John Gatenby Bolton FAA FRS CBE [1] (5 de junio de 1922 - 6 de julio de 1993) fue un astrónomo británico-australiano que fue fundamental para el desarrollo de la radioastronomía . En particular, Bolton fue fundamental para establecer que las fuentes de radio discretas eran galaxias o restos de supernovas , en lugar de estrellas. [1] También jugó un papel importante en el descubrimiento de los cuásares [2] y el centro de la Vía Láctea . [3] Bolton fue el director inaugural del radiotelescopio Parkes en Australia y estableció el Observatorio de Radio Owens Valley en California. Los estudiantes de Bolton ocuparon puestos de dirección en la mayoría de los observatorios de radio del mundo y uno fue ganador del Premio Nobel . Bolton es considerado una figura clave en el desarrollo de la astronomía en Australia. [4]
John Gatenby Bolton nació en Sheffield , Reino Unido , en 1922, hijo de dos profesores de secundaria. Aunque sufrió varias enfermedades en su juventud, como asma grave y migrañas, Bolton mostró un interés temprano y competencia en deportes, matemáticas y ciencias. Se le concedió una beca para la escuela secundaria King Edward VII School , pero su familia tuvo que pagar la matrícula completa ya que el salario de su padre superaba el umbral de la beca basada en los medios. En la King Edward VII School , fue elegido prefecto y recibió el premio de matemáticas de la escuela en su último año. [5] Su educación se considera de clase media para el Reino Unido de los años 1920 y 1930. [6]
Bolton obtuvo una plaza para estudiar matemáticas puras y filosofía natural en el Trinity College de Cambridge en 1940, y dos becas para cubrir sus gastos de matrícula y manutención. Debido a la Segunda Guerra Mundial , su carrera se redujo de tres a dos años. En su segundo año, Bolton decidió centrarse en la física en lugar de las matemáticas. [7] Completó su carrera en mayo de 1942 con honores de segunda clase. Si bien era un resultado promedio para un estudiante que anteriormente había terminado en el tercio superior de su cohorte, su madre se había deteriorado y murió durante el período de exámenes de Bolton. [8]
Bolton se alistó en el ejército después de completar sus exámenes finales y eligió la Marina debido a su amor por los barcos. [9] Fue comisionado como subteniente en la Reserva de Voluntarios de la Marina Real . Mientras estaba en el entrenamiento de oficiales en HMNB Portsmouth, eligió hacer investigación y desarrollo de radares aéreos . [10]
La experiencia de Bolton con el radar durante la Segunda Guerra Mundial establecería relaciones y experiencias clave que influirían en gran medida en su futura carrera de radioastronomía. [11] El primer destino de Bolton en la guerra lo vio responsable de dos estaciones de radar costeras y de probar los últimos equipos de radar en cazas nocturnos. [12] A fines de 1942, Bolton fue transferido al Telecommunications Research Establishment , la sede de la investigación y el desarrollo de radar en tiempos de guerra de Gran Bretaña. En este lugar conoció a muchos de los que serían muchos de los líderes de los esfuerzos de radioastronomía de posguerra, incluido Martin Ryle.
En el Telecommunications Research Establishment , Bolton trabajó primero en el desarrollo de un nuevo sistema de radar aerotransportado que operaba en una longitud de onda de 3 cm, que incluía pruebas exhaustivas durante los vuelos. En el momento del desembarco del día D , Bolton se había cansado de probar el radar en vuelo. [13] Se le ofreció un puesto como oficial de radio en el portaaviones ligero británico HMS Unicorn . Tal puesto hizo que Bolton fuera responsable de toda la electrónica aerotransportada, las comunicaciones de barco a avión y las ayudas a la navegación. Como barco de apoyo, el Unicorn tuvo una experiencia de guerra razonablemente segura, sin daños importantes reportados. [14] Se atribuye a la experiencia de Bolton en el Unicorn el desarrollo de su experiencia práctica con la electrónica [15] y las ideas que lo ayudarían más tarde a construir un interferómetro de acantilado marino .
