Nobelova cena za fyziku pro rok 2019 byla udělena za „přínos k pochopení vývoje vesmíru a místa Země ve vesmíru“. Polovinu ceny získal kosmolog Jim Peebles a druhou polovinu společně Michel Mayor a můj kolega Didier Queloz za první objev exoplanety obíhající kolem hvězdy podobné Slunci. Jako člověk, který strávil deset let studiem exoplanet, vím, že tato cena znamená dlouho očekávané uznání jedné z největších revolucí v moderní astronomii, která radikálně změnila naše vnímání našeho místa ve vesmíru.
Exoplaneta neboli extrasolární planeta je planeta obíhající kolem hvězdy mimo naši sluneční soustavu. Po tisíce let si lidé napříč mnoha civilizacemi kladli otázku, zda existují světy mimo Zemi a sluneční soustavu. Je ponižující si uvědomit, že tato otázka byla zodpovězena teprve před pouhými 24 lety.
V roce 1995 objevili Mayor a Queloz obří exoplanetu obíhající kolem hvězdy podobné Slunci, 51 Pegasi. Planeta, známá jako 51 Peg b, měla podobnou hmotnost jako Jupiter, ale byla 100krát blíže své hostitelské hvězdě, díky čemuž měla teplotu přes 1000 ℃. Tento objev byl v mnoha ohledech radikální, v neposlední řadě proto, že se zcela lišil od planet v naší sluneční soustavě a odporoval teoriím o vzniku a vývoji planet.
V naší sluneční soustavě jsou obří planety jako Jupiter a Saturn pětkrát až desetkrát dále od Slunce než Země a mají teplotu nižší než -100 ℃. Předpokládalo se, že Jupiter a Saturn vznikly v plynném disku kolem dětského Slunce hromaděním plynu a ledu, možná ještě dále od Slunce, než se nacházejí nyní. Objev „horkého Jupiteru“ nacházejícího se tak blízko své hvězdy poskytl první náznak, že planety mohou vznikat nesmírně rozmanitými dalšími způsoby mimo naši sluneční soustavu.
Objev 51 Peg b byl výsledkem technologické zdatnosti i náhody. Zaprvé měli přístup k tehdy jednomu z nejpřesnějších přístrojů na světě pro měření vlnových délek světla jiných hvězd, spektrografu ELODIE na observatoři Haute-Provence v jižní Francii. Doba, za kterou se podaří shromáždit důkazy prokazující existenci exoplanety, však závisí na její hmotnosti, vzdálenosti od hvězdy a na tom, jak dlouho trvá, než dokončí oběžnou dráhu.
Stávající teorie a model naší sluneční soustavy znamenaly, že vědci neočekávali nalezení žádné velké planety s krátkou oběžnou dráhou, kterou by bylo možné rychle najít. Nikdo je tedy v té době aktivně nehledal. Mayor a Queloz prováděli program, o kterém se domnívali, že bude dlouhodobý a může trvat roky, než najdou planetu kolem jiné hvězdy. Přibližně do roka od zahájení pozorování však objevili první známky toho, že dosavadní teorie o planetách jsou neúplné.
K jejich objevu došlo pomocí techniky známé jako metoda radiálních rychlostí. Když planeta obíhá kolem hvězdy, hvězda se také pohybuje po podobné, ale mnohem menší dráze kolem středu hmotnosti celého systému. Jinými slovy, gravitační působení planety na hvězdu způsobuje její kmitání kolem bodu mezi nimi.
V důsledku tohoto pohybu se světlo hvězdy při pohledu ze Země mění, což je známé jako Dopplerův posun. Když se hvězda pohybuje směrem k pozorovateli, má její světlo menší vlnové délky, než když je hvězda nehybná, takže se světlo jeví více modré. Když se hvězda od pozorovatele vzdaluje, světlo se posune na delší, červenější vlnové délky.
Detekce takových posunů vlnových délek periodicky naznačuje, že kolem hvězdy obíhá další objekt, v tomto případě planeta. A jejich měřením v průběhu času můžete vypočítat rychlost, kterou se hvězda pohybuje směrem k vám nebo od vás (radiální rychlost), a jak dlouho trvá oběh planety. Maximální radiální rychlost vám poskytne údaj o hmotnosti planety, protože větší planety nacházející se blíže ke hvězdě způsobují, že se hvězda pohybuje rychleji.
Pohyb Slunce způsobený Jupiterem má maximální radiální rychlost 13 m/s a oběh planety trvá 12 let. To znamená, že přesné určení hmotnosti a kompletní dráhy planety podobné Jupiteru kolem hvězdy podobné Slunci by pomocí světelného spektrografu s přesností na několik m/s trvalo 12 let. Najít planetu podobnou Zemi kolem Slunce by bylo ještě obtížnější, protože maximální radiální rychlost by byla pouhých 9 cm/s.
Na počátku 90. let 20. století byly nejlepší spektrografy na Zemi schopny dosáhnout přesnosti přes 10 m/s, což znamenalo, že nebyly schopny detekovat planety tak velké, pomalé a vzdálené od hvězdy jako Jupiter. 51 Peg b však byla planeta velikosti Jupiteru, která se ke své hvězdě přiblížila stokrát více a její oběžná doba byla pouhých 4,2 dne, nikoli 12 let. To znamenalo, že její maximální radiální rychlost byla podstatně vyšší, téměř 60 m/s, což bylo v dosahu Mayorova a Quelozova spektrografu.
Po objevení prvních známek planety s tak krátkou oběžnou dráhou provedli oba vědci další pozorování a podrobné analýzy, které potvrdily vlastnosti toho, co dnes známe jako horký Jupiter 51 Peg b. Navzdory intenzivnímu zkoumání, kterému byly výsledky podrobeny, jejich zjištění rychle potvrdily další týmy využívající jiné přístroje.
Mayor a Queloz svým převratným objevem 51 Peg b spustili lavinu astronomických pozorování v následujících dvou desetiletích, která odhalila všudypřítomnost a rozmanitost exoplanet, jak je známe dnes. Nyní je známo více než 4 000 exoplanet, které pokrývají celou škálu planetárních vlastností, od horkých Jupiterů až po planety velikosti Země v obyvatelných zónách svých hostitelských hvězd. To znamená, že existují planety, které mají pravděpodobně správnou teplotu, aby na jejich povrchu mohla existovat kapalná voda a aby se na nich mohl vyvinout život, jak ho známe
.