TAYLOR, Joseph Hooton, Jr

TAYLOR, Joseph Hooton, Jr.

Astrofisico statunitense, nato a Filadelfia il 29 marzo 1941. Ha conseguito il dottorato in astronomia ad Harvard (1968), dove ha svolto una breve attività di reader, trasferendosi poi presso l'università del Massachusetts in Amherst, dove ha ricoperto dapprima il ruolo di assistant professor di astronomia (1969-72), poi quello di associate professor (1973-77), e infine quello di full professor (1978-81). Dal 1980 è professore di Fisica presso l'università di Princeton. Nel 1993 gli è stato conferito, congiuntamente al fisico R.A. Hulse, suo collega a Princeton, il premio Nobel per la fisica per aver scoperto nel 1974 la prima pulsar binaria (PSR 1913+16), aprendo così la strada a nuove possibilità nello studio dei fenomeni gravitazionali. Ha inoltre ricevuto numerosi altri riconoscimenti scientifici internazionali, tra cui il Wolf Prize in Fisica (1992) e la laurea honoris causa dall'università di Chicago (1985).

La scoperta della prima pulsar binaria avvenne durante il lavoro di ricerca per il Ph.D. di Hulse, eseguito sotto la guida di T. presso il radiotelescopio di Arecibo (Puerto Rico), e rivolto a una ricerca sistematica di nuove pulsar. Durante la loro ricerca, che aveva già portato all'individuazione di decine di nuove pulsar, T. e Hulse s'imbatterono in una strana pulsar i cui impulsi venivano emessi a intervalli non costanti (in ogni caso oltre i limiti dei possibili errori sperimentali), ma crescenti e decrescenti con regolarità nell'arco di 8 ore. I due fisici conclusero che l'unica spiegazione possibile era quella di una pulsar che si allontanasse e avvicinasse periodicamente alla Terra. Questo comportamento era possibile solo supponendo l'esistenza di un'altra stella intorno alla quale la pulsar ruotasse. In effetti, dall'analisi degli impulsi emessi i due astronomi riuscirono a identificare un sistema stellare binario, costituito da una pulsar e da un'altra stella di neutroni, all'incirca di pari massa (1,4 volte quella del Sole) e pari dimensioni (raggio di poche decine di km), ruotanti una intorno all'altra a una distanza di poche volte superiore a quella esistente tra la Terra e la Luna.

La motivazione del premio Nobel fa riferimento anche agli studi successivi compiuti da T. e Hulse, i quali sono riusciti a utilizzare la pulsar binaria come un ideale laboratorio relativistico, dotato di un orologio estremamente accurato su un'orbita molto veloce ed eccentrica, con un forte campo gravitazionale. È stato così possibile ottenere la prima (e finora unica) conferma sperimentale all'importante predizione della teoria della relatività generale di Einstein, secondo la quale una massa ruotante emette energia sotto forma di onde gravitazionali in maniera simile a quanto fa una carica elettrica ruotante che emette onde elettromagnetiche. La rilevazione sperimentale diretta delle onde gravitazionali è di difficile realizzazione, in considerazione della loro estremamente bassa intensità. La presenza di onde gravitazionali dovrebbe comportare, come conseguenza della perdita di energia, il decadimento delle orbite e la diminuzione del periodo. Nel 1978 T. trovò conferma sperimentale di ciò riuscendo a rilevare che il periodo orbitale era diminuito di circa 75 μs in un anno. Questa conferma ha dato grande impulso allo studio di progetti di rivelatori per onde gravitazionali. Dopo la scoperta della prima pulsar binaria, T. ha continuato a studiare lo spazio alla ricerca di nuove pulsar. Il suo gruppo di ricerca continua tuttora a utilizzare lo stesso radiotelescopio di oltre 300 m di diametro installato ad Arecibo. L'utilizzo congiunto di un supercomputer ha consentito l'individuazione di un discreto numero di pulsar millisecondo, ovvero di quelle pulsar che hanno un piccolissimo periodo di rotazione e che emettono quindi un elevato numero di impulsi al secondo. Anche la pulsar binaria scoperta nel 1974 era di questo tipo, essendo il suo periodo di 59 μs, ma l'utilizzo del computer ha consentito l'individuazione di pulsar con periodi fino a 1,5 μs. Nell'arco di 25 anni di ricerca, T. e i suoi collaboratori hanno scoperto circa la metà delle circa 600 pulsar attualmente conosciute. La maggior parte delle altre pulsar sono state identificate usando le stesse metodologie messe a punto da T. e dai suoi collaboratori.