Cuando la Segunda Guerra Mundial terminó en 1945, el HMS Unicorn transportó carga y personal en el teatro del Pacífico de regreso a Australia. Cuando el Unicorn regresó a Gran Bretaña en diciembre de 1945, Bolton decidió quedarse en Sydney. La decisión de hacer de Australia su nuevo hogar se debió en gran medida a la influencia positiva que el clima tuvo en su salud, pero también a que su solicitud para inscribirse en estudios de posgrado en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge había sido rechazada. [16] Su título universitario abreviado en tiempos de guerra fue considerado una formación inadecuada para los estudios de posgrado por el director del Laboratorio Cavendish, Lawrence Bragg . [17]
Después de dejar la Marina, Bolton buscó un trabajo a través de sus conexiones en la Marina en Australia. A través de un funcionario del gobierno asociado con la búsqueda de trabajo para veteranos, se concertó una cita para que Bolton se reuniera con Taffy Bowen , la directora del Laboratorio de Radiofísica del CSIR . Bolton pronto fue designado para el nuevo puesto de oficial de investigación, con funciones de "investigación y desarrollo en relación con la aplicación de técnicas de radar". [18] La experiencia en tecnología de radar del Laboratorio de Radiofísica era de primera clase en ese momento, en gran parte porque Gran Bretaña había compartido el secreto del radar con sus Dominios cuando comenzó la Segunda Guerra Mundial y debido a una comunidad de radiofísica australiana relativamente grande que tenía vínculos íntimos con los físicos ionosféricos en Inglaterra. [19]
Bolton fue el primero en ser asignado para medir las propiedades de polarización de las radiaciones de las manchas solares , un área de investigación activa ya que recientemente se confirmó que el Sol era brillante en radio durante la Segunda Guerra Mundial. [20] Bolton construyó dos antenas Yagi y las instaló en Dover Heights , Sydney. Sin embargo, el Sol había entrado en un período inactivo, sin manchas solares en su superficie. [21] Habiendo aprendido del descubrimiento de la emisión de radio desde el plano de la Vía Láctea durante su tiempo en la Universidad de Cambridge, y de las observaciones a bordo del HMS Unicorn , Bolton especuló que podría haber otras estrellas brillantes en radio como el Sol. [22]
Siguiendo su intuición, Bolton y su colega Bruce Slee apuntaron las dos antenas Yagi hacia el horizonte y utilizaron los instrumentos como un interferómetro de acantilado marino para obtener una resolución mayor que la posible utilizando las antenas por sí solas. [23] [24] Tal decisión condujo a un conflicto directo con el jefe de Bolton, Joe Pawsey , quien reasignó a Bolton para ayudar a diseñar antenas Yagi para una posible expedición de eclipse solar después de encontrar que las antenas no apuntaban al Sol. [25] Sin embargo, la expedición colapsó y a Bolton se le ordenó nuevamente observar el Sol con el nuevo equipo durante el día, pero se le permitió usar el equipo por la noche para investigar otras posibles fuentes de radio. [26]
A través de conversaciones con Pawsey, Bolton se enteró de que había habido informes contradictorios sobre una fuente de radio en la constelación de Cygnus informada por Stanley Hey . Con Gordon Stanley , la pareja completó un estudio superficial del cielo del sur con el interferómetro de acantilado marino. Confirmaron la existencia de la brillante fuente de Cygnus, más tarde llamada Cygnus A , pero en una posición sustancialmente diferente a la informada por Hey, y dos fuentes más débiles cerca de la constelación de Centaurus y en el borde de Cygnus . [27] También fue durante estas misiones de observación nocturna que Bolton en gran parte aprendió astrofísica por su cuenta utilizando publicaciones recientes en The Astrophysical Journal . [28]
Con el interferómetro de acantilado marino, Bolton y Stanley lograron una resolución 15 veces mayor que la de las observaciones de Hey. Podían estar seguros de que la emisión de radio en Cygnus provenía de un área menor a 8'. [29] Si bien a Hey se le atribuye el descubrimiento de la primera "estrella" de radio, el resultado de Bolton confirmó la conclusión de Hey de que la fuente tenía que ser compacta. Al mismo tiempo, estos resultados representaron el comienzo de la ciencia asociada con las fuentes de radio discretas. [30] Observaciones posteriores produjeron una posición refinada para Cygnus A , pero no se encontró ninguna contraparte óptica convincente, como una estrella brillante, [31] . [32]
