2019年のノーベル物理学賞は、「宇宙の進化と宇宙の中での地球の位置に関する我々の理解への貢献」に対して授与されました。 賞の半分は宇宙学者のジム・ピーブルズが受賞し、残りの半分は、太陽のような星を周る太陽系外惑星を初めて発見したミシェル・マイヨールと私の同僚ディディエ・ケロズが共同受賞した。 太陽系外惑星の研究に10年を費やした者として、この賞は、現代天文学における最大の革命の1つであり、宇宙における我々の位置づけを根本的に変えたものとして、待望されていたものであることを実感しているところです。
太陽系外惑星は、太陽系外の星を周る惑星です。 人類は何千年もの間、多くの文明の中で、地球や太陽系の外側に世界が存在するのかどうかを考えてきました。 1995年、マヨールとケロズは、太陽のような星、ペガスス座51番星のまわりを回る巨大な太陽系外惑星を発見しました。 この惑星は51ペグbと呼ばれ、質量は木星に似ていますが、主星に100倍も近く、温度は1000℃以上ありました。 太陽系では、木星や土星などの巨大惑星は、地球より5～10倍も太陽から遠く、温度も-100℃以下です。 木星や土星は、幼い太陽の周りのガス状の円盤の中でガスや氷が蓄積してできたと考えられており、おそらく今よりももっと太陽から遠いところにあったのだろうと考えられています。 しかし、恒星のすぐ近くにある「ホットジュピター」の発見は、惑星が太陽系の外でもきわめて多様な形で形成されうることを、初めて示唆するものでした
51ペグbの発見は、技術力とセレンディピティの両方の結果でした。 まず、南フランスのオートプロヴァンス天文台にある、他の星からの光の波長を測定する当時世界最高精度の装置「エロディ分光器」を利用することができました。 しかし、太陽系外惑星の存在を証明する証拠を集めるのにかかる時間は、その質量、恒星からの距離、軌道を一周するのにかかる時間によって異なります。
既存の理論と太陽系のモデルから、科学者たちは、軌道の短い大きな惑星がすぐに見つかるとは思っていなかったのです。 ですから、当時は誰も積極的に探そうとはしませんでした。 マヨールとケロズは、他の星の周りに惑星を見つけるまでに何年もかかると思われる長期的なプログラムを行っていたのです。 しかし、観測を始めてから約1年で、既存の惑星理論が不完全であることを示す最初の兆候を発見しました。 惑星が恒星の周りを回るとき、恒星も同じように、しかしはるかに小さな軌道で星系全体の重心の周りを回っています。 つまり、惑星が星に重力で引っ張られることで、星は星と星の間の一点を中心にふらふらと動くのです。 星が観測者に向かって動いているときは、止まっているときよりも光の波長が小さくなり、青く見えます。 星が観測者から遠ざかると、光の波長は長くなり、赤色に変化します。
このような波長の変化を周期的に検出することは、別の天体（この場合は惑星）がその星の周りを回っていることを示します。 このような波長の変化を定期的に観測することで、星が自分に向かってくる速度（動径速度）と、惑星の軌道がどの程度の長さで動いているかがわかります。
木星による太陽の動きは、最大動径速度が13m/sで、惑星の公転に12年かかると言われています。 つまり、太陽のような星のまわりにある木星のような惑星の質量と完全な軌道を正確に決定するには、数m/sの精度の光計測分光器を使って12年かかるということです。 1990年代初頭、地球上の最高の分光器は10m/s以上の精度で、木星のように大きく、遅く、恒星から遠い惑星を検出することはできませんでした。 しかし、51 Peg b は木星サイズの惑星で、恒星に 100 倍近く、軌道は 12 年ではなく、わずか 4.2 日であった。 そのため、最大半径速度は60m/s近くと非常に速く、マヨールとケロズの分光器の範囲内でした。
このように短い軌道を持つ惑星の最初の兆候を見つけた後、2人はさらなる観測と詳しい分析を行い、現在我々が知るホットジュピター（51 Peg b）の特性を確認したのです。
マイヤーとケロズによる51 Peg bの革命的な発見は、その後20年にわたる天文観測の雪崩を起こし、今日我々が知っている太陽系外惑星の偏在性と多様性を明らかにするきっかけとなったのです。 現在では、高温の木星型からハビタブルゾーンにある地球サイズの惑星まで、さまざまな性質をもつ4,000個以上の太陽系外惑星が知られています。 つまり、液体の水が表面に存在し、生命が進化するのに適した温度の惑星が存在するのです
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