כיצד נמצאה האקס-פלאנט הזוכה בפרס נובל

תיאור של אמן 51 Pegasi b, האקסופלאנאט הראשון שנמצא סביב כוכב שמש.

(תמונה: © NASA / JPL-Caltech)

פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי ב אוניברסיטת מדינת אוהיו, מארח של תשאל איש חלל ו רדיו שטח, ומחבר הספר "מקומך ביקום."סאטר תרם את המאמר הזה ל קולות המומחים של Space.com: Op-Ed & Insights. 

ה פרס נובל האחרון לפיזיקה היה מפוצל בין ג'ים פבלס, קוסמולוג יוצא דופן, וזוג אסטרונומים שוויצרים, מישל ראש העיר ודידייה קלוז.

ראש העיר וקבלוז מצאו את הראשון Exoplanet סביב מסלול כוכב שמש, שהיה תגלית נקודתית משתי סיבות: הוא הראה באופן חד משמעי שהשמש אינה הכוכב היחיד שאירח משפחה של כוכבי לכת (משהו שהשקענו מזמן, אך מעולם לא הדגמנו), וגם שהיקום הוא באמת , מאוד מוזר.

דופק את ההתחלה

הקורא הזהיר יציין בפסקה שלמעלה כי היה לי ברור מאוד בניסוחי: ראש העיר וקלוז גילו את האקסופלאנאט הראשון שמקיף את דמוי שמש כוכב, לא האקסופלאנט הראשון עצמו. קרדיט זה עובר לאלכסנדר וולזאצאן ודייל פרייל בשנת 1992. ולמעשה, הם קיבלו עסקה של שני אחד, ומצאו שני כוכבי לכת המקיפים את אותו הכוכב.

אבל הכוכב ההוא לא היה דומה לשמש שלנו. זה היה פולסר, גרעין שאריות סיבוב וצפוף במהירות מכוכב ענק שהיה פעם. הפולסר ההוא ישתך באופן קבוע קרן קרינה על פני כדור הארץ, כמו מצמוץ של מגדלור רחוק - ומכאן השם פולסר. כאשר האקסופלאנטים נעים סביב הגלעין המת, הם היו מושכים בעדינות את הפולסאר, גורמים לו להתנועע, מה שיוביל לשינויים עדינים בתדרים של התזות פולסריות כאן על כדור הארץ.

אמנם זה היה ממצא מרכזי באסטרונומיה, אבל זה לא בדיוק מה שחיפשנו. רצינו לדעת - ובכל זאת רוצים לדעת - אם יש עוד כדור הארץ בחוץ. ובעוד שמושג כוכבי הלכת ששורדים פיצוץ סופרנובה ועדיין מקיף את גרעין השאריות הוא בעיה עסיסית שאפשר להתמודד איתה, זה לא עוזר לנו ישירות בציד שלנו. מה שכן, הטכניקה בה נעשה שימוש בפולסאר הסתמכה על התדרים הרגילים של פעימותיו, טריק שלא יכולנו להשתמש בו בכוכבים רגילים.

מה שהופך אותו למיינסטרים

במקום זאת, היינו צריכים לצפות בכוכבים עצמם מתנודדים, ורק לאחר מספר שנים האסטרונומים שיכללו את הטכנולוגיה כדי לספק את המדידה הזו.

הטכנולוגיה הסתמכה על ספקטרומטר, מכשיר לפירוק אור ממקור מרוחק לשלל המרכיבים שלו (למעשה קשת קשת מדעית מאוד). עם הספקטרום הזה, אסטרונומים כמו ראש העיר וקלוז יכלו למצוא חתימות של יסודות ידועים, כמו מימן ופחמן, מטביעות האצבע שהם משאירים בספקטרום. משם יכלו לבהות בכוכב יום אחר יום בחיפוש אחר שינויים בספקטרום.

ושינויים אלה בספקטרום יכולים לחשוף את תנועת הכוכב דרך משמרת דופלר. אותה משמרת שגורמת ליילל של אמבולנס לשנות את המגרש כאשר הוא עובר לידך קורה לאור. כאשר מקור נע לעברך האור מתעתק לעבר תדרים גבוהים וכחולים יותר וכשמקור מתרחק ממך הוא יורד לתדרים נמוכים יותר ואדומים יותר.

זו לא הייתה טכניקה חדשה; אסטרונומים מודדים את משמרת הכוכבים של דופלר כמעט מאתיים שנה.