Tras el resultado de Cygnus, Bolton, Stanley y Slee se pusieron a estudiar sistemáticamente el cielo con un interferómetro mejorado de acantilados marinos en busca de otras fuentes de radio discretas. [33] En febrero de 1948, Bolton tenía evidencia de seis nuevas fuentes de radio discretas, [34] e introdujo la nomenclatura para referirse a las fuentes de radio en una constelación en orden alfabético descendente en brillo. [35] Esta nomenclatura todavía se utiliza en radioastronomía hoy en día para algunas de las fuentes de radio más brillantes. Bolton demostró que Cygnus A no era única, ni en su existencia ni en su falta de asociación con contrapartes estelares ópticas brillantes. [36] Había identificado fuentes de radio tan famosas como Taurus A , Centaurus A y Hercules A . [37]
A pesar de la expectativa de que pronto se producirían elogios tras las revelaciones de una nueva clase de objetos previamente desconocidos para los astrónomos, [38] la comunidad astronómica respondió en general con escepticismo debido a las pobres incertidumbres posicionales y porque las implicaciones no encajaban fácilmente en el conocimiento astronómico ortodoxo de la época. [39] Además, la cantidad de recursos que Bolton estaba ocupando en el Laboratorio de Radiofísica para su investigación de fuentes discretas estaba provocando un conflicto directo con el equipo de investigación solar, en particular con Ruby Payne-Scott .
En un esfuerzo por mejorar el impacto de sus resultados en fuentes de radio discretas, Bolton decidió refinar las posiciones de sus fuentes y eliminar cualquier incertidumbre sistemática. Bolton y Stanley hicieron esto a través de una expedición a Nueva Zelanda , realizando observaciones interferométricas de acantilados marinos tanto desde Nueva Zelanda como desde Australia. Estas observaciones corrigieron las posiciones de las fuentes en el artículo de 1948 [40] en más de 1 grado. Con una precisión de 10 minutos de arco y un mejor manejo de las incertidumbres sistemáticas debido a la refracción ionosférica, Bolton ahora podía sugerir razonablemente contrapartes ópticas. [41] Mientras que el candidato óptico de Cygnus A seguía siendo esquivo, Bolton demostró que Taurus A estaba asociado con la peculiar Nebulosa del Cangrejo , [42] Virgo A con una galaxia que emanaba una estructura larga similar a un chorro ( M87 ), y Centaurus A con un objeto tan peculiar que los astrónomos discutían contemporáneamente sobre si pertenecía a la Vía Láctea o no. [43]
Aunque Bolton se equivocó al sugerir que Centaurus A y Virgo A eran fuentes galácticas peculiares, cambió de opinión a los pocos meses de la publicación del artículo, cuando se analizaron nuevos datos ópticos. Los resultados del artículo de 1949 [44] despertaron el interés de los astrónomos ópticos tradicionales [45] y a menudo se considera el comienzo de la radioastronomía extragaláctica. [46] El artículo de 1949 [47] fue probablemente el artículo más importante e impactante producido en la carrera de Bolton. [48]
En base a su reciente éxito académico, Bolton hizo una gira por los laboratorios clave de astronomía e ingeniería de radio del hemisferio norte en 1950. Fue recibido con frialdad en el Cavendish por Martin Ryle y Lawrence Bragg , quienes estaban teniendo demasiados invitados visitando el laboratorio en ese momento. [49] Sin embargo, durante su visita a Cambridge, Bolton conoció al astrofísico Fred Hoyle , lo que inició una amistad y colaboración de por vida. [50]
Después de regresar de su viaje, Bolton decidió que la interferometría de acantilados marinos había llegado a su límite en términos de descubrimiento, y decidió emular la antena parabólica de 220 pies utilizada por el grupo de Jodrell Bank . [51] En Dover Heights, Nueva Gales del Sur , construyeron una antena parabólica de 72 pies en el suelo. Usando este instrumento en 1953, Bolton y el nuevo recluta de CSIRO, Dick McGee, inspeccionaron el Plano Galáctico, identificando el centro de la Vía Láctea: Sagitario A. [52] [ 53]
A pesar del éxito académico de Bolton, Radio Astrophysics sólo pudo permitirse construir un gran telescopio en la década de 1950. [54] Mientras Bolton insistió en construir una antena más grande basada en su prototipo de Dover Heights, el laboratorio se inclinó por el radiointerferómetro de Mills Cross . Esta decisión llevó a Bolton a un conflicto directo con su jefe inmediato Pawsey, tras lo cual Bowen lo reasignó a la división de Física de Nubes de Radio Astrophysics. Esto le permitió a Bowen aliviar el conflicto y proporcionar la experiencia de Bolton a su grupo de Física de Nubes.
