הכוכב המוזר והמדענית שקופחה

"ההתרגשות נבעה מכך שזה היה משהו חדש לגמרי ולחלוטין לא צפוי. סוג חדש לגמרי של גרם שמימי, מתנהג באופן שאסטרונומים מעולם לא חזו. לא חלמו עליו", אמרה ג'וסלין בל-ברנל (Bell-Burnell) לתכנית מיוחדת של רשת BBC. הקביעה הזו לא הייתה מופרכת. הגילוי של תלמידת הדוקטורט הבריטית הצעירה פתח צוהר חדש לגמרי לעולמות לא מוכרים, והעניק לפיזיקאים כלים חדשניים לחקר היקום.

אנשים ירוקים קטנים

ג'וסלין בל נולדה ב-1943 בצפון אירלנד. אביה היה ארכיטקט חובב ספר, ומבין הספרים הרבים בבית משכו את בתו כמה ספרי אסטרונומיה שהביא כשהיה שותף בתכנון מצפה כוכבים מקומי. "קריאת הספרים האלה גרמה לי להבין כמה אסטרונומיה היא תחום מעניין ומרגש", סיפרה בתכנית של BBC. כשלמדה בבית הספר היסודי נאבקו הוריה, לצד הוריהן של תלמידות נוספות, לשינוי תכנית הלימודים של הבנות כדי שיוכלו ללמוד גם הן מדעים, כמו הבנים, ולא להסתפק בלימודים "מעשיים" יותר כמו רקמה.

בתיכון נשלחה בל לאנגליה, לפנימייה של הזרם הדתי שלה, הקווייקרים, שם נתקלה במורה לפיזיקה שהותיר בה חותם עמוק. מר טילט (Tillet) היה איש מבוגר, שחזר מפרישה כדי ללמד אותנו, סיפרה בראיון לעיתונאית קייט וות'רול. הוא הסביר לי שבפיזיקה, בניגוד למקצועות אחרים, אין צורך לשנן עובדות על גבי עובדות. אתה רק לומד כמה עקרונות יסוד, ואם אתה מבין אותם היטב אתה יכול לבנות ולפתח דברים על הבסיס הזה. הוא למעשה הראה לי עד כמה פיזיקה היא מקצוע קל.

מהתיכון הגיעה בל ללימודי פיזיקה באוניברסיטת גלזגו, שם נתקלה ביחס שונה מאוד. היא הייתה האשה היחידה במחזור שלה, ונאלצה ללמוד להתמודד עם היחס המזלזל והמתנשא של עמיתיה לספסל הלימודים. המאמץ היה שווה. ב-1965 סיימה את לימודיה בגלזגו והתקבלה לדוקטורט באוניברסיטת קיימברידג', בהנחיית אנתוני יואיש (Hewish). בקיימברידג' התחילו להפעיל בתקופה ההיא את אחד הרדיו-טלסקופים המתקדמים בעולם – מערך אנטנות שהשתרע של שטח של כ-18 דונם, שטחם של 57 מגרשי טניס.

כמו טלסקופ אופטי, גם טלסקופ רדיו קולט קרינה אלקטרו-מגנטית מהחלל. אבל בשונה ממנו, הוא אינו קולט קרינה בתדרים של אור נראה, אלא גלי רדיו, שהם ארוכים הרבה יותר וגם בעלי טווח גדול יותר. טלסקופים כאלה מזהים גרמי שמיים הפולטים גלי רדיו, בהם סוגים שונים של כוכבים. משימתה של בל הייתה להתמקד בכוכבים כאלה שהתגלו זמן קצר קודם לכן, וקיבלו את השם קווזארים (Quasars, קיצור של Quasi Stellar object, "עצם דמוי כוכב"). היא חקרה את השינויים בקרינת הקווזארים הנובעים ממעבר הגלים דרך החלקיקים של רוח השמש, ממש כמו שבתצפית אופטית חלק מהכוכבים נראים לנו מנצנצים או מהבהבים בגלל עיוותים בהגעת אורם אלינו.

ב-28 בנובמבר 1967 בילתה בל עוד לילה קר בחדר הבקרה של הטלסקופ הגדול, סורקת אזורים שונים בשמיים ובוחנת את תדפיסי הגרפים של אותות הרדיו. לפתע היא הבחינה בתופעה מוזרה: מקור שפלט אות רדיו זהה בקצב קבוע, כך שאותו סימן הופיע כל 1.337 שניות, בדיוק של שעון. המקור לקרינה כזו יכול להיות הפרעה מעשה ידי אדם – למשל משדר רדיו של מטוס חולף שאותותיו נקלטים בטלסקופ – אבל העובדה שההפרעה נמשכה בלי כל שינוי הפחיתה מאוד את האפשרות הזו. בל עקבה אחר האות כל הלילה, ונוכחה שהוא נע לרוחב השמיים עם תנועת שאר הכוכבים, מה שאומר שמקורו מחוץ למערכת השמש. עובדה זו העלתה את האפשרות שמדובר באות רדיו של חוצנים. בל לא חשבה שזה סביר, אבל מתוך שעשוע כינתה את מקור הגלים LGM, קיצור של Little Green Men – אנשים ירוקים קטנים.

