שמשות מתפוצצות – ג'וסלין בל קולטת אותות מחזוריים מהחלל החיצון

זה קרה בלילה אחד בשנת 1967. ג'וסלין בל, אז דוקטורנטית באוניברסיטת קימברידג', אנגליה, הפעילה את הרדיו-טלסקופ של האוניברסיטה. היא בחנה גופים שונים הפולטים קרינת רדיו, ואז גילתה, להפתעתה, שאחד מהם פולט דחפים מחזוריים של קרינה מדי 1.3 שניות. לרגע נדמה היה לה שיצורים תבונים מכוכב אחר משדרים מסר ראשון אל כדור-הארץ, אך בהמשך התברר לה שגילתה כוכב מסוג חדש, הקרוי פולסר.

פולסר הוא שארית משמש אדירה (גדולה בהרבה מהשמש "שלנו"), שהתפוצצה ו"איבדה את עצמה לדעת" בתהליך של סופרנובה. תופעה זו מתחוללת בשמשות שמיצו את כל תהליכי המיזוג הגרעיניים האפשריים, וליבתן כבר עשויה ברזל. בשלב זה מפרק חום הליבה את אטומי הברזל לניטרונים ולפרוטונים, והכוכב מתחיל להתכווץ במהירות ולקרוס אל תוך עצמו בהשפעת כבידתו העצמית. כתוצאה מכך מתפוצצת השמש, ומשליכה מעליה את רוב החומר שממנו היא עשויה.

באותו זמן ממשיכות ליבת השמש והשכבות הסמוכות אליה לקרוס ולהתכווץ. כאשר התהליך הזה מתחולל בשמש שמאסתה גדולה מזו של השמש "שלנו", אך אינה מגיעה לפי 10 ממנה, הוא נעצר בשלב שבו נותרים בליבה רק ניטרונים דחוסים. שמש קורסת כזאת מכונה "כוכב ניטרונים". מאסתו של כוכב ניטרונים היא כ- 1.4 ממאסת השמש שלנו, ואילו רדיוסו אינו עולה על עשרה קילומטרים. מכאן, שדחיסותו רבה כל-כך, עד שכפית אחת מן החומר המרכיב אותו שקולה למאסתם של כל הרי ירושלים. כבידתו חזקה כל כך, עד שמשקלו של אדם שיעמוד על פניו יהיה גדול פי מאה מיליארד ממשקלו על הארץ, והוא יימעך לחלוטין.

כוכבי הניטרונים מסתובבים על צירם במהירות רבה. משך הזמן הנדרש לכוכב כזה להשלמת סיבוב אחד סביב צירו נע בין אלפית השנייה לשניות אחדות, ויש גם כאלה שהשלמת סיבוב נמשכת אצלם אפילו דקות אחדות. כוכב ניטרונים שעל פניו מצוי אתר הפולט קרינת רדיו מתפקד כמעין אנטנת שידור או פנס מגדלור הסובב בחלל. מי שקולט ממרחק את שידוריו של כוכב הניטרונים, קולט, למעשה, מעין "איתות מחזורי" המופיע ונעלם בקצב מהיר ובדיוק רב (כמו האיתות שקלטה ג'וסלין בל ב- 1967). כוכבי הניטרונים האלה, המשדרים דחפים מחזוריים של קרינה, מכונים "פולסרים". התגלית הזאת, והבנתה, זיכו את פרופ' אנתוני היואיש
מאוניברסיטת קימברידג', אנגליה (שהנחה את ג'וסלין בל בעבודת הדוקטורט שלה), בפרס
נובל לפיסיקה בשנת 1974. ד"ר בל (שהיתה בת 24 בעת שביצעה את התצפית שהובילה לתגלית), לא זכתה לחלוק איתו את התהילה.

אבל הקשר בין פולסרים לדוקטורנטים נמשך. בשנת 1974, שבע שנים לאחר תגליתם של ג'וסלין בל ואנתוני היואיש, הפעיל הדוקטורנט ראסל האלס אנטנה של רדיו-טלסקופ, תוך שהוא משתמש במקלט ובמגבר שבנה במיוחד למטרה זו באוניברסיטה של מסצ'וסטס, באמהרסט. המתקן נבנה, למעשה, מחלקי מכונות משומשות וכן מכבלים ומרכיבים זולים שנקנו בחנות הכל-בו
הסמוכה לאוניברסיטה. באמצעות המתקן הזה גילה האלס פולסר מביך למדי, שקצב ה"איתות" שלו לא היה קבוע, ושהשינויים בקצב האיתות, בעצמם, התחוללו במחזור קבוע של האטה והאצה. מה גרם לשינויים המביכים בקצב האיתות של הפולסר, שנחשב לשעון המדויק ביותר ביקום?

האלס ומנחהו, ג'וזף טיילור, ביצעו ניתוחים מתמטיים של השינויים האלה, ובעקבותיהם הגיעו למסקנה שהפולסר אינו בודד במערכת, וכי הוא מצוי במערכת זוגית עם גוף מאסיווי נוסף שהוא, קרוב לוודאי, פולסר שקרן האיתות שלו אינה מכוונת ואינה מגיעה אל כדור-הארץ, ולכן
הרדיו-אסטרונומים אינם יכולים להבחין בו. ההימצאות במערכת עם בן זוג מאסיווי גורמת לכך שהפולסר מבצע שתי תנועות סיבוב בעת ובעונה אחת. הראשונה: תנועת הסיבוב סביב צירו, או סביב מרכז הכובד שלו. השנייה: הקפה מסביב למרכז הכובד המשותף של המערכת הדו-פולסרית
כולה. התנועה השנייה מתבטאת בכך שלעתים הפולסר מתרחק מכדור-הארץ (ואז המרווחים בין ה"איתותים" שלו גדלים, כלומר, ה"איתות" נעשה אטי יותר), ולעתים הוא מתקרב לכדור-הארץ, ואז המרווחים שבין ה"איתותים" שלו מצטמצמים, כלומר, ה"איתות" נעשה מהיר יותר – בדיוק כפי שגילה האלס.

תורת היחסות הכללית מנבאת, שמערכת שבה מצויים גופים מאסיוויים מסוג זה תפלוט גלי כבידה, ועקב כך תאבד אנרגיה ותאט את מהירותה. האלס וטיילור הצליחו, לראשונה בעולם, למדוד האטה כזאת, וכך השיגו הוכחה עקיפה לקיומם של גלי הכבידה, ואישרו פעם נוספת את ניבויי תורת היחסות הכללית. בעקבות זאת זכו התלמיד ומורהו בפרס נובל בפיסיקה לשנת 1994.