دور جوسلين بيل بيرنيل في الكشف عن الفلزات وفيزياء الفلك

من فضول هادئة إلى الاكتشاف الكوني

كما أن هناك بعض الانجازات العلمية التي تمخض عنها حرق، وهي تجسد فهمنا للكون بشكل مثير مثل اكتشاف اللصوص، حيث أن نتائج البحث العلمي التي أجريت على السيدة جوسيلين بيل بيرنل، وهي عالمة فلكية إيرلندية شمالية، حيث كشفت ملاحظات دقيقة في عام ١٩٦٧، عن هذه النجوم الجديدة السريعة الارتداد، ولم يضيف عملها مجرد موضوع جديد إلى الكارثة الفلكية.

وتستكشف هذه المادة كامل دائرة حياتها المهنية - من مظهرها المبكر مع النجوم، من خلال الكشف المتكرر عن " الرجال الأخضر المبتذلين " ، إلى الأثر العميق للجروف على الفيزياء الفلكية، وسنبحث لماذا فاز مشرفها بجائزة نوبل بينما غفوت، وكيف تحولت تلك الجائزة إلى قوة قوية للتغيير، ولماذا تمتد إرثها بعيدا عن النقاط المائلة.

الحياة المبكرة والطريق إلى الفيزياء الفلكية

الطفولة في أيرلندا الشمالية

وقد ولد جوسيلين بيل بيرنيل في 15 تموز/يوليه 1943 في لورغان، مقاطعة أرماغ، أيرلندا الشمالية، وكان والدها مهندسا معماريا ساعد على تصميم مدرسة أرماغ بلانيتاريوم، وشجعت أسرتها على فضولها الطبيعي، وأشارت مرة إلى أن الدراسة التي أجريت على كوكب الأرض كانت فتاة شابة وأن دراستها في مرحلة مبكرة لم تُجرِ على الفور امتحانات الفيلق.

وقد ثبت أن هذا العقبة المبكرة شكلية، وقد بعث في بيل بيرنول شعورا بأن النظام التعليمي يمكن أن يكون تعسفيا وأن استمرار ودعم المرشدين أمر أساسي، ثم وصفت التجربة بأنها تعلمها " عدم قبول الرفض الأول " .

جامعة غلاسغو

وقد حصل بيل بيرنيل على درجة علمية من البكالوريوس في الفيزياء من جامعة غلاسغو في عام ١٩٦٥، وكانت إدارة علم الفلك في غلاسغو صغيرة ولكنها صارمة، وعملت على مشروع يشمل المقراب اللاسلكية، واتضحت من الأساليب المستخدمة لكشف الإشارات الفارغة من الفضاء، وقد درست الدراسة الاستقصائية التي أجريت على مستوى الدراسات العليا خصائص دشات الهواء الأشعة الكونية، وهي موضوع سيثبت تعرضها المبكر للإشارة.

كما قامت بعمل صيفي في مرصد علم الفلك في ملارد في كامبريدج، الذي علق اهتمامها بعلم الفلك الإذاعي، وبعد التخرج، تقدمت بطلب إلى كامبريدج لإجراء دراسات الدكتوراه تحت إشراف معهد أنتوني هيويش، الذي كان يبني مجموعة كبيرة من الهوائيات الإذاعية لدراسة الأرصفة باستخدام تقنية تسمى الترميم بين الكواكب.

Cambridge and the Interplanetary Scintillation Array

وعندما وصل بيل بيرنيل إلى كامبريدج في عام ١٩٦٥، كانت صفيفة هيويش الجديدة على وشك الانتهاء، وهي تتألف من ٠٤٨ ٢ من الهوائيات التي تنتشر على أربعة فدان، وهي مصممة لكشف التوابل السريعة )النسيج( للمصادر اللاسلكية المترابطة، حيث انبثقت إشاراتها من الرياح الشمسية، وشغلت المقراب على تردد يبلغ ٨١,٥ ميغاهرتز، كما سجلت كميات ضخمة من الورقي بيللي.

