John Gatenby Bolton

John Gatenby Bolton FAA FRS CBE (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 a la hora de establecer que las fuentes de radio discretas eran galaxias o restos de supernovas, en lugar de estrellas. También jugó un papel importante en el descubrimiento de los quásares y del centro de la Vía Láctea. Bolton se desempeñó como director inaugural del radiotelescopio Parkes en Australia y estableció el Radio Observatorio Owens Valley en California. Los estudiantes de Bolton ocuparon puestos directivos en la mayoría de los observatorios de radio del mundo y uno de ellos ganó el Premio Nobel. Bolton es considerado una figura clave en el desarrollo de la astronomía en Australia.

Vida temprana

John Gatenby Bolton nació en Sheffield, Reino Unido, en 1922, hijo de dos profesores de secundaria. Mientras padecía diversas enfermedades en su juventud, como asma severa y migrañas, Bolton mostró desde temprano interés y competencia en los deportes, las matemáticas y las ciencias. Se le concedió una beca para la escuela secundaria King Edward VII, pero su familia tuvo que pagar la matrícula completa ya que el salario de su padre estaba por encima del umbral de la beca sujeta a recursos. En la escuela King Edward VII, fue elegido prefecto y recibió el premio de matemáticas de la escuela en su último año. Su educación se considera de clase media en el Reino Unido de las décadas de 1920 y 1930.

A Bolton se le concedió una plaza para estudiar matemáticas puras y filosofía natural en el Trinity College de Cambridge en 1940, y dos becas para cubrir sus honorarios y gastos de 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. Completó su licenciatura en mayo de 1942 con honores de segunda clase. Si bien es 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.

La Segunda Guerra Mundial y el trabajo con radares

Bolton se alistó en el ejército después de completar sus exámenes finales y eligió la Armada debido a su amor por los barcos. Fue comisionado como subteniente en la Reserva de Voluntarios de la Royal Navy. Mientras estaba entrenando a oficiales en HMNB Portsmouth, decidió dedicarse a la investigación y el desarrollo de radares aerotransportados.

La experiencia de Bolton de radar durante la Segunda Guerra Mundial establecería relaciones y experiencias claves que influirían fuertemente en su futura carrera de astronomía radio. La primera guerra de Bolton lo vio responsable de dos estaciones de radar costeras y probando los últimos radares en los cazas nocturnos. A finales de 1942, Bolton fue transferido al Centro de Investigación de Telecomunicaciones, sede de la investigación y desarrollo de radares en tiempo de guerra de Gran Bretaña. En este lugar conoció a muchos de los líderes de los esfuerzos de radio astronomía de la posguerra, incluyendo a Martin Ryle.

En el Establecimiento de Investigación de Telecomunicaciones, Bolton trabajó por primera vez en el desarrollo de un nuevo sistema de radar aerotransportado que operaba a una longitud de onda de 3 cm, lo que incluyó pruebas exhaustivas durante los vuelos. En el momento del aterrizaje del día D, Bolton se había cansado de las pruebas de radar en vuelo. Le ofrecieron un puesto como oficial de radio en el portaaviones ligero británico HMS Unicorn. Tal puesto hizo a Bolton responsable de toda la electrónica aerotransportada, las comunicaciones entre barcos y aviones y las ayudas a la navegación. Como barco de apoyo, el Unicorn tuvo una experiencia de guerra razonablemente segura y no se reportaron daños importantes. A la experiencia de Bolton en Unicorn se le atribuye el desarrollo de su experiencia práctica con la electrónica y las ideas que le ayudarían más tarde a construir un interferómetro en un acantilado.

Cuando terminó la Segunda Guerra Mundial en 1945, el HMS Unicorn transportó carga y personal en el teatro del Pacífico de regreso a Australia. Cuando Unicorn regresó a Gran Bretaña en diciembre de 1945, Bolton decidió permanecer en Sydney. La decisión de hacer de Australia su nuevo hogar se debió en gran parte a la influencia positiva que el clima tenía en su salud, pero también a que su solicitud para matricularse en estudios de posgrado en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge había sido rechazada. El director del Laboratorio Cavendish, Lawrence Bragg, consideró que su título universitario abreviado en tiempos de guerra era una formación inadecuada para estudios de posgrado.

CSIR, Cygnus, y el interferómetro del mar-cliff

Después de dejar la Marina, Bolton buscó trabajo a través de sus conexiones con la Marina en Australia. A través de un funcionario del gobierno asociado con la búsqueda de trabajo para los veteranos, se concertó una cita para que Bolton se reuniera con Taffy Bowen, 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". La experiencia en tecnología de radar del Laboratorio de Radiofísica era de primer nivel 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 el Laboratorio de Radiofísica. físicos ionosféricos en Inglaterra.

