Năm 1967, trong khi giúp phân tích dữ liệu từ một kính viễn vọng mới, sinh viên Cambridge Jocelyn Bell đã quan sát thấy một chút vụng trộm nghẹt thở - bằng chứng đầu tiên của một pulsar. Khám phá đã thay đổi quan điểm của chúng ta về vũ trụ.
bởi George Hobbs, CSIRO; Tinh ranh Manchester, CSIROvà Simon Johnston, CSIRO
Một pulsar là một ngôi sao nhỏ, quay tròn - một quả cầu neutron khổng lồ, bị bỏ lại sau khi một ngôi sao bình thường đã chết trong một vụ nổ dữ dội.
Với đường kính chỉ 30 km (18,6 dặm), ngôi sao quay lên đến hàng trăm lần trong một giây, trong khi ing ra một chùm sóng radio (và bức xạ đôi khi khác, chẳng hạn như X-quang). Khi chùm tia hướng vào hướng của chúng ta và vào kính viễn vọng, chúng ta thấy một xung.
Năm 2017 đánh dấu 50 năm kể từ khi pulsar được phát hiện. Vào thời điểm đó, chúng tôi đã tìm thấy hơn 2.600 pulsar (chủ yếu ở Dải Ngân hà) và sử dụng chúng để săn sóng hấp dẫn tần số thấp, để xác định cấu trúc của thiên hà của chúng tôi và kiểm tra lý thuyết tương đối tổng quát.
Cuối cùng, chúng tôi đã tìm thấy sóng hấp dẫn từ một cặp sao neutron đang sụp đổ
Kính viễn vọng vô tuyến CSIRO Parkes đã phát hiện ra khoảng một nửa số pulsar đã biết. Hình ảnh qua Wayne England.
Khám phá
Vào giữa năm 1967, khi hàng ngàn người đang tận hưởng mùa hè của tình yêu, một sinh viên tiến sĩ trẻ tại Đại học Cambridge ở Anh đã giúp xây dựng một chiếc kính thiên văn.
Đó là một vấn đề cực và dây - điều mà các nhà thiên văn học gọi là một mảng lưỡng cực. Nó bao phủ một chút ít hơn hai ha, diện tích của 57 sân tennis.
Đến tháng 7 nó đã được xây dựng. Học sinh, Jocelyn Bell (nay là Dame Jocelyn Bell Burnell), chịu trách nhiệm điều hành nó và phân tích dữ liệu mà nó đưa ra. Dữ liệu được đưa ra dưới dạng các bản ghi biểu đồ trên giấy, hơn 30 mét (98 feet) mỗi ngày. Bell đã phân tích chúng bằng mắt.
Jocelyn Bell Burnell, người đã phát hiện ra pulsar đầu tiên.
Những gì cô ấy tìm thấy - một chút về chà xát trên hồ sơ biểu đồ - đã đi vào lịch sử.
Giống như hầu hết các khám phá, nó đã diễn ra theo thời gian. Nhưng đã có một bước ngoặt. Vào ngày 28 tháng 11 năm 1967, Bell và người giám sát của cô, Antony Hewish, đã có thể ghi lại một bản ghi âm nhanh chóng của Cameron - nghĩa là một chi tiết - một trong những tín hiệu lạ.
Trong lần này, cô có thể nhìn thấy lần đầu tiên rằng Scr Scruff thực sự là một chuỗi các xung cách nhau một giây rưỡi. Bell và Hewish đã phát hiện ra các pulsar.
Nhưng điều này ngay lập tức rõ ràng với họ. Theo quan sát của Bell, họ đã làm việc trong hai tháng để loại bỏ những lời giải thích trần tục cho các tín hiệu.
Bell cũng tìm thấy ba nguồn xung khác, giúp đưa ra một số lời giải thích kỳ lạ hơn, chẳng hạn như ý tưởng rằng các tín hiệu đến từ những người đàn ông nhỏ bé màu xanh lá cây trong các nền văn minh ngoài trái đất. Bài viết khám phá xuất hiện trong Tự nhiên vào ngày 24/2/1968.
Sau đó, Bell đã bỏ lỡ khi Hewish và đồng nghiệp Sir Martin Ryle được trao giải thưởng Nobel Vật lý năm 1974.
Một pulsar trên ’quả dứa
Kính viễn vọng vô tuyến CSIRO ở Parkes ở Úc đã quan sát lần đầu tiên về một pulsar vào năm 1968, sau đó trở nên nổi tiếng bằng cách xuất hiện (cùng với kính viễn vọng Parkes) trên tờ 50 đô la Úc đầu tiên.