كان هذا عملاً شاقاً في كثير من الأحيان، كانت تفحص من خلال أميال من ورق الخرائط تبحث عن توقيعات مميزة للمصادر المُتملِّقة، وكان عملاً يتطلب صبراً استثنائياً، والاهتمام بالتفاصيل، وقدرة على التعرف على أنماط غير دقيقة قد يُرفضها الآخرون كتدخل أو ضوضاء.

"كشف النبضات"

" رجال أخضر صغار "

وفي آب/أغسطس ١٩٦٧، لاحظت بيل بيرنيل " نقطة من الاختناق " الفضولية في تسجيلاتها - وهي إشارة مكررة لا تبدو وكأنها أي مصدر سماوي معروف، وقد ظهرت النبضات على فترات منتظمة تقارب ١,٣٧ ثانية، وهي أكثر دقة مما ينبغي أن يسببه التدخل العشوائي، ولفتت انتباه الهيوش إلى الهالة وبدأت في التحقيق بصورة أوثق.

وقد نظر الفريق في البداية في إمكانية أن تكون الإشارة من صنع الإنسان من قمر صناعي أو تركيب رادار بعيد أو جهاز إرسال أرضي، واستبعدوا التدخل المحلي من خلال اختبار جهاز الاستقبال في أوقات مختلفة من اليوم والتحقق من نوبات دوبلر التي قد تشير إلى مصدر محدد للأرض، ولم يتطابق أي منها، وكانت النبضات ثابتة وشبه ساعة، وجاءت من موقع ثابت في السماء، في الاتحاد الفولاذي.

وقد أشار السيد بيل بيرنول، وزميله جون بيلنغتون، بسخرية إلى المصدر بوصفه " LGM-1 " (Little Green Men 1) لأن انتظام النبضات كان يذكّر بشكل حرج من منارة خارجية، وقد اعتبروا جدياً إمكانية الحصول على مصدر اصطناعي قبل أن يستنتجوا أن المصدر يجب أن يكون طبيعياً، وبحلول كانون الأول/ديسمبر 1967، كان بيل بيرنيل قد حدد ثلاثة مصادر إضافية.

ما هو بولسارز؟

وقد ظهر منشور الاكتشاف المعنون " حفظ مصدر راديو سريع البول " في مجلة Nature في شباط/فبراير 1968، وكان هوييش هو المؤلف الرئيسي، وكان بيل بيرنيل الثاني، ووصفت الورقة النبضات الإذاعية الدورية واقترحت أن تكون منفجرات سريعة التناوب تتألف من نجمة جديدة شديدة الحساسية.

وقد تم التنبؤ بنجوم نيوترون نظرياً في الثلاثينات من قبل فريتز زويكي ووالتر بيد، ولكن حتى عام 1967 لم يجد أحد وسيلة لمراقبتها مباشرة، فالنجمة النيوتروناتية شديدة لدرجة أن كمية من موادها ستزن مليارات الأطنان، وسرعتها في التناوب (في هذه الحالة، مرة كل 1.337 ثانية) وطولها المغنطيسي يولد شعاعات من الموجات المشعة التي تخترق السماء.

وأظهرت الملاحظات اللاحقة أن فترات النبض في العديد من الجرو تباطأ تدريجياً مع فقدان نجم نيوترون للطاقة التناوبية، وهذا التباطؤ، إلى جانب الاستقرار الشديد، يجعل من البلورا أدوات قوية لدراسة الفيزياء الأساسية، بما في ذلك سلوك المادة تحت ضغط هائل وطبيعة وقت الفضاء نفسه.