Durante su desvío de la radioastronomía, Bolton trabajó en la comprensión de cómo generar lluvia utilizando humo de yoduro de plata [55] arrojado desde aviones. Sin embargo, durante su breve paso por la física de las nubes, Bolton era consciente de la oportunidad potencial de iniciar el grupo de radioastronomía que se estaba estableciendo en California. [56] Bolton aceptó el puesto para instalar un gran radiotelescopio cerca de Caltech ofrecido por Lee Alvin DuBridge en 1954.
Al incorporarse a Caltech como director del programa de radioastronomía, Bolton se propuso establecer un observatorio de radio estadounidense utilizando fondos de la Oficina de Investigación Naval y Caltech. Junto con Gordon Stanley, Bolton identificó el valle de Owens como un sitio ideal para un observatorio de radio porque sus cadenas montañosas naturales protegían de las interferencias de las ciudades costeras de California y porque estaba razonablemente cerca de Caltech. [57] [58] La prioridad de Bolton para el tipo de instrumento que se construiría en Owens Valley era uno que pudiera localizar con precisión la posición de las fuentes para encontrar sus contrapartes ópticas y resolver su estructura de radio, basándose en las muchas detecciones de baja resolución que provenían de instrumentos como el Mills Cross. [59]
Bolton dirigió la construcción de un interferómetro de dos elementos, compuesto por dos antenas de 90 pies. [60] Este instrumento llegaría a ser increíblemente productivo científicamente, el banco de pruebas para muchos de los principales radioastrónomos estadounidenses y un prototipo para el Very Large Array . [61] Una de las primeras contribuciones científicas de los telescopios de Owens Valley fue la confirmación de la emisión de radio de Júpiter, [62] lo que le valió un importante reconocimiento mediático e institucional al instrumento. [63] Con la exitosa construcción del interferómetro de Owens Valley, Bolton fue ascendido a profesor titular. También recibió un doctorado de Caltech, pero se negó a utilizar el título durante toda su vida y se refirió a él como un doctorado "de facto". [64]
La resolución superior del interferómetro de Owens Valley significó que Bolton y su equipo estaban empezando a identificar fuentes de radio que aún permanecían sin resolver con una resolución de 10 segundos de arco. Al seguir una de estas fuentes en el óptico, 3C295 , identificaron la contraparte como una galaxia con un corrimiento al rojo de 0,46, más del doble de la distancia a un objeto en el Universo. [65] Esta línea de razonamiento científico marcó el rumbo de la carrera de Bolton cuando regresó a Australia.
A pesar de sus éxitos en Caltech, Bolton tenía un acuerdo con Bowen de que regresaría a Australia cuando se estuviera construyendo un radiotelescopio gigante. [66] Junto con la mala salud causada por la baja calidad del aire en la niebla de Pasadena, Bolton y su familia decidieron regresar a Australia en 1960.
Bolton llegó a Parkes , Australia, mientras se estaba desarrollando el nuevo radiotelescopio gigante. Bowen había conseguido dinero de la Carnegie Institution for Science , la Fundación Rockefeller y el gobierno australiano para desarrollar una antena parabólica de 64 m. Bolton ya había desempeñado un papel importante ayudando a evaluar el diseño del telescopio [67] y ahora se hizo cargo de la construcción y puesta en servicio de la antena parabólica de Parkes. También iba a ser el director inaugural del telescopio.
El radiotelescopio Parkes, dirigido por Bolton, se completó en el plazo previsto y contribuyó rápidamente a dos resultados clave en radioastronomía. En primer lugar, el telescopio confirmó la emisión de radio polarizada de Centaurus A y Vela X. La detección de la polarización lineal fue la confirmación de que la emisión de radio de dichas fuentes se produce por el mecanismo de sincrotrón . En segundo lugar, y más importante, Parkes detectó la rotación de Faraday en fuentes de radio polarizadas. Esta fue la primera detección astrofísica del fenómeno y un resultado que se utilizó como prueba concluyente de que la Vía Láctea poseía un campo magnético.
