當我第一次看到這個信號時，我無法想象現(xiàn)在所研究的這一切。我很高興我注意到了那一點‘異?！?，并且堅信那是真實的。

——Jocelyn Bell Burnell

今天，基礎(chǔ)物理突破獎評選委員會宣布了基礎(chǔ)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(fā)現(xiàn)了脈沖星，以及在科學界中表現(xiàn)出的啟發(fā)人心的領(lǐng)導力。

○ Jocelyn Bell Burnel因在1967年發(fā)現(xiàn)了脈沖星而獲得了基礎(chǔ)物理學特別突破獎。| 圖片來源：Jocelyn Bell Burnell/Breakthrough Prizes

脈沖星是高度磁化、快速旋轉(zhuǎn)且極度致密的中子星。發(fā)現(xiàn)脈沖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(zhuǎn)變到現(xiàn)實。在許多后續(xù)的影響中，這一發(fā)現(xiàn)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(chuàng)始人之一Yuri Milner說：“Bell Burnell的好奇心、勤奮的觀測和嚴謹?shù)姆治?，揭示了宇宙中一些最為有趣和神秘的天體。”

基礎(chǔ)物理學特別突破獎可以在任何時候頒發(fā)，以表彰那些非凡的科學成就。這是第四次頒發(fā)特別突破獎，之前的獲獎者是霍金、帶領(lǐng)發(fā)現(xiàn)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。

脈沖星的發(fā)現(xiàn)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）新設計的一臺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(fā)出忽強忽弱的不規(guī)則的射電信號。長長的數(shù)據(jù)帶上，Bell Burnell在小于一英寸的區(qū)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(guī)律，她意識到這異樣的背后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(shù)據(jù)帶上小于一英尺的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了奇怪的“頸背”圖案。

這種脈沖信號精準的每隔1.337秒重復出現(xiàn)，而當時并沒有什么已知顯而易見的天文現(xiàn)象能產(chǎn)生這種規(guī)律的快速脈沖。

起初Bell Burnell想：我該不會是發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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恒星，1968年，Bell Burnell在《自然》期刊上發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。這種星體后來被稱為脈沖星（pulsar）。

○ 脈沖星就如同是自然界中的奇跡一般。它們的大小與舊金山相當，但質(zhì)量卻可與太陽相比。它們含有大量的中子，并且以極高的速度旋轉(zhuǎn)。| 圖片來源：NASA's Goddard Space Flight Center

當Hewish和Bell Burnell宣布這一發(fā)現(xiàn)時，美國天文學家Thomas Gold建議說，這些物體可能是快速自轉(zhuǎn)的中子星。Fritz Zwicky和Walter Baade曾在1934年，也就是發(fā)現(xiàn)中子的兩年后提出了這種星體的存在。這一預言遵循的原理是，在超新星爆炸之后的遺留物將被壓縮成一個具有恒星質(zhì)量并且?guī)缀跬耆芍凶訕?gòu)成的致密星體。

○ 中子星的層層結(jié)構(gòu)。大部分脈沖星都來自高速旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，其強烈的磁場產(chǎn)生的輻射束就像旋轉(zhuǎn)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沖星國際研討會議上作發(fā)表。但是，沒過多久，在同年晚一點的時間，一切都發(fā)生了變化：在蟹狀星云中發(fā)現(xiàn)了一個周期為33毫秒的脈沖星！

○ 蟹狀星云其實是一個超新星遺跡，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(fā)現(xiàn)脈沖星方面起到的決定性作用”。而在這一發(fā)現(xiàn)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(chǔ)物理學特別突破獎的評選委員會的主席，他說：“Jocelyn Bell Burnell對脈沖星的發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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，從而導致了后來的許多的進步?！?/p>

51年過去了，科學家從沒有停止對脈沖星的探索?，F(xiàn)在，已知的脈沖星超過了2000顆，它們是一個多樣化的群體。但共同點是它們都是非常致密且快速旋轉(zhuǎn)的中子星。隨著它們快速的旋轉(zhuǎn)，脈沖星會發(fā)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(guī)則，使脈沖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，如今正活躍的脈沖星只累積延后了約一秒的時間。

此外，脈沖星的研究為廣義相對論提供了最嚴苛的檢驗，并為引力波提供了第一次觀測證據(jù)。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并。這種合并是重元素（如黃金）的主要來源之一。

貫穿一生的領(lǐng)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(gòu)任教，并在多個科研項目中擔任領(lǐng)導角色，例如它曾是位于夏威夷的JCMT麥克斯韋望遠鏡的項目經(jīng)理。她曾是科學、教育和STEM（科學、技術(shù)、工程和數(shù)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?！?/p>

“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(lǐng)域中的學生?！?/p>