Ghi chú 50 đô la Úc đầu tiên có kính viễn vọng Parkes và một pulsar.
Năm mươi năm sau, Parkes đã tìm thấy hơn một nửa số pulsar đã biết. Kính viễn vọng Molonglo của Đại học Sydney cũng đóng vai trò trung tâm và cả hai vẫn tích cực trong việc tìm kiếm và định thời gian cho các xung ngày nay.
Trên bình diện quốc tế, một trong những thiết bị mới thú vị nhất trên hiện trường là Kính thiên văn hình cầu khẩu độ năm trăm mét của Trung Quốc, hay NHANH CHÓNG. FAST gần đây đã tìm thấy một số pulsar mới, được xác nhận bởi kính viễn vọng Parkes và một nhóm các nhà thiên văn học CSIRO làm việc với các đồng nghiệp Trung Quốc của họ.
Tại sao phải tìm kiếm pulsar?
Chúng tôi muốn hiểu các pulsar là gì, chúng hoạt động như thế nào và chúng phù hợp với dân số sao nói chung như thế nào. Các trường hợp cực đoan của pulsar - những trường hợp siêu nhanh, siêu chậm hoặc cực lớn - giúp hạn chế các mô hình có thể có về cách thức hoạt động của pulsar, cho chúng ta biết thêm về cấu trúc của vật chất với mật độ cực cao. Để tìm ra những trường hợp cực đoan này, chúng ta cần tìm rất nhiều pulsar.
Pulsar thường quay quanh các ngôi sao đồng hành trong các hệ nhị phân và bản chất của những người bạn đồng hành này giúp chúng ta hiểu được lịch sử hình thành của các pulsar. Chúng tôi đã đạt được những tiến bộ tốt với những gì mà những người Hồi giáo và cách thức của những người xung quanh nhưng vẫn còn những câu hỏi chưa được trả lời.
Cũng như hiểu bản thân các xung, chúng tôi cũng sử dụng chúng như một chiếc đồng hồ. Ví dụ, thời gian xung đang được theo đuổi như một cách để phát hiện tiếng ầm ầm của sóng hấp dẫn tần số thấp trong toàn vũ trụ.
Pulsar cũng đã được sử dụng để đo cấu trúc của thiên hà của chúng ta, bằng cách xem xét cách tín hiệu của chúng bị thay đổi khi chúng đi qua các vùng vật chất dày đặc hơn trong không gian.
Pulsar cũng là một trong những công cụ tốt nhất chúng ta có để kiểm tra thuyết tương đối rộng của Einstein.
Người giải thích: Thuyết Einstein Einstein về thuyết tương đối rộng
Giả thuyết này đã tồn tại 100 năm trong các thử nghiệm tinh vi nhất mà các nhà thiên văn học đã có thể ném vào nó. Nhưng nó không chơi tốt với lý thuyết thành công nhất của chúng ta về cách thức vũ trụ hoạt động, cơ học lượng tử, do đó nó phải có một lỗ hổng nhỏ ở đâu đó. Pulsars giúp chúng ta thử và hiểu vấn đề này.
Điều khiến các nhà thiên văn học xung quanh thức dậy vào ban đêm (theo nghĩa đen!) Là hy vọng tìm thấy một pulsar trên quỹ đạo xung quanh một lỗ đen. Đây là hệ thống cực đoan nhất mà chúng ta có thể tưởng tượng để kiểm tra tính tương đối tổng quát.
Cuối cùng, pulsar có một số ứng dụng thực tế hơn.Chúng tôi sử dụng chúng như một công cụ giảng dạy trong chương trình PULSE @ Parkes của chúng tôi, trong đó sinh viên điều khiển kính viễn vọng Parkes qua Internet và sử dụng nó để quan sát các xung. Chương trình này đã đạt hơn 1.700 sinh viên, tại Úc, Nhật Bản, Trung Quốc, Hà Lan, Vương quốc Anh và Nam Phi.
Pulsars cũng hứa hẹn là một hệ thống dẫn đường cho hướng dẫn thủ công du hành xuyên không gian sâu. Năm 2016, Trung Quốc đã phóng một vệ tinh, XPNAV-1, mang theo một hệ thống định vị sử dụng tín hiệu tia X định kỳ từ các xung nhất định.
George Hobbs, trưởng nhóm của dự án Parkes Pulsar Timing Array, CSIRO; Dick Manchester, Uỷ viên CSIRO, Khoa học thiên văn và vũ trụ CSIRO, CSIROvà Simon Johnston, nhà khoa học nghiên cứu cao cấp, CSIRO
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.