光波段合成圖像|Photo Credit: Optical: NASA/HST/ASU/J. Hester et al. X-Ray: NASA/CXC/ASU/J. Hester et al.@Wikimedia Commons Public Domain

我們想讓你知道的是

儘管休伊什當初安排的是尋找類星體。讓人們比較難理解的是,獲獎名單中為什麼遺漏了約瑟琳.貝爾.伯奈爾的名字。我問她是否認為休伊什應該做點什麼,她的回答沒有一絲怨恨之意:「如果你得獎了,也不是由你來解釋為什麼你能夠獲獎。」她接著補充道,這個疏忽對她來說未必是壞事,她後來獲得了幾乎所有的獎勵、勛章、榮譽和盛讚。

文:珍娜.萊文(Janna Levin)

發現脈衝星

天文學家約瑟琳.貝爾.伯奈爾(Jocelyn Bell Burnell)對朗納.德瑞福的評價是:「他富有創造性,而且以此為榮。」為了學習物理學,約瑟琳從北愛爾蘭來到格拉斯哥大學,而且被隨意分派給德瑞福,做為她的大學專題指導教授。德瑞福經常把自己大腦裡的有趣想法,分享給指導的幾名學生,其中就包括催生休斯-德瑞福實驗的那些想法(不過,她當時並沒有意識到,德瑞福是在他位於鄉村的家裡後院完成這個實驗的)。但是,這些對學生們的考試成績沒有任何幫助。剛開始的時候,因為德瑞福不願意在學生們完成固態物理學作業時提供任何幫助,約瑟琳對他十分不滿。但是後來,德瑞福在基礎物理學上的深刻見解以及他的實驗天賦都讓她折服。

大學生時期得到德瑞福指導的約瑟琳畢業後取得了一些重要發現,並且反過來對他產生了影響。他給約瑟琳的評價是:「她在學生當中很明顯地出類拔萃……因此,我對她非常瞭解。」一九六○年代中期,約瑟琳前往英格蘭電波天文學的主要機構卓瑞爾河岸天文臺(Jodrell Bank)求職時,德瑞福還幫她寫了推薦信。但是,他轉述道:「卓瑞爾河岸天文臺不願意接受約瑟琳,因為她是女性。當然,他們的官方理由不是這個。約瑟琳非常失望。」為了凸顯其荒謬之處,他又補充了一句:「約瑟琳的第二選擇是去劍橋大學。你明白了吧?」他把這件事看成一個純屬偶然而又非常不錯的轉折。他笑著說道:「於是她去了劍橋大學,並且發現了脈衝星。你明白了吧?」

在她後來的職業生涯,約瑟琳.貝爾.伯奈爾轉而研究X射線天文學,參加了研製「羚羊」五號(Ariel 5)X射線天文衛星的英美合作小組。一九七四年十月十日清晨,「羚羊」號衛星成功發射,當天中午,脈衝星發現者被授予諾貝爾物理學獎的消息傳到了約瑟琳的耳裡。對她來說,這則消息有兩個特別意義。第一,諾貝爾委員會終於承認天文物理學是有資格獲得諾貝爾獎的物理學分支。一九二○年代,愛德溫.哈伯(Edwin Hubble)發起過一場運動,試圖改變天文物理學的學術地位,但是沒有成功。第二,她的名字沒有出現在獲獎名單上,這個獎項被頒給了安東尼.休伊什(Antony Hewish)和馬丁.賴爾(Martin Ryle)。

身為二十四歲的劍橋大學研究生,約瑟琳.貝爾.伯奈爾與她的導師安東尼.休伊什,一起致力於尋找類星體,即在地球上看像星星那麼小的明亮的電波源。在她於野外奔波安裝無線電天線的那個年代,類星體仍然被人們稱作似星體(quasi-stellar)電波源,而且這些電波源在人們眼中還是十分神祕的存在。無線電天線在發現類星體方面效果不錯,但在解答這些類星體的體積問題卻作用不大。此外,無線電天線還顯著地改變了天文物理學的發展進程。在大量圖表紙上記錄到的內容,除了被探測到的類星體外,還有許多頻率突變和異常現象。他們使用的圖表紙非常多,以英尺(編注:一英尺約0.3公尺)為單位來表示紙的數量。

約瑟琳.貝爾.伯奈爾一絲不苟地檢查了幾百(或者幾千)英尺長的圖表紙。大多數的異常都是人造光源或者某種形式的探測器干擾造成的。但是,有一個奇怪的訊號不斷出現。她最後認為,這些訊號肯定來自某種星體,而且她逐漸意識到她這個發現具有非常重要的意義。就像媒體經常報導的那樣,由於這個訊號很有規律性,圈內人為它的來源取了一個「LGM」的綽號,意指「小綠人」(little green men)發來的訊號。進一步的研究顯示,與這些聰明的「小綠人」文明所製造的時鐘相比,還有一些「時鐘」走得更加精準,它們就是後來發現的脈衝星。

脈衝星是高度磁化、高速旋轉的中子星。脈衝星的磁性強度超強,是地球磁場強度的數百萬至數兆倍,在極端情況下可達到數千兆倍。所有中子星的質量都不到太陽的兩倍,直徑不足三十公里,旋轉速度很快,每秒可以轉一圈至幾百圈。粒子經過磁場加速後,速度可以接近光速,輻射出強如燈塔光束的光。在這種由緻密核物質構成的近乎完美的球體高速旋轉時,這些光束也向周圍發射。眾所周知,一茶匙的中子星質量與地球上一座山的質量大致相仿。中子星表面的引力非常強,人在那裡會被液化,融入星體裡的緻密物質。因為重力效應非常強,中子星表面不會出現不平整的現象。一旦有山脈隆起,就會被引力拉平。在一顆典型的中子星表面,不平整的程度非常小,十公分的隆起就可被視為山峰。不過,具體情況取決於細節尚不得而知的中子星地殼。

中子星的旋轉有很強的規律性,因此會在數據流中產生固定週期的訊號。當中子星的光束以一定的時間間隔從地球表面掠過時,效果等同於時鐘極其精準的計時,在某些情況下,它的精準程度甚至超過最精確的原子鐘。當然,當約瑟琳.貝爾.伯奈爾於一九六七年發現第一顆脈衝星的時候,她可以做出兩個確定的推斷:第一,這一系列的脈衝訊號呈現出很強的規律性,每次間隔一秒多;第二,它們來自宇宙深處。

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Photo Credit: Astronomical Institute, Academy of Sciences of the Czech @Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0
2009年的約瑟琳・貝爾・伯奈爾

當數據中第二次出現這樣的訊號時,「那真是美好的一刻。」她回憶道。因為她知道,這種奇怪現象正顯示出一項重大發現的特徵,「一旦發現一個有規律的訊號,就會接二連三地發現更多有規律的訊號。」她找到了人類有史以來發現的前四個脈衝星。


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本文章內容由「永慶房屋」提供,經關鍵評論網媒體集團廣編企劃編審。


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