Ako si dvaja laureáti Nobelovej ceny všimli prvý exoplanet


Nobelova cena za fyziku za rok 2019 bola včera udelená čiastočne Michelovi Mayorovi a Didierovi Quelozovi za úžasný objav, ktorý urobili v roku 1995: prvá detekcia planéty obiehajúcej vzdialenej hviezdy podobnej našej Slnku. Predtým boli jedinými planétami na mape osem planét v našej vlastnej slnečnej sústave. Nevedeli sme ani, či sú planéty vo vesmíre bežné alebo zriedkavé – otázka s veľkými implikáciami pre možnú existenciu mimozemského života.

Bol to docela vedecký spánok. Starosta a Queloz sa pozreli na hviezdu v súhvezdí Pegasus s názvom 51 Pegasi, čo je 50,45 svetelných rokov. Vidíme svetlo vyžarované hviezdou, ale v tejto vzdialenosti je uhlová veľkosť zdroja príliš malá na to, aby teleskopy dokázali rozlíšiť. Inými slovami, samotnú hviezdu nevidíme. A ak nemôžete vidieť hviezdu, určite nemôžete vidieť oveľa menšiu planétu krúžiacu okolo nej.

Ako to urobili? S fyzikou, samozrejme. Ako vo všetkých veciach, najlepším spôsobom, ako tomu porozumieť, je vytvoriť model. Zostrojme teda jednoduchý model prvého exoplanetu, ktorý bol kedy detekovaný.

Preosievanie hviezd

51 Pegasi je veľa ako naše slnko – trochu masívnejšie, ale pravdepodobne by si ich nedokázal rozoznať, ak by boli rovnako blízko. Planéta, pomenovaná 51 Pegasi b, je plynový gigant ako Jupiter, ale je smiešne blízko svojej hviezdy s orbitálnym polomerom iba asi 0,05 AU. (AU znamená astronomickú jednotku, čo je priemerná vzdialenosť od Zeme k slnku.) Len na porovnanie, Jupiter má orbitálny polomer asi 5 AU.

Teraz sa k tomu dostanem dozadu, s výhodou spätného pohľadu. Odhadnuté hmotnosti hviezdy a exoplanety použijeme spolu s polomerom obežnej dráhy na modelovanie správania tohto systému hviezda-planéta a potom ukážem, ako ste ho mohli zistiť. Starosta a Queloz samozrejme museli odvodiť tieto odhady z údajov. Pravdepodobne však mali podobný model na usmernenie svojej práce.

Dobre, v každej slnečnej sústave existuje gravitačná sila, ktorá priťahuje hviezdu a planétu k sebe. Táto príťažlivá sila závisí od hmotnosti každého objektu (Ms a mp) a vzdialenosť (r ) medzi nimi a ich veľkosť je daná:

Obrázok: Rhett Allain