מחלוקת על חייזרים ודיון על קרדיט. יואיש ובל-ברנל באתר טלסקופ הרדיו בקיימברידג' | צילום: Science Photo Library

כוכב פועם

יואיש וראש המחלקה, האסטרופיזיקאי הנודע מרטין רייל (Ryle), חששו לפרסם את הממצאים, ובעיקר פחדו מהתגובה הציבורית לאפשרות של גילוי חיים חוצניים. בל, שמודרה במידת מה מהפגישות, המשיכה בעבודתה בניסיון לשלול את האפשרות שהאות מגיע מחייזרים.

אחת הדרכים לבדוק אם קרינה מגיעה ממקור חוצני מבוססת על ההנחה שחוצנים ישהו על כוכב לכת, ולא על הכוכב (שמש) עצמו. כוכב לכת מקיף את השמש שלו, ולכן ייראה לנו כמתקרב אלינו ומתרחק מאיתנו לסירוגין. בגלי רדיו אפשר למדוד תופעה כזו באמצעות אפקט דופלר, אבל מדידותיה של בל לא מצאו שינויים כאלה.

באחד הלילות, כשניתחה פלט של תצפית קודמת, הבחינה שוב בדפוס חוזר על עצמו, הפעם מאזור אחר בשמיים. "בשתיים או שלוש לפנות בוקר כיוונתי את הטלסקופ לאזור הזה, ושמעתי את הצפצופים החוזרים על עצמם, מאותו משפחה", סיפרה בראיון ל-BBC. "זה היה נפלא כי זה הפריך את השערת האנשים הירוקים הקטנים. אין כמעט סיכוי ששתי קבוצות של אנשים כאלה, בשני קצוות של היקום, מחליטים לאותת לאותו כוכב לכת שולי באותה טכנולוגיה פשוטה ופחות או יותר באותו תדר".

אם לא מדובר בחוצנים המשדרים לנו אותות, מה מקור גלי הרדיו האלה? "זה היה צריך להיות סוג חדש של כוכב. משהו שלא ראינו לפני כן", אמרה בל. במאמר ראשון על הגילוי בתחילת 1968 הציעו בל, יואיש ועמיתיהם כי מקור הגלים המוזרים הוא בכוכבים המסתובבים במהירות, והעלו את הסברה כי אפשר שמדובר בכוכבי ניטרונים – כוכבים זעירים ודחוסים מאוד הנוצרים בעקבות פיצוץ כוכב, סופרנובה, וקריסתם המהירה של שרידי הפיצוץ לתוך ליבה צפופה. אף על פי שבל היא שביצעה את הגילוי ומילאה תפקיד מרכזי בהסקת המסקנות, יואיש היה בראש רשימת המחברים של המאמר החשוב.

מחקרים נוספים איששו את הסברה הזו. סוג הכוכב שגילתה בל קיבל את השם פולסאר (Pulsar, קיצור של Pulsating Star "כוכב פועם"). כוכבי ניטרונים מסוימים פולטים קרינה מהקטבים שלהם בגלל מהירות הסיבוב העצומה. לעיתים אלה גלי רדיו, אך פולסארים מסוימים פולטים קרינה חזקה יותר. אם הכוכב נוטה על צדו, כך שהקטבים אינם מצביעים ישר "למעלה" ו"למטה", צופה שנמצא במקום מתאים יוכל לראות, או ליתר דיוק לקלוט, את אלומת הקרינה עוברת מולו במחזוריות קבועה, התלויה בגודל הכוכב, במהירות הסיבוב ובציר הסיבוב שלו.

המנחה היה המחבר הראשון. כותרת המאמר על הגילוי שפורסם ב-Nature בפברואר 1968 | מקור: מאמר המחקר

תפקיד מכריע

ב-1969 קיבלה בל תואר דוקטור לאסטרופיזיקה. הפולסארים הוזכרו רק בנספח לעבודה שהגישה. באותה שנה נישאה לבן זוגה, מרטין ברנל, עובד מדינה שהוצב בכל פעם במקום אחר. היא נדדה בעקבותיו ברחבי בריטניה, מסתפקת בדרך כלל במשרות חלקיות שנמצאו לה באוניברסיטאות שונות. רוב עבודתה בהמשך לא התמקדה ברדיו-טלסקופיה אלא דווקא בתצפיות בתחום קרני גמא וקרני רנטגן.

