دستاوردهای عظیم (۶۵): تپ‌اختر دوتایی، شاهدی مبنی بر وجود موج‌‌های جاذبه

اولین تپ‌اختر دوتایی ، PSR 1913+16 (که البته امروزه پیشنهاد می‌شود که نامش به PSR B1913+16 تغییر یابد) در ۲ جولای ۱۹۷۴ توسط Russell A. Hulse با رادیوتلسکوپ Arecibo در حین جست‌وجوی سیستمیک تپ‌اخترها(که پایه تز Ph.D او بود و زیر نظر Joseph H.Taylor کار می‌کرد) کشف شد. پروپوزال تحقیقاتی که در پشت همکاری‌های Hulse و Taylor وجود داشت، در سپتامبر ۱۹۷۲ توسط Joe Taylor در بنیاد ملی علوم ایالات متحده ثبت شد. همچنین آن‌ها را به بررسی گسترده‌تر تپ‌اخترها تشویق می‌کرد و بیان داشت که بسیار مطلوب خواهد بود.

هرچند کشف یک تپ‌اختر دوتایی در وهله اول هدف یک جست‌وجوی تپ‌اختر جدید توسط Hulse و taylor نبود. در هنگام ارائه پروپوزال Joe (سپتامبر ۱۹۷۲)، از زمان کشف اولین تپ‌اختر که در سال ۱۹۶۷ در دانشگاه کمبریج توسط Jocelyn Bell و Antony Hewish تا به آن زمان حدود ۶۷ مورد کشف شده بود. با این حال، Joe Taylor متوجه شد که فرصتی دارد تا یک بررسی سیستماتیک و با حساسیت بالا برای یافتن تپ‌اختر در فضای ۳ بعدی که در معیار پراکنش، دوره و عرض پالس گسترده شده‌است، انجام دهد. از ویژگی‌های این بررسی می‌توان به استفاده از بزرگترین رادیوتلسکوپ آن زمان و استفاده از یک جست‌وجوی رایانه‌ای مبتنی بر الگوریتم جبران‌پاشندگی(dispersion-compensating algorithm) اشاره کرد. ترکیب این دو ویژگی ذکر شده در آخر باعث شد که این حساسیت این جست‌وجو نسبت به سایرین بیشتر از ۱۰ برابر افزایش یابد. حساسیت بالا برای کشغ یک تپ‌اختر دوتایی امری ضروری بود. در واقع PSR B1913+16 d تپ‌اختر ضعیفی است که با حساسیت ۷.۲۵σ شناسایی شده‌است و نهایت حساسیت‌های سایر سرچ‌ها به ۷σ می‌رسد[ معمولا آستانه تشخیص را بالا در نظر می‌گیرند تا علیرغم فضای بزرگی که در آن جست‌وجو می‌شود، نسبت تشخیص‌های کاذب را پایین نگه دارند].  به عبارتی دیگرف احتمال کشف آن بسیار ضعیف بود و موفقیتشان در کار، مرهون تلاش قابل توجه Hulse و Taylor بر روی هر ذره احتمال در الگوی کامپیوتری جست‌وجوی تپ‌اختر بود. 

وقتی Russell Hulse در ۲ جولای ۱۹۷۴، PSR B1913+16 را کشف کرد بسیار هیجان‌زده شده بود زیرا با داشتن دوره زمانی ۵۹ msec سریعترین تپ‌اختر کشف‌شده تا آن زمان بود. ذات دوگانه PSR B1913+16 (که همین ویژگی آن را بسیار جالب ساخته‌بود) تنها دو ماه بعد از این واقعه کشف شد، وقتی که به دقت دوره پالس‌اش را بررسی و مطالعه کرد. در واقع اقدامات اولیه در راستای تعیین دقیق دوره پالس با پدید شدن نتایج مبهم دلسرد کننده می‌نمود: بعد از اینکه شیفت داپلر را به دلیل حرکت زمین دخالت دادند، دوره‌های پالسی که به طور روزانه مشاهده می‌شد، هر بار تا ۸۰ میکروثانیه با هم اختلاف داشتند که برای تپ‌اخترهای معمولی این رقم بسیار بزرگ بود. بعد از چند هفته بررسی موشکافانه( با استفاده از یک آنالیز کامپیوتری مخصوص ضد پراکنش) Russel Hulse به Joe Taylor که در دانشگاه ماساچوست بود، تماس گرفت تا اخبار شگفت‌انگیز را راجع به این تغییرات وسیع آشکار در دوره پالس را انتقال دهد. Joe Taylor با یک هواپیما خود را به او رساند و همراه خود یک سخت‌افزار مخصوص ضدپراکنش داشت تا مطالعات موثری را حول این تغییرات آشکار انجام دهند. پس از مدتی منحنی سرعت دقیقی از PSR B1913+16 را مشخص کردند. در عرض یک ماه آن‌ها آماده بودند تا کشف اولین تپ‌اختر به فرم دوتایی را گزارش کنند. 

کشف اولین تپ‌اختر دوتایی در سال ۱۹۷۴ فواید علمی زیادی را برای ما به همراه داشته‌است. واضح‌ترین آن‌ها این است که در واقع اولین شواهد آزمایشی هستند که در راستای اعتباربخشی به تئوری نسبیت انیشتین می‌باشد.

در اکتبر ۱۹۹۳ جایزه نوبل فیزیک به پاس کشف یک نوع تپ‌اختر جدید که پنجره‌های مطالعات زیادی را در حوزه جاذبه گشوده‌است، به این دو دانشمند تعلق گرفت.