Premiul Nobel pentru Fizică 2019 a fost acordat pentru „contribuții la înțelegerea evoluției universului și a locului ocupat de Pământ în cosmos”. Jumătate din premiu i-a revenit cosmologului Jim Peebles, iar cealaltă jumătate a fost acordată în comun lui Michel Mayor și colegului meu Didier Queloz pentru prima descoperire a unei exoplanete care orbitează în jurul unei stele asemănătoare Soarelui. În calitate de persoană care a petrecut un deceniu studiind exoplanetele, știu că acest premiu marchează o recunoaștere mult așteptată a uneia dintre cele mai mari revoluții din astronomia modernă, care a schimbat radical percepția noastră despre locul nostru în univers.
O exoplanetă, sau planetă extrasolară, este o planetă care orbitează în jurul unei stele dincolo de sistemul nostru solar. Timp de mii de ani, în multe civilizații, oamenii s-au întrebat dacă există lumi dincolo de Pământ și de sistemul solar. Este umilitor să ne dăm seama că răspunsul la această întrebare a fost dat cu doar 24 de ani în urmă.
În 1995, Mayor și Queloz au descoperit o exoplanetă gigantică ce orbitează în jurul unei stele asemănătoare Soarelui, 51 Pegasi. Planeta, cunoscută sub numele de 51 Peg b, avea o masă similară cu cea a lui Jupiter, dar era de 100 de ori mai apropiată de steaua gazdă, ceea ce îi conferea o temperatură de peste 1.000℃. Descoperirea a fost radicală din mai multe puncte de vedere, nu în ultimul rând pentru că era cu totul diferită de planetele din sistemul nostru solar și contrazicea teoriile privind formarea și evoluția planetelor.
În sistemul nostru solar, planetele gigantice precum Jupiter și Saturn sunt de cinci până la zece ori mai departe de Soare decât Pământul și au temperaturi sub -100℃. S-a crezut că Jupiter și Saturn s-au format într-un disc gazos în jurul Soarelui copil, prin acumularea de gaz și gheață, posibil chiar mai departe de Soare decât sunt acum. Descoperirea unui „Jupiter fierbinte” situat atât de aproape de steaua sa a oferit primul indiciu că planetele s-ar putea forma într-o gamă extrem de diversă de alte moduri în afara sistemului nostru solar.
Descoperirea lui 51 Peg b a fost rezultatul atât al unei proezii tehnologice, cât și al unei întâmplări întâmplătoare. În primul rând, au avut acces la ceea ce era la acea vreme unul dintre cele mai precise instrumente din lume pentru măsurarea lungimilor de undă ale luminii de la alte stele, spectrograful ELODIE de la Observatorul Haute-Provence din sudul Franței. Dar timpul necesar pentru a aduna dovezile care să dovedească existența unei exoplanete depinde de masa acesteia, de distanța față de stea și de timpul necesar pentru a parcurge o orbită.
Teoriile existente și modelul sistemului nostru solar au făcut ca oamenii de știință să nu se aștepte să găsească planete mari, cu orbite scurte, care să poată fi descoperite rapid. Așadar, nimeni nu le-a căutat în mod activ la acea vreme. Mayor și Queloz desfășurau ceea ce credeau că va fi un program pe termen lung care ar putea dura ani de zile înainte de a găsi o planetă în jurul unei alte stele. Dar, la aproximativ un an de la începerea observațiilor, ei au descoperit primele semne că teoriile planetare existente erau incomplete.
Descoperirea lor a venit folosind o tehnică cunoscută sub numele de metoda vitezei radiale. Atunci când o planetă orbitează în jurul unei stele, steaua se mișcă, de asemenea, pe o orbită similară, dar mult mai mică, în jurul centrului de masă al întregului sistem. Cu alte cuvinte, atracția gravitațională a planetei asupra stelei face ca aceasta să se clatine în jurul unui punct dintre ele.
Din cauza acestei mișcări, lumina stelei, atunci când este văzută de pe Pământ, se modifică, în ceea ce este cunoscut sub numele de deplasare Doppler. Atunci când steaua se mișcă spre un observator, lumina sa are lungimi de undă mai mici decât atunci când steaua este staționară, ceea ce face ca lumina să apară mai albastră. Atunci când steaua se îndepărtează de observator, lumina trece la lungimi de undă mai lungi, mai roșii.
Detectarea unor astfel de schimbări de lungimi de undă în mod periodic indică faptul că un alt obiect, în acest caz o planetă, orbitează în jurul stelei. Și, măsurându-le în timp, puteți calcula viteza cu care steaua se apropie sau se îndepărtează de dumneavoastră (viteza radială) și cât timp durează orbita planetei. Viteza radială maximă vă oferă o măsură a masei planetei, deoarece planetele mai mari, situate mai aproape de stea, fac ca steaua să se deplaseze mai repede.
Mișcarea soarelui din cauza lui Jupiter are o viteză radială maximă de 13 m/s, iar orbita planetei durează 12 ani. Acest lucru înseamnă că determinarea precisă a masei și a orbitei complete a unei planete asemănătoare lui Jupiter în jurul unei stele asemănătoare Soarelui ar dura 12 ani folosind un spectrograf de măsurare a luminii cu o precizie de câțiva m/s. Găsirea unei planete asemănătoare Pământului în jurul unui Soare ar fi și mai dificilă, deoarece viteza radială maximă ar fi de doar 9 cm/s.
La începutul anilor 1990, cele mai bune spectrografe de pe Pământ erau capabile de precizii de peste 10 m/s, ceea ce însemna că nu erau capabile să detecteze planete atât de mari, lente și îndepărtate de o stea precum Jupiter. Dar 51 Peg b era o planetă de mărimea lui Jupiter de 100 de ori mai aproape de steaua sa, cu o orbită de doar 4,2 zile în loc de 12 ani. Acest lucru a însemnat că viteza sa radială maximă era semnificativ mai mare, de aproape 60 m/s, mult în raza de acțiune a spectrografului lui Mayor și Queloz.
După ce au descoperit primele semne ale unei planete cu o orbită atât de scurtă, cei doi oameni de știință au făcut observații suplimentare și analize detaliate care au confirmat proprietățile a ceea ce cunoaștem acum ca fiind Jupiterul fierbinte, 51 Peg b. În ciuda analizei intense la care au fost supuse rezultatele, descoperirile lor au fost rapid confirmate de alte echipe care au folosit alte instrumente.
Descoperirea revoluționară a lui 51 Peg b de către Mayor și Queloz a declanșat o avalanșă de observații astronomice în următoarele două decenii, dezvăluind ubicuitatea și diversitatea exoplanetelor pe care le cunoaștem astăzi. În prezent sunt cunoscute peste 4.000 de exoplanete, care acoperă întreaga gamă de proprietăți planetare, de la Jupiteri fierbinți la planete de mărimea Pământului în zonele locuibile ale stelelor lor gazdă. Aceasta înseamnă că există planete care se află probabil la temperaturile potrivite pentru ca apa lichidă să existe pe suprafețele lor și pentru ca viața, așa cum o știm noi, să evolueze.
.