Hvordan to nobelprisvindere opdagede den første exoplanet


Nobelprisen for fysik i 2019 blev tildelt delvis tirsdag til Michel Mayor og Didier Queloz for en fantastisk opdagelse, de gjorde tilbage i 1995: den første opdagelse af en planet, der kredser om en fjern stjerne svarende til vores sol. Før det var de eneste planeter på kortet de otte i vores eget solsystem. Vi vidste ikke engang, om planeter var almindelige eller sjældne i universet – et spørgsmål med store konsekvenser for den mulige eksistens af fremmed liv.

Det var en ganske præstation af videnskabelig sleuthing. Borgmester og Queloz kiggede på en stjerne i Pegasus-stjernebilledet kaldet 51 Pegasi, som er 50.45 lysår væk. Vi kan se lyset, der er afgivet af stjernen, men i den afstand er kildens vinkelstørrelse for lille til, at teleskoper kan løse. Med andre ord kan vi ikke rigtig se stjernen i sig selv. Og hvis du ikke kan se stjernen, kan du bestemt ikke se en meget mindre planet cirkle rundt den.

Så hvordan gjorde de det? Med fysik, selvfølgelig. Som med alle ting er den bedste måde at forstå det på at opbygge en model. Så lad os konstruere en enkel model af den første exoplanet, der nogensinde er blevet opdaget.

Sigtning af Starlight

Stjernen 51 Pegasi ligner vores sol – lidt mere massiv, men du kunne sandsynligvis ikke adskille dem fra hinanden, hvis de var lige ved hånden. Planeten, lamalt døbt 51 Pegasi b, er en gasgigant som Jupiter, men den er latterligt tæt på sin stjerne med en orbitalradius på kun ca. 0,05 AU. (AU står for den astronomiske enhed, som er den gennemsnitlige afstand fra Jorden til Solen.) Bare til sammenligning har Jupiter en orbitalradius på ca. 5 AU.

Nu vil jeg komme med dette baglæns med fordel af bagspejlet. Vi bruger de estimerede masser af stjernen og eksoplaneten sammen med orbitalradius til at modellere opførslen af ​​dette stjerne-planet-system, og så viser jeg, hvordan du kan registrere det. Borgmester og Queloz måtte naturligvis udlede disse estimater fra dataene. Men de havde sandsynligvis en lignende model i tankerne for at vejlede deres arbejde.

OK, i ethvert solsystem er der en tyngdekraft, der trækker en stjerne og planet sammen. Denne attraktive kraft afhænger af hver objekts masse (Ms og mp) og afstanden (r ) mellem dem, og dens størrelse er givet af:

Illustration: Rhett Allain