Маргарет Бербидж

Краткая биография

Жизнь и работа

Откуда взялись атомы углерода в наших клетках, кислорода, которым мы дышим, кальция в костях и железа в крови? В первой половине XX века физики уже понимали устройство атомного ядра и знали, что звёзды получают энергию благодаря ядерным реакциям. Но оставался более глубокий вопрос: можно ли объяснить наблюдаемое разнообразие химических элементов как результат истории самих звёзд? Маргарет Бербидж стала одним из учёных, которые превратили этот вопрос в стройную физическую картину.

Элеанор Маргарет Пичи родилась 12 августа 1919 года в Девенпорте в Англии. Она изучала астрономию в Лондонском университете и получила докторскую степень в 1943 году. Её специальностью стала наблюдательная астрономия, прежде всего спектроскопия — исследование света звёзд, по спектральным линиям которого можно определять присутствующие в их атмосферах химические элементы. Во время Второй мировой войны она продолжала наблюдения в обсерватории Лондонского университета. Именно умение извлекать информацию о химическом составе далёких звёзд впоследствии оказалось особенно важным.

К середине 1950-х годов накопилось множество отдельных результатов. Было известно, что ядерные реакции способны превращать одни ядра в другие. Астрономические наблюдения показывали разные содержания элементов в звёздах. Фред Хойл развивал идеи о синтезе тяжёлых ядер в ходе звёздной эволюции, а в лаборатории Уильяма Фаулера изучались ядерные реакции и их скорости. Не хватало общей схемы, которая связала бы ядерную физику, устройство звёзд и реальные спектроскопические наблюдения.

Так возникло сотрудничество Маргарет Бербидж, её мужа Джеффри Бербиджа, Уильяма Фаулера и Фреда Хойла. В 1957 году они опубликовали в Reviews of Modern Physics большую работу «Synthesis of the Elements in Stars». По первым буквам фамилий четырёх авторов её стали называть B²FH. Маргарет Бербидж внесла в эту работу прежде всего опыт наблюдателя: данные о химическом составе звёзд позволяли сравнивать теоретические цепочки ядерных реакций с тем, что действительно существует во Вселенной.

Главная идея была необычайно мощной: химический состав Вселенной можно рассматривать как результат физической истории звёзд. В их недрах ядерные реакции постепенно строят более тяжёлые ядра из более лёгких. Для образования многих ядер тяжелее железа особенно важны процессы захвата нейтронов — медленный s-процесс и быстрый r-процесс. B²FH связала различные типы ядерных реакций с условиями, возникающими на разных стадиях эволюции звёзд, и показала, как характерные распределения элементов могут возникать из этих процессов.

Эта схема не была последним словом в вопросе происхождения элементов. Современная астрофизика существенно уточнила её. Большая часть водорода и гелия возникла ещё во время первичного нуклеосинтеза после Большого взрыва. Звёзды производят и распространяют множество более тяжёлых элементов, а для части самых тяжёлых ядер особенно важны экстремальные события. Наблюдения слияния нейтронных звёзд, начавшиеся в эпоху гравитационно-волновой астрономии, дали прямые свидетельства образования там тяжёлых r-процессных элементов. Поэтому наследие B²FH состоит не в том, что статья навсегда определила место рождения каждого элемента, а в том, что она создала фундаментальную программу: объяснять химическую историю Вселенной через измеримые ядерные процессы и наблюдаемую эволюцию звёзд.

После B²FH Бербидж продолжала работать далеко за пределами звёздного нуклеосинтеза. Она исследовала вращение и химический состав галактик, активные галактические ядра и квазары, участвовала в развитии спектроскопических инструментов для космического телескопа Hubble. Значительную часть карьеры она провела в Калифорнийском университете в Сан-Диего и стала первым директором его Center for Astrophysics and Space Sciences. Она также возглавляла Королевскую Гринвичскую обсерваторию и стала первой женщиной-президентом Американского астрономического общества.

Но её наиболее фундаментальное наследие связано с вопросом, который выходит далеко за пределы биографии одного учёного. Атомы в планетах, организмах и окружающем нас веществе имеют космическую историю. Спектроскопия Бербидж и теория B²FH помогли показать, что эту историю можно восстановить — от ядерных реакций внутри звезды до химического состава Вселенной.