Ritratto di Jocelyn Bell Burnell con ricevitori radioastronomici e tracciato del segnale della prima pulsar
Nel 1967, una giovane dottoranda di Cambridge di nome Jocelyn Bell individuò nei tracciati del radiotelescopio un segnale pulsante di straordinaria regolarità, aprendo una finestra sull'esistenza delle stelle di neutroni rotanti. Il Premio Nobel del 1974 non la incluse tra i vincitori, scatenando un dibattito che dura ancora oggi sul riconoscimento scientifico delle donne. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO.
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Il radiotelescopio di Mullard e la caccia alle onde radio cosmiche
Nell'autunno del 1967, il campo di Mullard Radio Astronomy Observatory nei pressi di Cambridge era un labirinto di pali, fili e ricevitori che copriva una superficie di quattro acri e mezzo. La costruzione di quell'impianto era costata due anni di lavoro manuale estenuante, e gran parte di quel lavoro era stato svolto da una giovane dottoranda irlandese di ventiquattro anni, Jocelyn Bell, sotto la supervisione del suo relatore Antony Hewish. Il radiotelescopio era progettato per studiare la scintillazione interplanetaria, ovvero le fluttuazioni nel segnale delle radiosorgenti cosmiche causate dal vento solare, un fenomeno fisico sottile che richiedeva uno strumento dotato di grande sensibilità e di una risoluzione temporale capace di registrare variazioni rapide nell'intensità del segnale.
Bell aveva il compito, tra gli altri, di analizzare manualmente le lunghe strisce di carta su cui il registratore a penna trascriveva i dati raccolti dal telescopio. Ogni giorno si accumulavano circa trenta metri di tracciati, e l'occhio doveva scorrere su quei grafici con attenzione per riconoscere le firme caratteristiche delle sorgenti scintillanti. Era un lavoro paziente, quasi meditativo, ma Bell aveva sviluppato un'acutezza percettiva tale da cogliere anomalie che sfuggivano a chiunque altro. Il primo segnale strano comparve in una striscia di carta registrata il 6 agosto del 1967: un addensamento di impulsi ravvicinati, regolari, che occupava circa centoventi millimetri del nastro. Bell lo annotò come "qualcosa di strano", e nei mesi successivi si mise a cercare quella firma in tutti i dati precedentemente archiviati.
La natura di quell'emissione era difficile da classificare. Gli impulsi si ripetevano con una periodicità quasi esatta di circa un terzo di secondo, il che era incompatibile con qualunque sorgente astrofisica allora conosciuta. Le stelle variabili pulsano su scale temporali di ore o giorni; i quasar scintillano in modo irregolare. Nessun oggetto celeste noto poteva emettere impulsi radio tanto regolari e tanto brevi. La prima ipotesi, avanzata per scherzo ma poi presa sul serio abbastanza da meritare una sigla ufficiale, fu che si trattasse di un segnale artificiale: fu così che la sorgente venne battezzata LGM-1, Little Green Men, con un misto di ironia e genuina perplessità scientifica.
La natura fisica delle pulsar: stelle di neutroni in rotazione
Quando, nei primi mesi del 1968, il team di Cambridge annunciò sulla rivista Nature la scoperta di quello che definivano "una radiosorgente pulsante di rapida periodicità", il mondo scientifico reagì con una miscela di sorpresa e entusiasmo difficilmente eguagliata in tempi recenti. Hewish, Bell e i loro colleghi proponevano, con prudente cautela, che l'emissione potesse essere generata da una stella di neutroni in rapida rotazione. L'ipotesi non era nuova in senso stretto: sin dagli anni Trenta, fisici come Walter Baade e Fritz Zwicky avevano previsto l'esistenza di oggetti compatti formati quasi interamente da neutroni, residui del collasso gravitazionale di stelle massicce esplodenti come supernove. Ma nessuno aveva ancora trovato prove osservative dirette della loro esistenza.
La stella di neutroni è uno degli oggetti più estremi che la fisica conosca. La sua massa, paragonabile o superiore a quella del Sole, è compressa in una sfera del diametro di appena una decina di chilometri. La densità risultante è tale che un centimetro cubico di materia stellare neutronicapeserebbe circa un miliardo di tonnellate sulla Terra. A questa densità straordinaria, le leggi della fisica ordinaria cedono il passo alla meccanica quantistica relativistica: i neutroni, fermioni soggetti al principio di esclusione di Pauli, generano una pressione di degenerazione che contrasta il collasso gravitazionale e stabilizza l'oggetto. Il campo magnetico di una stella di neutroni può raggiungere intensità miliardi di volte superiori a quelle del campo magnetico terrestre, canalizzando l'emissione radio lungo due coni polari stretti e intensi.
La rotazione rapida dell'oggetto fa sì che questi fasci di emissione spazzino lo spazio come i raggi di un faro rotante, e ogni volta che uno di essi punta verso la Terra, il radiotelescopio registra un impulso. La regolarità del segnale è garantita dalla stabilità giroscopica della rotazione stellare, che rallenta nel tempo per irraggiamento ma su scale temporali di milioni di anni. Le pulsar più veloci, scoperte decenni dopo Bell, completano centinaia di giri al secondo e fungono da orologi cosmici di precisione straordinaria, la cui stabilità supera quella dei migliori orologi atomici costruiti dall'uomo.