אבל בשנת 1995 ראש העיר וקלוז לקחו את זה צעד אחד קדימה, והעלו את הדיוק של המכשיר שלהם לרמות חדשות, כשהם נשארים על המשמר אפילו לשינויים הדקים ביותר.

אם כוכב לכת מקיף כוכב, כוח הכובד מאותו כוכב לכת ימשוך את הכוכב כמו רצועה על כלב עקשן. הכוכב לא יזוז הרבה - הכוכבים בדרך כלל גוברים על כוכבי הלכת שלהם בכמה סדרי גודל - אבל הם עדיין יזוזו, בתקווה באופן ניתן לגלות. ובשנת 1995 צמד ה- זוכי נובל עתידיים מסמרו אותו, המאשרת את הנדנדה הבלתי ניתנת לטעות בספקטרום הכוכב 51 פגאסי, הנדנדה שיכולה להיגרם רק על ידי בן לוויה קטן יחסית ובלתי נראה - אקסופלט במסלול.

משעמם הכי טוב

אין 51 מדהים במיוחד ב 51 פגאסי, וזה מה שהופך את גילויו של אקסופלאנט שם לכל כך מדהים. זה פשוט כוכב ריצת מטח רגיל ויומיומי, שישב במרחק של 50 שנות אור משם, עם מסה בערך 10% יותר מהשמש וגיל זה מעט יותר גבוה, בגיל 6 מיליארד שנה.

זה כוכב רגיל, שחי חיים מהממים רגילים, עם לפחות כוכב לכת אחד סביבו. ממש כמו השמש שלנו.

תגליתם של ראש העיר וקלוז התחילה עידן חדש של ציד Exoplanet, שהוביל למאות, ובסופו של דבר, לאלפי, של תביעות Exoplanet מאושרות. הם כה נפוצים כעת, כי לעתים רחוקות אפילו מפרסמות את החדשות, וזה רק עניין של זמן עד שנמצא תאום דמוי כדור הארץ.

חלקם אוהבים את צדק חם

אך כוכב הלכת המקיף 51 פגסי אינו דומה למה שאנו רואים במערכת השמש שלנו, והוא היה כל כך מפתיע שאחת התגובות הראשונות לגילויו הייתה להשליך את התוצאה לגמרי כזבל.

אולם לא ניתן היה לערער על התוצאה של ראש העיר וקבלוז, והיינו צריכים להתעמת עם המציאות ש 51 פגסי הציגו בפנינו. כוכב הלכת שלו, שזכה לכינוי באותה תקופה 51 פגסי ב ועכשיו ניתן לו השם דימידיום על ידי האיחוד האסטרונומי הבינלאומי (אם כי ישנם אסטרונומים שנאחזים בשמו הבלתי פורמלי של בלרופון), הוא ענק גז די טיפוסי, כמחצית ממסה יופיטר, או פי 150 ממסת כדור הארץ.

והוא מקיף מרחק של 5 מיליון קילומטרים בלבד מכוכב האם שלה.

לצורך ההקשר זה יותר משבע פעמים קרוב מכפי שמרקורי הוא לשמש שלנו.

כיצד נפתחה ענקית גז מסיבית, שיכולה להיווצר רק בפאתי מערכת סולארית בה יש מספיק חומר גלם בכמות גדולה בכוכב לכת עד לממדים כה מאסיביים, להתקרב כל כך לא נוח להורה? אנחנו עדיין לא בדיוק בטוחים, אבל הגענו לשם מגניב: צדקנים לוהטים.

בתצפית מסורה אחת, ראש העיר וקלוז שלפו שני טריקים. הם השיקו עידן חדש של חקר אסטרונומיה באקספלנטים, והם העלו עשרות שנים של הבנה כיצד נוצרים כוכבי לכת. לא פלא שזכו בפרס נובל.

• כוכבי הלכת המוזרים ביותר בתמונות
• חם ביותר וקרוב להפליא: כמה צדקנים מתריסים נגד התיאוריה
• 10 Exoplanets שיכולים לארח חיים זרים

תוכלו להאזין לפודקאסט של Ask A Spaceman ב-iTunes, ובאינטרנט ב http://www.askaspaceman.com. שאל את השאלה שלך בטוויטר באמצעות #AskASpaceman, או על ידי עקוב אחר פול @PaulMattSutter ו facebook.com/PaulMattSutter. עקבו אחרינו בטוויטר @ Spacedotcom או פייסבוק.