Jocelyn Bell Burnell e i 'piccoli uomini verdi': come una dottoranda scoprì le pulsar nel 1967 (e il Nobel andò al suo capo)

Tra il luglio del 1965 e l'estate del 1967, in un campo a Lord's Bridge, a circa cinque miglia da Cambridge, una giovane studentessa di dottorato passa la maggior parte delle sue giornate a piantare pali nel fango. Si chiama Susan Jocelyn Bell, ha 22 anni, viene dalla cittadina di Lurgan, in Irlanda del Nord, ed è arrivata al Cavendish Laboratory per un PhD in radioastronomia sotto la supervisione del professor Antony Hewish. Il suo lavoro è costruire — con martello, filo metallico e tanta pazienza — un nuovo radiotelescopio: un'antenna a dipoli incrociati distribuita su 4,5 acri (circa 1,8 ettari), pensata per studiare la scintillazione interplanetaria dei quasar.

Quando il telescopio entra in funzione, nel luglio del 1967, Bell ha un altro compito: analizzare a mano tutta la sua produzione. La macchina sputa fuori, ogni quattro giorni, 120 metri di carta da registratore con tre canali di dati. Bell li esamina centimetro per centimetro, alla ricerca di sorgenti puntiformi.

La 'scarabocchiatura' che cambiò tutto

Ad agosto, su un nastro registrato il 6 agosto 1967, Bell nota qualcosa di insolito: una piccola macchia di un quarto di pollice di carta che lei stessa, parlandone in interviste successive (raccolte dall'Università di Cambridge), descrive come "a bit of scruff" — una scarabocchiatura. È un rumore non riconducibile né a un quasar né a un'interferenza terrestre, e la cosa strana è che ritorna nello stesso punto del cielo, sempre alla stessa ascensione retta.

Per tre mesi Bell continua a raccogliere dati. Il 28 novembre 1967, dopo aver registrato il segnale con una velocità di registrazione molto più alta, emerge la sorprendente verità: la sorgente pulsa con un periodo precisissimo di 1,337 secondi. Ogni 1,337 secondi un impulso radio identico. È una regolarità innaturale, da orologio. Per gli astronomi del 1967, nessuna stella conosciuta produce qualcosa di simile.

LGM-1: Little Green Men

Bell mostra la registrazione a Hewish, che inizialmente è scettico: pensa a un'interferenza, magari un radioamatore. La presunta sorgente viene battezzata, semi-seriamente, LGM-1, dall'inglese Little Green Men ("piccoli uomini verdi"). L'ipotesi extraterrestre è una possibilità tecnicamente da scartare: un segnale così regolare, isolato e ripetitivo potrebbe in linea teorica essere un faro inviato da una civiltà aliena. Bell racconta in seguito di avere passato Natale del 1967 sperando in cuor suo che non fosse un segnale alieno: "non vedevo l'ora di finire il mio dottorato, e i piccoli uomini verdi mi avrebbero rovinato la tesi".

L'ipotesi cade poche settimane dopo. Bell trova un secondo segnale dello stesso tipo, in una parte completamente diversa del cielo: CP 1919 + 21 e poi un altro. È improbabile che due civiltà aliene indipendenti emettano segnali quasi identici. La spiegazione doveva essere astrofisica.

Le stelle di neutroni esistono davvero

Il paper di scoperta, intitolato "Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source", fu inviato a Nature il 9 febbraio 1968 e pubblicato il 24 febbraio dello stesso anno (Hewish, Bell, Pilkington, Scott, Collins, Nature 217, 709). Autore principale: Hewish. Bell era seconda.

La spiegazione teorica arrivò poche settimane dopo, in particolare grazie ai lavori di Thomas Gold e Franco Pacini: i segnali erano emessi da stelle di neutroni rotanti, oggetti compatti previsti teoricamente da Walter Baade e Fritz Zwicky già nel 1934 ma mai osservati. Una stella di neutroni è il residuo del collasso del nucleo di una stella massiccia esplosa in supernova: ha una massa di 1,4-2 volte quella del Sole compressa in una sfera di soli 20 km di diametro, e ruota velocissima a causa della conservazione del momento angolare. Possiede un fortissimo campo magnetico (10¹² gauss), e dai poli emette due fasci collimati di radiazione radio. Se uno di questi fasci ci spazza durante la rotazione, lo vediamo come una serie di impulsi periodici — il "faro cosmico".

Il Nobel mancato del 1974

Nel 1974 l'Accademia Reale Svedese delle Scienze attribuì il Premio Nobel per la Fisica per "le ricerche pionieristiche in radioastronomia". I premiati furono due: Antony Hewish, per la scoperta delle pulsar, e Martin Ryle, per le tecniche aperture-synthesis. Jocelyn Bell, che aveva trovato il segnale e per tre mesi era stata l'unica a continuare a inseguirlo, fu esclusa. Era la prima volta nella storia dei Nobel che un premio in fisica veniva assegnato a un astronomo, e la prima volta che la scopritrice materiale di un fenomeno veniva omessa.

La comunità scientifica reagì in maniera divisa. L'astronomo Fred Hoyle protestò pubblicamente. Bell, da parte sua, ha sempre rifiutato di assumere posizioni risentite. Lo stesso anno dichiarò: "penso che umiliare gli studenti di dottorato sia degradante, ma per quel che mi riguarda io ho fatto la mia parte, e va bene così".

Tre milioni di dollari, donati interamente

Cinquant'anni dopo, nel settembre 2018, la Breakthrough Prize Foundation conferì a Bell il Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics, dotato di 3 milioni di dollari. Bell decise di destinare l'intera somma — quanto un Nobel — alla creazione di borse di dottorato in fisica per donne, minoranze etniche e rifugiati provenienti da Paesi sottosviluppati. La fondazione è ora gestita dall'Institute of Physics nel Regno Unito.

Le sue carriere successive l'hanno portata a essere la prima donna presidente dell'Institute of Physics (2008-2010), poi della Royal Society of Edinburgh (2014-2018). Dal 2007 è Dama Comandante dell'Ordine dell'Impero Britannico (DBE). Dal 2018 è Visiting Academic dell'Oxford University.

La sua scoperta del 1967 ha aperto un campo intero della fisica. Oggi si conoscono oltre 3.300 pulsar, alcune così precise da essere usate come orologi cosmici per testare la relatività generale. Da una di esse, nel 1974, furono dedotti i primi indizi indiretti delle onde gravitazionali; da un'altra, nel 1992, vennero scoperti i primi esopianeti. Tutto cominciato con una giovane donna che, in un campo del Cambridgeshire, controllava metro dopo metro il proprio nastro di carta.