被諾貝爾獎忽視的她 剛剛拿下了300萬美元大獎

　　2018年09月06日 23:40 新浪科技綜合

　　來源： 原理

　　當我第一次看到這個信號時，我無法想象現在所研究的這一切。我很高興我注意到了那一點『異常』，並且堅相那是真實的。——Jocelyn Bell Burnell

　　今天，基礎物理突破獎評選委員會宣布了基礎物理學特別突破獎得主為英國天體物理學家Jocelyn Bell Burnel（喬瑟琳·貝爾·伯奈爾），以表彰她發現了脈衝星，以及在科學界中表現出的啟發人心的領導力。

　　

　　○  Jocelyn Bell Burnel因在1967年發現了脈衝星而獲得了基礎物理學特別突破獎。 | 圖片來源：Jocelyn Bell Burnell/Breakthrough Prizes

　　脈衝星是高度磁化、快速旋轉且極度緻密的中子星。發現脈衝星是天文學歷史上最大的驚喜之一，它以一種最戲劇性的方式將中子星從科幻小說轉變到現實。在許多後續的影響中，這一發現為愛因斯坦的廣義相對論提供了強有力的檢驗，以及對宇宙重元素的起源提供了新見解。

　　突破獎的創始人之一Yuri Milner說：「Bell Burnell的好奇心、勤奮的觀測和嚴謹的分析，揭示了宇宙中一些最為有趣和神秘的天體。」

　　基礎物理學特別突破獎可以在任何時候頒發，以表彰那些非凡的科學成就。這是第四次頒發特別突破獎，之前的獲獎者是霍金、帶領發現希格斯玻色子的的七位CERN科學家以及探測到引力波的整個LIGO團隊。

　　脈衝星的發現和研究

　　在1967年前的那個夏天，Bell Burnell作為劍橋大學的一位博士生，正在使用她導師Anthony Hewish（安東尼·休伊什）新設計的一台射電望遠鏡來尋找類星體（quasar）。那時天文學家對類星體的了解是，它們是非常遙遠的星體，會發出忽強忽弱的不規則的射電信號。長長的數據帶上，Bell Burnell在小於一英寸的區域察覺到了她稱之為「頸背（scruff）」的奇怪圖案，這個信號強勁且規律，她意識到這異樣的背後可能蘊藏著一個新奇的事件。

　　

　　○  1967年，利用在劍橋大學的81.5兆赫的望遠鏡，Bell Burnell在數據帶上小於一英尺的區域發現了奇怪的「頸背」圖案。

　　這種脈衝信號精準的每隔1.337秒重複出現，而當時並沒有什麼已知顯而易見的天文現象能產生這種規律的快速脈衝。

　　起初Bell Burnell想：我該不會是發現外星文明了吧！所以一開始，他們玩笑地將這個信號取名為LGM-1，它是Little Green Man這三個單詞的首字母縮寫，意思是「小綠人」。

　　但外星信號這一想法很快就被擊破了，因為他們接二連三的發現這種信號，每個都有自己不同的周期。因此，這些奇異的信號必須有一個自然的解釋。它必須是來自一種新的恆星，1968年，Bell Burnell在《自然》期刊上發表了這一發現。這種星體後來被稱為脈衝星（pulsar）。

　　

　　○  脈衝星就如同是自然界中的奇迹一般。它們的大小與舊金山相當，但質量卻可與太陽相比。它們含有大量的中子，並且以極高的速度旋轉。| 圖片來源：NASA『s Goddard Space Flight Center

　　當Hewish和Bell Burnell宣布這一發現時，美國天文學家Thomas Gold建議說，這些物體可能是快速自轉的中子星。 Fritz Zwicky和 Walter Baade曾在1934年，也就是發現中子的兩年後提出了這種星體的存在。這一預言遵循的原理是，在超新星爆炸之後的遺留物將被壓縮成一個具有恆星質量並且幾乎完全由中子構成的緻密星體。

