Kuinka kaksi Nobel-palkinnon saajaa huomasi ensimmäisen eksoplaneetan


Vuoden 2019 fysiikan Nobel-palkinto myönnettiin tiistaina osittain Michel Mayorille ja Didier Quelozille hämmästyttävästä löytöstään, joka he tekivät vuonna 1995: ensimmäisestä havainnostamme planeetalle, joka kiertää kaukana olevaa tähteä, joka on samanlainen kuin aurinko. Ennen sitä kartalla olivat ainoat planeetat, jotka olivat omassa aurinkokunnassamme kahdeksan. Emme edes tienneet, olivatko planeetat yleisiä vai harvinaisia ​​maailmankaikkeudessa – kysymys, jolla on suuria vaikutuksia vieraan elämän mahdolliseen olemassaoloon.

Se oli melko ominaisuus tieteelliseen tyydytykseen. Kaupunginjohtaja ja Queloz katsoivat Pegasuksen tähdistössä olevaa tähteä, nimeltään 51 Pegasi, joka on 50,45 valovuoden päässä. Voimme nähdä tähden lähettämän valon, mutta tällä etäisyydellä lähteen kulmakoko on liian pieni teleskooppien ratkaisemiseksi. Toisin sanoen, me itse ei voi itse nähdä tähtiä. Ja jos et näe tähtiä, et todellakaan voi nähdä paljon pienempää planeettaa kiertämässä sitä.

Joten miten he tekivät sen? Tietenkin fysiikan kanssa. Kuten kaikki asiat, paras tapa ymmärtää se on rakentaa malli. Rakennetaan siis yksinkertainen malli ensimmäisestä koskaan havaitusta eksoplaneetasta.

Tähtitaivaan seulominen

Tähti 51 Pegasi on paljon kuin aurinkomme – hieman massiivisempi, mutta et todennäköisesti voinut kertoa heille toisistaan, olivatko he yhtä lailla lähellä. Planeetta, nimeltään nimeltään 51 Pegasi b, on Jupiterin kaltainen kaasu jättiläinen, mutta se on naurettavan lähellä tähtään, kiertorada on vain noin 0,05 AU. (AU tarkoittaa tähtitieteellistä yksikköä, joka on keskimääräinen etäisyys maasta aurinkoon.) Vertailun vuoksi, Jupiterin kiertorada on noin 5 AU.

Nyt aion tulla eteenpäin taaksepäin. Käytämme tähti- ja eksoplaneetan arvioituja massoja yhdessä kiertoradan säteen kanssa tämän tähti-planeetta-järjestelmän käyttäytymisen mallintamiseksi, ja sitten näytän kuinka voit havaita sen. Kaupunginjohtaja ja Queloz tietysti joutuivat laskemaan nämä arviot tiedoista. Mutta heillä oli todennäköisesti mielessä samanlainen malli ohjata työtä.

OK, missä tahansa aurinkokunnassa on gravitaatiovoima, joka vetää tähden ja planeetan yhteen. Tämä houkutteleva voima riippuu kunkin esineen massasta (Ms ja mp) ja etäisyys (R ) välillä, ja sen suuruuden antaa:

Kuva: Rhett Allain