Bolton fue asignado por primera vez 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 radio brillante durante la Segunda Guerra Mundial. Bolton construyó dos antenas Yagi y las instaló en Dover Heights, Sydney. Sin embargo, el Sol había entrado en un período de inactividad, sin manchas solares en su superficie. Después de enterarse del descubrimiento de la emisión de radio desde el plano de la Vía Láctea durante su estancia en la Universidad de Cambridge, y de las observaciones a bordo del HMS Unicorn, Bolton especuló que podría haber otras estrellas radiobrillantes como el Sol.

Después de su intuición, Bolton y su colega Bruce Slee señalaron las dos antenas Yagi hacia el horizonte y utilizaron los instrumentos como interferómetro marino-cliff para obtener mayor resolución de lo posible utilizando las antenas por sí mismos. Tal decisión llevó 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 del eclipse solar después de encontrar las antenas que no apuntan al Sol. Sin embargo, la expedición se derrumbó y Bolton fue ordenado de nuevo para observar el Sol con el nuevo equipo durante el día, pero se le permitió utilizar el equipo de noche para investigar otras posibles fuentes de radio.

A través de conversaciones con Pawsey, Bolton supo que había habido informes conflictivos sobre una fuente de radio en la constelación de Cygnus reportada por Stanley Hey. Con Gordon Stanley, el par completó una encuesta poco profunda del cielo sur con el interferómetro del mar-cliff. Confirmaron la existencia de la fuente brillante Cygnus, más tarde llamada Cygnus A, pero en una posición sustancialmente diferente a la reportada por Hey, y dos fuentes más débiles cerca del Centaurus de la constelación y en el borde de Cygnus. Fue también durante estas jornadas de observación nocturnas que Bolton se autocompuso en gran medida de la astrofísica usando publicaciones recientes en The Astrophysical Journal.

Con el interferómetro del acantilado, 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 procedía de un área de menos de 8'. 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. En conjunto, estos resultados representaron el comienzo de la ciencia asociada con las fuentes de radio discretas. Observaciones posteriores dieron como resultado una posición precisa de Cygnus A, pero no se encontró ninguna contrapartida óptica convincente, como por ejemplo una estrella brillante.

Estrellas de radio

Tras el resultado de Cygnus, Bolton, Stanley y Slee se pusieron a estudiar sistemáticamente el cielo con un interferómetro mejorado del mar-cliff para otras fuentes de radio discretas. En febrero de 1948, Bolton tenía evidencia de seis nuevas fuentes de radio discretas, e introdujo la nomenclatura de referirse a las fuentes de radio en una constelación alfabética descendiendo en brillo. Esta nomenclatura todavía está en uso en la astronomía radio hoy para algunas de las fuentes de radio más brillantes. Bolton mostró que Cygnus A no era único, ya sea en su existencia o en su falta de asociación con contrapartes estelares ópticas brillantes. Había identificado fuentes de radio tan famosas como Taurus A, Centaurus A, y Hércules A.

A pesar de la expectativa de que pronto recibirían elogios tras las revelaciones de una nueva clase de objetos previamente desconocidos para los astrónomos, la comunidad astronómica en general respondió con escepticismo debido a las escasas incertidumbres posicionales y porque las implicaciones no encajaban fácilmente dentro del conocimiento astronómico ortodoxo. del tiempo. Además, la cantidad de recursos que Bolton ocupaba en el Laboratorio de Radiofísica para su investigación de fuentes discretas estaba generando un conflicto directo con el equipo de investigación Solar, en particular con Ruby Payne-Scott.

En el esfuerzo por mejorar el impacto de sus resultados en fuentes de radio discretas, Bolton optó por 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 tanto desde Nueva Zelanda como desde Australia. Estas observaciones corrigieron las posiciones de las fuentes en el artículo de 1948 en más de 1 grado. Con una precisión de 10 minutos de arco y un mejor manejo de las incertidumbres sistemáticas debidas a la refracción ionosférica, Bolton ahora podría sugerir razonablemente contrapartes ópticas. Mientras que el candidato óptico de Cygnus A seguía siendo esquivo, Bolton demostró que Tauro A estaba asociado con la peculiar Nebulosa del Cangrejo, Virgo A con una galaxia que emanaba una larga estructura en forma de chorro (M87), y Centauro A con un objeto tan peculiar que los astrónomos Al mismo tiempo se discutía si pertenecía o no a la Vía Láctea.

