24-jarige promovendus ontdekt vreemd signaal — en doet de grootste astronomische vondst ooit

Het was een minuscuul krabbeltje op een strook grafiekpapier, makkelijk te missen. Maar de 24-jarige promovendus die het in de zomer van 1967 opmerkte, wist onmiddellijk dat het er niet thuishoorde. Jocelyn Bell Burnell had elke nacht honderden meters aan gegevens met de hand geanalyseerd van een nieuwe radiotelescoop aan de Universiteit van Cambridge. Het instrument, een veld van houten palen en draden dat vier hectare besloeg, was ontworpen om het fonkelen van verre radiobronnen te bestuderen. Wat ze echter zag, was een reeks pulsen die uit hetzelfde deel van de hemel kwamen met een tikkende regelmaat die bijna mechanisch aandeed.

Haar begeleider, Antony Hewish, dacht dat het interferentie was van een nabijgelegen zender. Bell Burnell was niet overtuigd. Ze bleef de grafieken uitpluizen en vond het signaal opnieuw: een onwankelbare puls om de 1,337 seconden. Toen ze Hewish het bewijs liet zien, was de eerste reactie van het team ongeloof. Ze noemden de bron gekscherend “LGM-1”, voor Little Green Men. De naam was een grap, maar de data waren uiterst serieus.

Hoe een 24-jarige promovendus het signaal ontdekte dat leidde tot pulsars

Bell Burnell's ontdekking kwam niet voort uit één enkel eurekamoment. Ze had wekenlang gebogen gezeten over de uitdraaien van de Interplanetary Scintillation Array, een telescoop die ongeveer 30 meter papier per dag produceerde. De opstelling bestond uit meer dan 1.000 dipoolantennes verspreid over een veld en registreerde veranderingen in radiohelderheid van kosmische bronnen terwijl de zonnewind erdoorheen trok. De output van de telescoop was volledig analoog — er was geen digitale computer om afwijkingen te signaleren — dus het spotten van een signaal betekende dat je je oog moest trainen om te herkennen wat normaal was en wat niet.

Die zomer merkte Bell Burnell een zwakke markering op die niet bepaald willekeurig leek en ongeveer een halve centimeter papier in beslag nam. Het vergde herhaalde waarnemingen voordat ze zichzelf ervan kon overtuigen dat het echt was. De puls was te snel voor een ster, te stabiel voor een planeet en hij kwam vanaf een vast hemelcoördinaat. Toen Hewish en het team aardse interferentie en ronddraaiende satellieten uitsloten, leek de enige overblijvende verklaring — een kunstmatig baken van een buitenaardse beschaving — zowel fascinerend als absurd.

Binnen enkele weken vond Bell Burnell drie van dergelijke pulserende bronnen in andere delen van de hemel. De buitenaardse hypothese viel in duigen. Als meerdere beschavingen aan tegenovergestelde kanten van het melkwegstelsel allemaal met opmerkelijke consistentie op radiogolflengten zouden signaleren, zouden ze onder één hoedje moeten spelen. De meer aannemelijke verklaring, zo realiseerde het team zich, was dat ze op een geheel nieuw type astronomisch object waren gestuit.

De geboorte van een nieuwe klasse stellaire objecten

Natuurkundigen identificeerden de signalen al snel als afkomstig van neutronensterren — de ineengestorte kernen van zware sterren die hun buitenste lagen hebben weggeblazen bij supernova-explosies. Deze objecten, slechts 20 kilometer in doorsnee, bevatten meer massa dan de zon in een bol die zo dicht is dat een theelepel ervan miljarden tonnen zou wegen. Terwijl ze draaien, zwiepen magnetische velden die biljoenen malen sterker zijn dan die van de aarde geladen deeltjes in smalle bundels straling die door de kosmos scheren. Als een van die bundels naar de aarde wijst, zien we een puls — vergelijkbaar met het flitsen van een vuurtoren.