　　

　　○  中子星的層層結構。大部分脈衝星都來自高速旋轉的中子星。| 圖片來源：NASA』s Goddard Space Flight Center

　　Gold認為這種中子星會快速旋轉，其強烈的磁場產生的輻射束就像旋轉的燈塔一樣。最初他的這一理論被科學界忽視，甚至被禁止在第一屆脈衝星國際研討會議上作發表。但是，沒過多久，在同年晚一點的時間，一切都發生了變化：在蟹狀星雲中發現了一個周期為33毫秒的脈衝星！

　　

　　○  蟹狀星雲其實是一個超新星遺迹，那顆超新星曾在1054年被觀測到。| 圖片來源：ESO

　　然而，到了1974年，她的導師Hewish以及Martin Ryle（馬丁·賴爾）榮獲了諾貝爾物理學獎，以表彰他們「在發現脈衝星方面起到的決定性作用」。而在這一發現中扮演著主要角色的Bell Burnell卻沒有獲得該有的認可。

　　Edward Witten（愛德華·威滕）是這次基礎物理學特別突破獎的評選委員會的主席，他說：「Jocelyn Bell Burnell對脈衝星的發現將永遠是天文學史上最大的驚喜之一。在那之前，沒人真正知道如果中子星確實存在的話，該如何才能觀測到它們。猛然間，我們發現自然界為我們提供了一種極其精妙的方式來觀測這些天體，從而導致了後來的許多的進步。」

　　51年過去了，科學家從沒有停止對脈衝星的探索。現在，已知的脈衝星超過了2000顆，它們是一個多樣化的群體。但共同點是它們都是非常緻密且快速旋轉的中子星。隨著它們快速的旋轉，脈衝星會發出一束束的射電波、可見光、X射線或伽瑪射線。這種信號是如此規則，使脈衝星可以成為自然界中異常精確的時鐘——能精確到千萬億分之一。這意味著自恐龍時代以來，如今正活躍的脈衝星只累積延後了約一秒的時間。

　　此外，脈衝星的研究為廣義相對論提供了最嚴苛的檢驗，並為引力波提供了第一次觀測證據。最近的那些最激動人心的天文事件中，包括了LIGO在引力波中觀測到的兩顆中子星的合併。這種合併是重元素（如黃金）的主要來源之一。

　

　貫穿一生的領導力

　　在過去的半個世紀里，Bell Burnell從未停止過對天文學的貢獻，她曾在多個研究機構任教，並在多個科研項目中擔任領導角色，例如它曾是位於夏威夷的JCMT麥克斯韋望遠鏡的項目經理。她曾是科學、教育和STEM（科學、技術、工程和數學）課程的冠軍，曾任英國皇家天文學會的主席，也是英國物理學會（IOP）和愛丁堡皇家學會的首位女性主席。目前，Bell Burnell正擔任牛津大學天體物理學的客座教授。她在1999和2007年被分別授予CBE（英帝國二等勛位爵士）和DBE（高級英帝國女勛爵士），以表彰她對天文學的貢獻。

　　在得知自己獲獎后，Bell Burnell表示，這個獎項完全讓她措手不及：」當我被告知這個消息時，我簡直不知如何應答，對我來說這是件很不尋常的事。這是我做夢也想不到能得到的東西，這真的是一個太奇妙的驚喜。「

　　「總的來說，我的計劃是用這筆錢來資助一些做研究型的學生，尤其是那些被忽視的物理領域中的學生。」

　　參考來源：

　　[1] https：//www.nature.com/nature/journal/v217/n5130/pdf/217709a0.pdf

　　[2] https：//breakthroughprize.org/News/45

　　[3] https：//www.space.com/41733-jocelyn-bell-burnell-pulsar-discovery-breakthrough-prize.html

　　關鍵詞 : 脈衝星中子星星體