Si bien Bolton se equivocó al sugerir que Centaurus A y Virgo A eran fuentes galácticas peculiares, Bolton cambió de opinión pocos meses después de la publicación del artículo a medida que se analizaban nuevos datos ópticos. Los resultados del artículo de 1949 despertaron el interés de los astrónomos ópticos tradicionales y a menudo se consideran el comienzo de la radioastronomía extragaláctica. El artículo de 1949 fue probablemente el más importante e impactante producido en la carrera de Bolton.

A raíz de su reciente éxito académico, Bolton realizó un recorrido por los principales laboratorios de astronomía e ingeniería de radio del hemisferio norte en 1950. Martin Ryle y Lawrence Bragg lo recibieron con frialdad en el Cavendish, quienes estaban tener demasiados invitados visitando el laboratorio en ese momento. Sin embargo, durante su visita a Cambridge, Bolton conoció al astrofísico Fred Hoyle, con lo que inició una amistad y colaboración que duraría toda la vida.

Después de regresar de su viaje, Bolton decidió que la interferometría de los acantilados marinos había llegado a su límite en términos de descubrimiento y decidió emular la antena parabólica de 220 pies utilizada por el grupo Jodrell Bank. En Dover Heights, Nueva Gales del Sur, construyeron un plato parabólico de 72 pies en el suelo. Utilizando este instrumento en 1953, Bolton y el nuevo recluta de CSIRO, Dick McGee, examinaron el plano galáctico e identificaron el centro de la Vía Láctea: Sagitario A.

A pesar del éxito académico de Bolton, Radio Astrofísica sólo pudo permitirse el lujo de construir un gran telescopio en la década de 1950. Mientras Bolton insistía en construir un plato más grande inspirado en su prototipo de Dover Heights, el laboratorio prefirió el interferómetro de radio Mills Cross. Esta decisión llevó a Bolton a un conflicto directo con su jefe inmediato Pawsey, después de lo cual Bowen lo reasignó a la división de Física de Nubes de Radio Astrofísica. Esto permitió a Bowen aliviar el conflicto y proporcionó la experiencia de Bolton a su grupo de Física de Nubes.

Durante el desvío de Bolton de la radioastronomía, trabajó en la comprensión de cómo sembrar lluvia utilizando humo de yoduro de plata desechado desde aviones. Sin embargo, Bolton fue consciente durante su breve paso por la física de las nubes de la oportunidad potencial de iniciar el grupo de radioastronomía que se estaba estableciendo en California. Bolton aceptó el puesto para instalar un gran radiotelescopio cerca de Caltech ofrecido por Lee Alvin DuBridge en 1954.

Caltech y el valle de Owens

Al unirse a Caltech como jefe 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 la interferencia de las ciudades costeras de California y porque estaba razonablemente cerca de Caltech. La prioridad de Bolton para el tipo de instrumento a construir 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, aprovechando las muchas detecciones de mala resolución provenientes de instrumentos como el Cruz de Molinos.

Bolton dirigió la construcción de un interferómetro de dos elementos, compuesto por dos antenas de 90 pies. Este instrumento llegaría a ser increíblemente productivo desde el punto de vista científico, el banco de pruebas para muchos radioastrónomos estadounidenses destacados y un prototipo para el Very Large Array. Una de las primeras contribuciones científicas de los telescopios de Owens Valley fue la confirmación de la emisión de radio de Júpiter, lo que obtuvo un importante reconocimiento mediático e institucional para el instrumento. Con la construcción exitosa del interferómetro de Owens Valley, Bolton fue ascendido a profesor titular. También obtuvo un doctorado de Caltech, pero se negó a utilizar el título durante toda su vida y se refirió a él como un título "de facto". Doctor.

La resolución superior del interferómetro de Owens Valley significó que Bolton y su equipo estaban comenzando a identificar fuentes de radio que aún permanecían sin resolver con una resolución de 10 segundos de arco. El seguimiento de una de estas fuentes en el óptico, 3C295, identificó 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. 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. Junto con la mala salud causada por la baja calidad del aire en Pasadena, Bolton y su familia decidieron regresar a Australia en 1960.

Parques y quásares

Bolton llegó a Parkes, Australia, mientras estaba en marcha el desarrollo del nuevo radiotelescopio gigante. Bowen había obtenido dinero del Instituto Carnegie para la Ciencia, la Fundación Rockefeller y el gobierno australiano para desarrollar un plato de 64 m. Bolton ya había desempeñado un papel importante ayudando a evaluar el diseño del telescopio y ahora se hizo cargo de la construcción y puesta en marcha del plato de Parkes. También iba a ser el director inaugural del telescopio.