Aunque Bolton desempeñó un papel clave en la dirección científica de Parkes en estos dos primeros descubrimientos, su mayor contribución científica con Parkes llegó con el descubrimiento de los cuásares . Basándose en su trabajo de identificación de fuentes ópticas para radiogalaxias en Caltech, como 3C48 , [68] la evidencia acumulada sugería que existía una clase única de galaxias activas que eran 100 veces más brillantes ópticamente que las galaxias más luminosas que se habían identificado previamente con fuentes de radio. Aunque no se publicó, Bolton fue el primero en identificar correctamente la distancia extrema a 3C48 dos años antes de que se publicara en 1962. [69] El récord del objeto más distante del Universo lo ostentaban regularmente los cuásares descubiertos en Parkes por Bolton y su equipo. [70]
Después del descubrimiento de los primeros cuásares en Parkes, Bolton se dedicó al proyecto que ocuparía la mayor parte de su tiempo durante el resto de la década de 1960: estudiar el cielo austral con Parkes para encontrar nuevas fuentes de radio que asociar a fuentes ópticas y determinar sus distancias. [71] Consiguió seguir este camino científico gracias a sus fuertes vínculos con los astrónomos ópticos de los observatorios Palomar y Lick . En esta etapa de su carrera, Bolton también recibió encargos para presidir paneles gubernamentales y presentar conferencias magistrales, siendo la cumbre la presentación de la charla en la conferencia Solvay en 1964. En la década de 1960, Bolton también fue elegido miembro de la Academia Australiana de Ciencias y fue el primer ganador del premio Karl Jansky de la NRAO . [72]
Como director de Parkes, Bolton también participó en el aterrizaje del Apolo 11 en la Luna. La NASA sugirió a CSIRO que Parkes se uniera a la Red del Espacio Profundo y participara directamente con el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL). Bolton estaba ansioso por unirse a este esfuerzo porque pensaba que Parkes tenía una deuda con la NASA y los EE. UU. por su ayuda en la construcción y las numerosas relaciones personales que había desarrollado allí. [73]
La solicitud inicial de la NASA fue que Parkes proporcionara respaldo en caso de que el paseo lunar del Apolo 11 se retrasara o en caso de fallas en las propias estaciones de seguimiento de la NASA. [74] Bolton y el equipo técnico de Parkes asumieron la responsabilidad de garantizar que los sistemas de control y manejo del telescopio estuvieran en buen estado de funcionamiento. [75] Debido a los cambios en el cronograma de la caminata lunar, la NASA recibió señales de televisión de tres fuentes: Goldstone , Honeysuckle Creek y Parkes. La NASA cambió entre Goldstone y Honeysuckle durante los primeros minutos de la caminata lunar, pero la señal de Parkes se usó para el recordatorio de la caminata lunar. [76] El papel que desempeñaron Parkes y Bolton en el alunizaje del Apolo 11 fue dramatizado en la película The Dish de 2000. Bolton se aseguraría de que Parkes estuviera involucrado en el seguimiento de todas las misiones Apolo.
Bolton renunció como director de Parkes en 1971 para aliviar su carga de trabajo administrativo. [77] Mientras renunció como director, Bolton continuó con su carrera científica. Durante el resto de su carrera científica, se centró en las identificaciones ópticas de fuentes de radio que Parkes estaba estudiando en 2,7 GHz. Un resultado significativo de este estudio, cuando se combinó con estudios de baja frecuencia anteriores, fue el descubrimiento de Bolton de la fuente de espectro pico PKS B1934-638. [78]
Bolton fue elegido miembro de la Royal Society de Londres [79] y vicepresidente de la Unión Astronómica Internacional en 1973. Además, fue galardonado con la Medalla de Oro de la Royal Astronomical Society en 1977 por sus contribuciones a la astronomía óptica y radioastronómica. [80] Después de una serie de ataques cardíacos, Bolton falleció en 1993.
Bolton recibió los siguientes premios: [81]