ב-1974 החליטה ועדת פרס נובל להעניק את הפרס בפיזיקה למרטין רייל ולאנתוני יואיש. רייל זכה בכבוד על תרומתו לתחום הרדיו-טלסקופיה, ופיתוחיו בתחום. ליואיש הוענק הפרס "על תפקידו המכריע בגילוי הפולסארים". בל-ברנל לא הוזכרה כלל, אף שהיא הייתה שותפה פעילה בתכנון הטלסקופ ובבנייתו, היא זו שגילתה בפועל את פליטת גלי הרדיו והיא שמילאה תפקיד מרכזי בניתוח הנתונים. יתרה מכך, היא זו ששכנעה את יואיש שצריך לפרסם אותם, אף שהוא התנגד לכך תחילה והיה משוכנע שמדובר בהפרעת רדיו מעשה ידי אדם שהם לא זיהו את מקורה.

אחד המוחים נגד ההחלטה שלא להעניק את הפרס לברנל היה הפיזיקאי הנודע פרד הויל (Hoyle) שהאשים את יואיש כי נטל לעצמו קרדיט על העבודה של תלמידתו. דווקא בל-ברנל פחות התרגשה מהעניין, ואף הצדיקה את החלטת הוועדה. "המנחה הוא זה שנושא בסופו של דבר באחריות להצלחה או כישלון של מחקר", אמרה בהרצאה שנשאה ב-1979. "[...] נראה לי אך הוגן שהוא יקטוף את פירות ההצלחה. [...] אני חושבת שהענקת פרס נובל לתלמידי מחקר תפחית מערכו, חוץ מבמקרים מיוחדים מאוד, ואני לא חושבת שהמקרה שלי הוא כזה". יש לציין עם זאת, שכמה וכמה חתני פרס נובל קיבלו את הפרס על עבודה שעשו במהלך הדוקטורט שלהם, במקרים רבים הם חלקו את הפרס עם המנחה.

הקריירה המדעית, הגילוי, הקיפוח והחיים שאחרי. סרטון של ניו יורק טיימס על ג'וסלין בל-ברנל (באנגלית):

מפת הכוכבים

עם השנים התגלו עוד סוגים רבים של פולסארים והתבררה חשיבותם העצומה בהבנת היקום. מדענים גילו סוגים שונים של כוכבים כאלה, שלא פולטים רק גלי רדיו אלא גם קרני רנטגן ואף קרני גמא. התגלו פולסארים שזמן הסיבוב שלהם מהיר עוד יותר, והאות שהם פולטים חוזר על עצמו כל כמה אלפיות שנייה. התגלו פולסארים במערכת זוגית, עם כוכב נוסף, ואף כאלה שסופחים חומר מהכוכב השכן ומאיצים את מהירותם עוד יותר.

חקר פעילותם של הפולסארים, בעיקר במערכות זוגיות, סייע לאתר מקורות אפשריים לגלים כבידתיים, ואכן רק בעת האחרונה זיהו מדענים גלים כבידתיים שנוצרו מהתמזגות של שני כוכבי ניטרונים. השימוש במקור קרינה בעל תדירות ידועה וקבועה מאפשר לחקור טוב יותר את התווך הבין-כוכבי ואת הרכב היקום באמצעות מדידת השפעתם של גורמים שונים על הקרינה המגיעה מהפולסארים אלינו. הדיוק הרב בתדירות הפולסארים מאפשר להשתמש בהם לתכנון שעונים בעלי דיוק רב מזה של שעונים אטומיים.

יתרון נוסף של הפולסארים הוא שהם בולטים מאוד ברחבי היקום. חלליות "פיוניר" וחלליות "וויאג'ר" ששוגרו בתחילת שנות ה-70 לחקור את מערכת השמש נשאו לוחית מתכת ובה מפה המיועדת לחוצנים שאולי יימצאו אותה. במפה הוסבר המיקום של מערכת השמש שלנו על סמך מיקומם בשמיים של 14 פולסארים בולטים, עם ציון התדירות של כל אחד. למעשה, אין צורך להמתין לחוצנים כדי להשתמש בפולסארים לניווט. תחת זאת, יש תכניות להשתמש בפולסארים לניווט חללית בחלל, ולאיפוס השעונים של לווייני מערכות ניווט (GPS), שהזמן שלהם בחלל נע מהר יותר מאשר על כדור הארץ.

הקביעה של בל כי הפולסאר היה משהו שאסטרונומים לא חלמו עליו קיבלה משנה תוקף ככל שהתברר עד כמה הכוכבים המיוחדים האלה מסייעים לנו לפתוח אופקים חדשים להבנת היקום. נותר רק להצטער שהמדענית פורצת הדרך החתומה על הגילוי החשוב הזה לא זכתה להערכה ולהוקרה הראויה.

כמו מגדלור בשמיים - צפוו בסרטון קצר של נאס"א על פולסארים (באנגלית):