A 2019-es fizikai Nobel-díjat “az univerzum fejlődésének és a Föld kozmoszban elfoglalt helyének megértéséhez való hozzájárulásért” ítélték oda. A díj felét Jim Peebles kozmológus kapta, a másik felét pedig Michel Mayor és kollégám, Didier Queloz közösen kapta a napszerű csillag körül keringő exobolygó első felfedezéséért. Mint valaki, aki egy évtizeden át tanulmányozta az exobolygókat, tudom, hogy ez a díj a modern csillagászat egyik legnagyobb forradalmának régóta várt elismerését jelenti, amely gyökeresen megváltoztatta a világegyetemben elfoglalt helyünkről alkotott képünket.
Az exobolygó vagy extrasoláris bolygó olyan bolygó, amely a Naprendszerünkön kívüli csillag körül kering. Az emberek évezredeken át, számos civilizáción keresztül töprengtek azon, hogy léteznek-e világok a Földön és a Naprendszeren túl. Megalázó, hogy erre a kérdésre csak 24 évvel ezelőtt kaptunk választ.
1995-ben Mayor és Queloz felfedezett egy óriási exobolygót, amely egy napszerű csillag, az 51 Pegasi körül kering. Az 51 Peg b néven ismert bolygó tömege hasonló volt a Jupiteréhez, de 100-szor közelebb volt a gazdatest csillagához, így hőmérséklete meghaladta az 1000 ℃-ot. A felfedezés több szempontból is radikális volt, nem utolsósorban azért, mert teljesen különbözött a Naprendszerünk bolygóitól, és ellentmondott a bolygók kialakulására és fejlődésére vonatkozó elméleteknek.
Naprendszerünkben az olyan óriásbolygók, mint a Jupiter és a Szaturnusz, öt-tízszer távolabb vannak a Naptól, mint a Föld, és hőmérsékletük -100℃ alatt van. Úgy gondolták, hogy a Jupiter és a Szaturnusz egy gáznemű korongban alakult ki a csecsemő Nap körül gáz és jég felhalmozódásával, valószínűleg még távolabb a Naptól, mint most. A csillagához ilyen közel elhelyezkedő “forró Jupiter” felfedezése adta az első utalást arra, hogy a bolygók rendkívül sokféle más módon is kialakulhatnak a Naprendszerünkön kívül.
Az 51 Peg b felfedezése egyszerre volt a technológiai ügyesség és a szerencsés véletlen eredménye. Először is, a dél-franciaországi Haute-Provence-i Obszervatórium ELODIE spektrográfjához, a világ akkori egyik legpontosabb, más csillagok fényének hullámhosszát mérő műszeréhez fértek hozzá. Az exobolygó tömegétől, a csillagtól való távolságától és attól függ azonban, hogy mennyi idő alatt gyűjti össze a bizonyítékokat egy exobolygó létezésének bizonyítására.
A meglévő elméletek és a Naprendszerünk modellje miatt a tudósok nem számítottak arra, hogy nagy, rövid pályájú, gyorsan megtalálható bolygókat találnak. Ezért akkoriban senki sem kutatott aktívan utánuk. Mayor és Queloz egy olyan hosszú távú programot folytattak, amelyről úgy gondolták, hogy évekig is eltarthat, amíg egy másik csillag körül bolygót találnak. De a megfigyelések megkezdését követő körülbelül egy éven belül felfedezték az első jeleit annak, hogy a létező bolygóelméletek hiányosak.
Felfedezésükhöz az úgynevezett radiális sebesség módszerét használták. Amikor egy bolygó kering egy csillag körül, a csillag is hasonló, de sokkal kisebb pályán mozog az egész rendszer tömegközéppontja körül. Más szóval, a bolygónak a csillagra gyakorolt gravitációs vonzása miatt a csillag a kettő közötti pont körül ingadozik.
A mozgás miatt a csillag fénye a Földről nézve megváltozik, amit Doppler-eltolódásnak nevezünk. Amikor a csillag a megfigyelő felé mozog, a fénye kisebb hullámhosszúságú, mint amikor a csillag mozdulatlanul áll, így a fénye kékebbnek tűnik. Amikor a csillag távolodik a megfigyelőtől, a fény hosszabb, vörösebb hullámhosszra változik.
Az ilyen hullámhosszeltolódások időszakos észlelése arra utal, hogy a csillag körül egy másik objektum, ebben az esetben egy bolygó kering. Az időbeli mérésükkel pedig kiszámítható, hogy a csillag milyen sebességgel mozog felénk vagy tőlünk távolodva (radiális sebesség), és mennyi ideig tart a bolygó keringése. A maximális radiális sebesség a bolygó tömegének mértékét adja meg, mert a csillaghoz közelebb elhelyezkedő nagyobb bolygók miatt a csillag gyorsabban mozog.
A Napnak a Jupiter által okozott mozgása maximális radiális sebessége 13 m/s, és a bolygó keringése 12 évig tart. Ez azt jelenti, hogy egy napszerű csillag körül keringő Jupiter-szerű bolygó tömegének és teljes pályájának pontos meghatározása 12 évig tartana egy fénymérő spektrográf segítségével, néhány m/s pontossággal. Egy Föld-szerű bolygó megtalálása egy Nap körül még nehezebb lenne, mert a maximális radiális sebesség mindössze 9 cm/s lenne.
Az 1990-es évek elején a Föld legjobb spektrográfjai 10 m/s feletti pontosságra voltak képesek, ami azt jelentette, hogy nem voltak képesek olyan nagy, lassú és csillagtól távoli bolygók kimutatására, mint a Jupiter. Az 51 Peg b azonban egy Jupiter méretű bolygó volt, amely százszor közelebb volt a csillagához, és keringési ideje 12 év helyett csak 4,2 nap volt. Ez azt jelentette, hogy a maximális radiális sebessége lényegesen nagyobb volt, közel 60 m/s, ami bőven a Mayor és Queloz spektrográfjának hatótávolságán belül volt.
Miután megtalálták az első jeleit egy ilyen rövid pályájú bolygónak, a két tudós további megfigyeléseket és részletes elemzéseket végzett, amelyek megerősítették a ma már forró Jupiterként ismert 51 Peg b tulajdonságait. Annak ellenére, hogy az eredményeket intenzív vizsgálatnak vetették alá, eredményeiket hamar megerősítették más csapatok más műszerekkel.
Mayor és Queloz forradalmi felfedezése az 51 Peg b-ről a következő két évtizedben csillagászati megfigyelések lavináját indította el, felfedve az exobolygók ma ismert mindenütt jelenlétét és sokféleségét. Ma már több mint 4000 exobolygót ismerünk, amelyek a bolygók tulajdonságainak teljes skáláját felölelik, a forró Jupiterektől a Föld méretű bolygókig, amelyek gazdatestük csillagának lakhatósági zónájában vannak. Ez azt jelenti, hogy vannak olyan bolygók, amelyek valószínűleg megfelelő hőmérsékletűek ahhoz, hogy felszínükön folyékony víz legyen, és az általunk ismert élet kialakulhasson.