الرد والاعتراف

الأثر المباشر

وقد كهرب إعلان اللصوص المجتمع الفلكي، وفي غضون أشهر، أكدت المرصدات الأخرى الكشف، وبدأ البحث عن المزيد من اللصوص جديا، وبحلول نهاية عام 1968، تم العثور على أكثر من عشرات، بما في ذلك واحد في مركز النبلاء العرب - وهو ثاقب نجم فضاء صيني في الفترة 1054 من القرن.

كما قدمت الفلزات أول دليل غير مباشر على وجود موجات جهنمية قبل عقود من الكشف المباشر لشركة ليغو، وفي عام ١٩٧٤ اكتشف راسل هولسي وجوزيف تايلور نظاما ثنائيا للملابس )وهو نظام يدور حول نجم نيوترون آخر( واستخدم التحلل التدريجي لفترة المدار لتأكيد التنبؤ بانبعاثات موجة الصلبة من طراز Einstein في عام ١٩٩٣.

"مناقشة جائزة نوبل"

وعندما منح جائزة نوبل في الفيزياء في عام ١٩٧٤ لاكتشاف اللوزات، لم تتجه إلا إلى أنطوني هيويش والسير مارتن رايل )الأخير في عمله الرائد في توليف المشهد(.

وقد عالج بيل بيرنيل نفسه الوضع بنعمة، وقالت علناً إنها لم تكن مريرة بشأن إغفال نوبل، وأشارت إلى أن الهدف من الجائزة هو القيادة العامة لبرنامج البحوث وأنها كانت طالبة في ذلك الوقت، غير أنها أقرت أيضاً بأن الحلقة تبرز نمطاً متكرراً في العلم: فقد ساعد الاتجاه إلى إغفال مساهمات الباحثين في مجال الرعاية المبكرة، والنساء، وغيرهم ممن لا يُستخدمون في برنامج " بيل تسوي " .

واعترافاً بمساهماتها العلمية، حصلت بيل بيرنول على العديد من الشرفات الأخرى، وعُينت قائدة الأمر الصادر عن الإمبراطورية البريطانية في عام 1999 وقائدة ديم في عام 2007، كما مُنحت منحاً دراسية عن الميدالية الذهبية للمجتمع الفلكي، وميدالية هيوز التابعة للمجتمع الملكي، وجائزة الإفطار التي أنشئت حديثاً في إطار الفيزياء الأساسية التي تبرعت بها.

الأثر على الفيزياء الفلكية

نوترون ستارز وفيزياء متطرفة

اكتشاف اللوزات حول فهمنا لنجوم النيترون قبل عام 1967 كانت النجوم النيوترونية مجرد بنات نظرية، غالبا ما تعتبر غريبة ولكن غير قابلة للملاحظة، فالأقزام لا توفر الدليل على وجودها فحسب بل أيضا وسيلة لقياس كتلها، وميادينها الشعاعية، والمجالات المغناطيسية، والهيكل الداخلي.

وقد أظهرت ملاحظات البلوزاتر منذ ذلك الحين أن النجوم النيوترونات يمكن أن تكون لها كتلتين شمسيتين، مثبتة في مساحة لا تتجاوز 20 كيلومتراً، وأن الكثافة داخل نجمة نيوترون تتجاوز الكثافة التي تصيب النواة الذرية، مما يخلق ظروفاً لا يمكن تكرارها في أي مختبر أرضي، ويسمح دراسة اللصوصية للفيزيائيين باختبار نماذج المواد النووية، والثوبات الخارقة،

كما كشفت النبضات عن وجود حالات غريبة من الأمور، مثل البلازما الرباعية - الغلوونية، رغم أن الأدلة المباشرة لا تزال غير مفيدة، وقد استخدم التوقيت الدقيق للطيور لقياس كتلة الهيئات الكوكبية، بما في ذلك الكشف الأول عن الكواكب الخارجية (حول البلس الثاني من الألفية PSR B1257+12) في عام 1992.