De ontdekking van pulsars bewees dat neutronensterren echt bestonden, en niet slechts theoretische curiosa waren. Het opende een nieuw vakgebied in de astrofysica dat zich richt op het gedrag van materie bij nucleaire dichtheden en onder onvoorstelbare zwaartekracht. In de decennia daarna zijn pulsars laboratoria geworden voor het bestuderen van de algemene relativiteitstheorie, stellaire evolutie en zelfs de structuur van de ruimtetijd. Sommige millisecondepulsars draaien honderden keren per seconde rond met een stabiliteit die wedijvert met atoomklokken, waardoor ze uitstekende instrumenten zijn voor het detecteren van zwaartekrachtgolven.

Een Nobelprijs-omissie die nog steeds naklinkt in de wetenschap

In 1974 werd de Nobelprijs voor Natuurkunde toegekend aan Hewish en zijn collega Martin Ryle voor hun werk aan radiotelescopen en de ontdekking van pulsars. Bell Burnell, de 24-jarige promovendus die het signaal als eerste had opgemerkt, stond niet op de lijst. Het besluit ontketende een debat over wetenschappelijke erkenning dat sindsdien niet is gaan liggen. Sir Fred Hoyle, de eminente astronoom, bekritiseerde het comité publiekelijk en betoogde dat de cruciale rol van Bell Burnell was genegeerd. Veel wetenschapshistorici zijn het erover eens dat hoewel Hewish het instrument ontwierp en de waarnemingscampagne leidde, het Bell Burnell was die de anomalie herkende en er hardnekkig achteraan ging.

De omissie werd een ijkpunt voor discussies over gender en erkenning in de wetenschap. Bell Burnell zelf heeft consequent elk onrecht gebagatelliseerd, waarbij ze opmerkte dat ze destijds student was en dat de Nobelprijs doorgaans naar senior figuren gaat. “Ik geloof dat het de Nobelprijzen zou devalueren als ze aan onderzoeksstudenten zouden worden uitgereikt, behalve in zeer uitzonderlijke gevallen,” vertelde ze jaren later aan de BBC. Toch onderstreept de episode hoe het werk van jonge onderzoekers — met name vrouwen — onzichtbaar kan worden gemaakt bij grote ontdekkingen.

De erfenis van het signaal dat een 24-jarige promovendus 60 jaar geleden opmerkte

Bijna zes decennia later blijft Bell Burnell's “stukje rommel” grensverleggende wetenschap stimuleren. Astronomen kennen inmiddels meer dan 3.000 pulsars, elk een stralend overblijfsel van een stellaire catastrofe. Onderzoekers gebruiken ze om het melkwegstelsel in kaart te brengen, kosmische afstanden te meten en theorieën over het ultieme lot van materie te testen. Het eerste indirecte bewijs voor zwaartekrachtgolven kwam in 1974 van een binair pulsarsysteem dat werd ontdekt door Russell Hulse en Joseph Taylor — een bevinding die haar eigen Nobelprijs verdiende en Einstein's algemene relativiteitstheorie in een nieuw regime bevestigde.

De carrière van Bell Burnell zelf bloeide op. Ze ging grote observatoria leiden, pleitte voor diversiteit in de natuurkunde en ontving in 2018 de Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics ter waarde van 3 miljoen dollar. Ze doneerde het volledige bedrag om beurzen te financieren voor vrouwen, etnische minderheden en vluchtelingen die natuurkunde studeren — een besluit dat op brede bewondering kon rekenen. Haar verhaal, van een student die naar krabbels staart tot een vereerd figuur in de astronomie, blijft een van de meest meeslepende verhalen in de moderne wetenschap.

Het signaal dat een 24-jarige promovendus in een krap laboratorium in Cambridge opmerkte, deed meer dan een nieuwe kosmische soort ontdekken. Het bewees dat het universum, zelfs in zijn meest extreme sterfgevallen, verbazingwekkende bakens kan voortbrengen die ons door de duisternis leiden.

Bronnen

• Nature (artikel uit 1968 waarin de ontdekking van pulsars werd aangekondigd)
• Archieven van de Universiteit van Cambridge over Jocelyn Bell Burnell
• Aankondiging Breakthrough Prize Foundation (2018)
• BBC-interviews met Bell Burnell