El radiotelescopio Parkes, bajo la dirección de Bolton, se completó según lo previsto y rápidamente contribuyó a dos resultados clave de radioastronomía. En primer lugar, el telescopio confirmó la emisión de radio polarizada de Centaurus A y Vela X. La detección de polarización lineal fue la confirmación de que la emisión de radio de dichas fuentes se produce mediante el mecanismo 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.

Si bien Bolton jugó un papel clave en la dirección científica de Parkes en estos dos primeros descubrimientos, su mayor contribución científica con Parkes se produjo con el descubrimiento de los quásares. Sobre la base de su trabajo de identificación de fuentes ópticas de radiogalaxias en Caltech, como 3C48, la evidencia acumulada sugirió que existía una clase única de galaxias activas que eran 100 veces más brillantes ópticamente que las galaxias más luminosas que habían sido identificadas 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 su publicación en 1962. El récord del objeto más distante del Universo lo ostentaban regularmente los cuásares descubiertos en Parkes por Bolton y su equipo.

Después del descubrimiento de los primeros quásares 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 del sur con Parkes para encontrar nuevas fuentes de radio para asociar a fuentes ópticas y determinando sus distancias. Logró seguir este camino científico gracias a fuertes vínculos con astrónomos ópticos de los Observatorios Palomar y Lick. En esta etapa de su carrera, a Bolton también se le encargó presidir paneles gubernamentales y presentar conferencias magistrales, siendo Pinnacle quien presentó la charla en la conferencia de Solvay en 1964. En la década de 1960, Bolton también fue elegido miembro de la Academia Australiana de Ciencias y fue el ganador inaugural del premio NRAO Karl Jansky.

Parkes y el alunizaje del Apolo 11

Como director de Parkes, Bolton también participó en el alunizaje del Apolo 11. La NASA sugirió a CSIRO que Parkes se uniera a la Red del Espacio Profundo y participara directamente en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL). Bolton estaba dispuesto a 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.

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. Bolton y el equipo técnico de Parkes asumieron la responsabilidad de garantizar que los sistemas de control y accionamiento del telescopio funcionaran correctamente. Debido a cambios en el calendario de paseos lunares, 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 del paseo lunar, pero la señal de Parkes se utilizó como recordatorio del paseo lunar. El papel que desempeñaron Parkes y Bolton en el alunizaje del Apolo 11 fue dramatizado en la película de 2000 The Dish. Bolton se aseguraría de que Parkes participara en el seguimiento de todas las misiones Apolo.

Años posteriores en Parkes y premios

Bolton renunció como director de Parkes en 1971 para aliviar su carga de trabajo administrativo. Mientras dejaba el cargo de director, Bolton continuó dedicándose a la ciencia. Durante el resto de su carrera científica, se centraría en la identificación óptica de fuentes de radio que Parkes estaba estudiando en 2,7 GHz. Un resultado significativo de este estudio, combinado con estudios anteriores de baja frecuencia, fue el descubrimiento por parte de Bolton de la fuente de espectro máximo PKS B1934-638.

Bolton fue elegido miembro de la Royal Society de Londres y vicepresidente de la Unión Astronómica Internacional en 1973. Además, recibió la Medalla de Oro de la Royal Astronomical Society en 1977 por sus contribuciones a la óptica y la radioastronomía. Después de una serie de ataques cardíacos, Bolton falleció en 1993.

Honores y premios

Bolton recibió los siguientes premios:

• 1951 Edgeworth David Medal (Australia)
• 1967 Primer profesor de Karl Jansky (U.S.)
• 1968 Henry Norris Profesor (Estados Unidos)
• 1969 Elegido miembro de la Academia Australiana de Ciencias
• 1972 Miembro elegido de la Academia Americana de Artes y Ciencias
• 1973 Vicepresidente de la Unión Astronómica Internacional (1973–79)
• Elegido miembro de la Royal Society de Londres
• Elegido miembro honorario de la Academia de Ciencias de la India
• 1977 Medalla de oro de la Royal Astronomical Society
• 1980 Elected Foreign Associate of the U.S. National Academy of Sciences
• 1982 Comandante de la Orden del Imperio Británico
• 1988 Bruce Medalla de la Sociedad Astronómica del Pacífico (Estados Unidos)

En la cultura popular

• La película de Australia El Dish fue sobre el papel del Telescopio de Radio Parkes en el aterrizaje de la Luna en 1969. El papel del director del observatorio (Cliff Buxton, interpretado por Sam Neill) se basa en John Bolton.
• Bolton tenía el asteroide 12140 Johnbolton nombrado en su honor.