اختبار النسبية العامة

فالنبضات هي مختبرات طبيعية لاختبار نظرية إنشتاين للقابلية العامة للذوبان، وقد سمح البلقار الثنائي الذي اكتشفه هولس وتايلور للعلماء بقياس التحلل المداري الناجم عن انبعاث الموجات الجاذبية بدقة أكبر من 1 في المائة - مما وفر أول تأكيد مباشر للإشعاع الجاذبي، وكانت هذه النتيجة سليفة حاسمة لاكتشافات الشركة.

اليوم، تستخدم صفائف التوقيت البنفسجية - الشباك اللولزرية الثانية المطلية بانتظام من قبل المقراب اللاسلكية حول العالم لكشف موجات الجذب من عمليات الاندماج السود الخارقة، وهذه الصفوف تعامل كل جرو من هذه الطائرات كساعة كونية دقيقة؛ ويغير مرور موجة الجاذبية قليلاً فترات الاكتشاف للأنباء في العالم، مما يسمح للغرباء برسم خرائط

النبضات كأدوات الملاحة

ونظرا لأن البوليسات تبعث على هذه الإشارات الدورية المستقرة، يمكن استخدامها كمنابر الملاحة الطبيعية، وقد تم استكشاف مفهوم " الملاحة البحرية " لأغراض توجيه المركبات الفضائية: فبمقياس فترات وصول النبضات من أحجار متعددة معروفة، يمكن للمركبات الفضائية أن تحدد موقعها في الفضاء بدقة عالية.

المهنة والدعوة إلى ما بعد الكشف

القيادة الأكاديمية والبحثية

وبعد أن أكملت الدكتوراه في عام 1969، عمل بيل بيرنيل في جامعة ساوثامبتون، كلية جامعة لندن، والمرصد الملكي في إدنبره، وعملت لاحقاً أستاذاً في الجامعة المفتوحة وكعميدة للعلوم هناك، كما كانت رئيسة الجمعية الفلكية الملكية في الفترة من عام 2002 إلى عام 2004 وعملت كنائبة في كلية ترينيتي دوبلين.

وواصلت طوال حياتها المهنية دراسة اللوزات وتفجيرات أشعة غاما وغيرها من الظواهر الفلكية العالية الطاقة، وكتبت أكثر من 200 ورقة علمية وحررت عدة كتب، وشملت اهتماماتها البحثية هيكل الغلاف المغنطيسية البنفسجية، وتطور السكان البلقار، واستخدام اللصوص لفحص الوسط المحيطي.

تعزيز التنوع في النظام الأساسي للتعليم

وقد أصبح بيل بيرنيل من أبرز المدافعين عن المساواة بين الجنسين والتنوع في العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، وقد تحدثت بصراحة عن التحديات التي واجهتها كامرأة في مجال يهيمن عليه الذكور، بما في ذلك كونها الفتاة الوحيدة في صفها الفيزياء في الجامعة، والتي تتجاهل جائزة نوبل.

وفي عام 2018، منحت جائزة " بيفر " الخاصة في مجال الفيزياء الأساسية، التي تبلغ قيمتها 3 ملايين دولار، وخترت التبرع بكامل المبلغ لمعهد الفيزياء لإنشاء صندوق منحة بيل برنيل العليا، وهو يقدم الدعم المالي للطلبة من خلفيات ممثلة تمثيلا ناقصا، بمن فيهم النساء والأقليات الإثنية واللاجئون والتلاميذ من الظروف الاجتماعية والاقتصادية المحرومة، لمتابعة الدراسات العليا في الفيزياء.

كما كانت ناقدة صوتية ل " خط الأنابيب " الذي يدفع النساء والأقليات إلى الخروج من العلوم الأكاديمية، بحجة أن التغييرات المؤسسية - مثل تحسين دعم رعاية الأطفال، وساعات العمل المرنة، وممارسات التوظيف غير المتحيزة - ضرورية للإبقاء على المواهب المتنوعة.