Il Nobel mancato e il dibattito sulla paternità scientifica
Nel 1974 l'Accademia Reale Svedese assegnò il Premio Nobel per la Fisica ad Antony Hewish, per la scoperta delle pulsar, e a Martin Ryle, per le sue tecniche di apertura sintetica nella radioastronomia. Jocelyn Bell, che aveva costruito il radiotelescopio con le proprie mani, aveva analizzato i dati e aveva riconosciuto per prima il segnale anomalo, non fu inclusa. La motivazione ufficiale rimase nel vago della prassi accademica, ma l'esclusione sollevò immediatamente proteste da parte di figure autorevoli della comunità astronomica internazionale. Fred Hoyle, astrofisico britannico di fama mondiale, criticò apertamente la decisione definendo la scoperta opera di Bell e non del suo supervisore.
Il caso divenne rapidamente un simbolo, forse il simbolo più citato, del fenomeno noto come Effetto Matilda, un termine coniato dalla storica della scienza Margaret Rossiter per descrivere la sistematica attribuzione delle scoperte scientifiche compiute da donne ai loro colleghi o superiori maschili. In un'epoca in cui le università britanniche accettavano ancora le donne quasi controvoglia, e in cui la presenza femminile nei laboratori di fisica era un'eccezione gestita con ambivalenza istituzionale, Bell aveva non solo conseguito risultati straordinari ma aveva dovuto farlo in un ambiente che raramente riconosceva il suo contributo come pari a quello degli uomini.
Bell Burnell, che dopo il matrimonio aggiunse il cognome del marito al suo, non espresse mai pubblicamente rancore nei confronti di Hewish o del comitato Nobel. Dichiarò in più occasioni che le scoperte appartengono ai gruppi e non ai singoli, e che il suo dottorato e la carriera scientifica che ne seguì erano già una forma di riconoscimento sufficiente. Questa postura di dignità composta la rese, paradossalmente, ancora più emblematica agli occhi di chi si batteva per il riconoscimento delle donne nella scienza. Nel 2018 le fu assegnato il Premio Breakthrough in Fisica Fondamentale, del valore di tre milioni di dollari, che ella devolse interamente per finanziare borse di studio destinate a ricercatori appartenenti a minoranze sottorappresentate nelle scienze fisiche.
Un'eredità che ha ridisegnato l'astronomia moderna
Le pulsar scoperte da Bell Burnell non erano destinate a restare una curiosità isolata. Nel giro di pochi anni la comunità astronomica aveva catalogato decine di queste sorgenti, poi centinaia, poi migliaia. Ognuna di esse raccontava una storia diversa: alcune erano solitarie, altre orbitavano intorno a stelle compagne, e alcune di queste compagne si rivelarono a loro volta stelle di neutroni. Nel 1974, nello stesso anno del Nobel controverso, i radioastronomi Russell Hulse e Joseph Taylor scoprirono la prima pulsar binaria, ovvero un sistema in cui due stelle di neutroni orbitano l'una attorno all'altra. Osservando il decadimento dell'orbita nel corso degli anni, i due fisici ottennero la prima prova indiretta dell'emissione di onde gravitazionali, confermando una previsione fondamentale della Relatività Generale di Einstein. Per questa scoperta, nel 1993, Hulse e Taylor ricevettero il Nobel per la Fisica.
Le pulsar millisecondi, che ruotano centinaia di volte al secondo, sono diventate uno strumento di misura cosmologica di prima grandezza. Poiché la loro velocità di rotazione decresce con un ritmo prevedibilissimo, esse funzionano come orologi di riferimento cosmici, e le piccole deviazioni nel tempo di arrivo dei loro impulsi possono rivelare la presenza di pianeti in orbita, di compagne deboli o, potenzialmente, di onde gravitazionali di bassissima frequenza generate da fusioni di buchi neri supermassicci. Il Pulsar Timing Array, un progetto internazionale che sfrutta decine di pulsar millisecondi distribuite nella galassia come un gigantesco rivelatore di onde gravitazionali, ha pubblicato nel 2023 le prime evidenze di un fondo gravitazionale ondulatorio permeante l'universo. Tutto ciò ha le sue radici in quella striscia di carta anomala notata da una giovane studentessa nei tracciati di un telescopio fatto di pali e fili nei campi di Cambridge.
La storia di Jocelyn Bell Burnell è insieme una lezione di metodo scientifico e uno specchio delle contraddizioni di un mondo accademico che ancora fatica a riconoscere i contributi con la stessa misura per tutti. La sua scoperta ha aperto un capitolo intero della fisica moderna, e la sua risposta alla mancata consacrazione istituzionale ha dimostrato che la grandezza scientifica e la grandezza umana possono coesistere con silenziosa determinazione.