التأثير على الحياة والمواصلة

إلهام الجيل القادم

وقصة جوسيلين بيل بيرنيل هي أحد أكثر الأمثلة التي وردت في المناقشات المتعلقة بالارتداد العلمي، والمثابرة، وعدم الاعتراف بالباحثين المبتدئين، واستعدادها لتبادل خبراتها - سواء من انتصارات أو من الإحباطات - جعلها نموذجا لدور الأجيال من العلماء، ولا سيما النساء وأولئك الذين يشعرون بأنهم من الخارج في البيئات الأكاديمية.

وقد حصلت على شهادات فخرية من عشرات الجامعات في جميع أنحاء العالم، وفي عام 2021، قامت جامعة غلاسكو بتعيين مبنى جديد بعدها: مبنى جوسلين بيل بيرنيل، الذي يسكن مدرسة الفيزياء والفلك، بل إن تلسكوب جيمس ويب الفضائي له سمة اسمها في شرفها: " بيل برنيل " هو اسم قشرة على كوكب القزم الكويكب.

Pulsars in the Modern Era

والميدان الذي أطلقه بيل بيرنيل أكثر نشاطا من أي وقت مضى، ويعرف الآن آلاف اللوزارات، وتكتشف هذه القاذورات بصورة منتظمة من خلال دراسات استقصائية مثل المسح المتعدد الحزم في باركس، ومرصد أريسيبو (قبل انهياره)، والمرصد المركزي (العرض الكندي لرسم الخرائط في مكبرات الكم) (تتلسكوب الوميضات في جنوب أفريقيا، وهو جهاز لمسح الكيكارات).

وستتمكن وكالة الفضاء السويدية، التي يتوقع أن تبدأ عملياتها بالكامل في أواخر عام 2020، من اكتشاف اللوزات في جميع أنحاء طريق التبانة وحتى في المجرات القريبة، وستؤدي إلى تحسين حساسية صفائف توقيت البلقار بشكل كبير، ويمكنها اكتشاف خلفية الموجات الجاذبية من دمج الثقوب السوداء الهائلة في العقد القادم، وقد وضعت أسس هذا المستقبل في ورقة الرسم البياني التي قام بها بيل بيرنيل منذ أكثر من خمسين عاما.

الاستنتاج: استمرارية تصريف أعمال الاكتشاف

إن اكتشاف جوسيلين بيل بيرنيل لم يكن حادثا عشوائيا؛ بل كان نتيجة ملاحظة دقيقة، وفضول عميق، ورفض فصل الهالة عن مجرد " فساد " . وقد حول عملها المضاربة النظرية عن نجوم نيوترون إلى أشياء ملموسة وقابلة للقياس، وما زال يدفع التقدم الأساسي في الفيزياء وعلم الفلك.

ولكن إرثها يتجاوز الأثر العلمي، إذ إن التعامل علنا مع إغفال نوبل بكرامة، ثم استخدام جوائزها اللاحقة لتمكين الآخرين، أصبحت رمزاً لطريقة تحويل النكسات الشخصية إلى تغيير منهجي، وتذكرنا حياتها بأن أشد المساهمات في العلم تأتي في كثير من الأحيان من أشخاص يرغبون في طرح الأسئلة والاستماع إلى البيانات والتحدي في الوضع الراهن، وأن القيمة الكاملة للاكتشاف لا تتحقق فقط في ظل المعرفة التي تولدها.

" لقد شعرت في كثير من الأحيان بأن أهم إسهام لي ليس اكتشاف اللوزات نفسها، ولكن الطريقة التي استخدم بها هذا الاكتشاف لتدريب وحفز الجيل القادم من العلماء " .

وبالنسبة لأي شخص يسعى إلى فهم كيف يمكن أن تعيد إشارة فريدة تشكيل ميدان كامل وكيف يمكن للعالم أن يستغل هذه اللحظة لبناء قصة مجتمع علمي أكثر إنصافاً - قصة جوسلين بيل بيرنيل لا تزال مثالاً غير منصف.