كيف تم العثور على الكوكب الخارجي الحائز على جائزة نوبل

تصوير فنان لـ 51 بيغاسي ب ، أول كوكب خارجي تم العثور عليه يدور حول نجم يشبه الشمس.

(الصورة: © NASA / JPL-Caltech)

بول م. سوتر فيزيائي فلكي في جامعة ولاية أوهايومضيف اسأل رائد فضاء و راديو الفضاء، ومؤلف كتاب "مكانك في الكون.ساهم سوتر في هذا المقال أصوات خبراء Space.com: Op-Ed & Insights. 

ال أحدث جائزة نوبل في الفيزياء تم تقسيمه بين جيم بيبلز ، عالم الكونيات الرائع ، وزوج من علماء الفلك السويسريين ، ميشيل مايور وديدييه كويلوز.

وجد عمدة و Queloz الأول كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول نجم يشبه الشمس ، والذي كان اكتشافًا بارزًا لسببين: لقد أظهر بشكل قاطع أن الشمس ليست النجم الوحيد الذي يستضيف عائلة من الكواكب (وهو أمر كنا نتصوره منذ فترة طويلة ولكن لم نعرضه أبدًا) ، وأن الكون هو حقًا ، غريب حقا.

نبض البداية

سوف يلاحظ القارئ الدقيق في الفقرة أعلاه أنني كنت واضحًا جدًا في صياغتي: اكتشف العمدة و Queloz أول كوكب خارجي يدور حول أشعة الشمس نجم وليس أول كوكب خارجي نفسه. يعود هذا الفضل إلى ألكسندر فولزكزان ودال فرايل في عام 1992. وفي الواقع ، حصلوا على صفقة ثنائية مقابل واحد ، حيث وجدوا كوكبين يدوران حول النجم نفسه.

لكن هذا النجم كان مختلفًا تمامًا عن شمسنا. كانت النجم النابض، بقايا بقايا كثيفة تدور بسرعة من نجم عملاق في السابق. يقوم هذا النجم النابض برش شعاع بانتظام فوق الأرض ، مثل وميض منارة بعيدة - ومن هنا جاء الاسم النجم النابض. عندما تدور الكواكب الخارجية حول ذلك النواة الميتة ، فإنها تجذب بلطف النجم النابض ، مما يجعله يتذبذب ، مما سيؤدي إلى تغييرات طفيفة في ترددات البقع النابضة هنا على الأرض.

في حين كان هذا اكتشافًا كبيرًا لعلم الفلك ، لم يكن بالضبط ما كنا نبحث عنه. أردنا أن نعرف - وما زلنا نريد أن نعرف - إذا كانت هناك أرض أخرى. وعلى الرغم من أن مفهوم الكواكب التي تنجو من تفجير مستعر أعظم ولا تزال تدور حول بقايا القلب يمثل مشكلة مثيرة للغموض ، إلا أنها لا تساعدنا مباشرة في مطاردتنا. والأكثر من ذلك ، تعتمد التقنية المستخدمة على النجم النابض على الترددات المنتظمة لنبضاتها ، وهي خدعة لا يمكننا استخدامها على النجوم العادية.

جعله التيار

وبدلاً من ذلك ، كان علينا أن نشاهد النجوم نفسها تتذبذب ، ولم يتقن علماء الفلك التكنولوجيا لتقديم هذا القياس إلا بعد بضع سنوات.

اعتمدت التقنية على مطياف ، وهو جهاز لكسر الضوء من مصدر بعيد إلى العديد من مكوناته (بشكل أساسي قوس قزح علمي للغاية). باستخدام هذا الطيف ، يمكن لعلماء الفلك مثل Mayor و Queloz العثور على تواقيع العناصر المعروفة ، مثل الهيدروجين والكربون ، من بصمات الأصابع التي يتركونها في الطيف. من هناك ، يمكنهم التحديق في النجم يومًا بعد يوم ، بحثًا عن تغييرات في الطيف.

ويمكن لهذه التغييرات في الطيف أن تكشف حركة النجم من خلال التحول الدوبلري. نفس التحول الذي يتسبب في تغيير عويل سيارة الإسعاف أثناء مرورها للضوء. عندما يتحرك المصدر نحوك ، يتحول الضوء إلى ترددات أعلى وأكثر ضبابية ، وعندما يتحرك المصدر بعيدًا عنك ، ينخفض ​​إلى ترددات أقل وأكثر احمرارًا.

لم تكن هذه تقنية جديدة. ظل الفلكيون يقيسون تغير دوبلر للنجوم منذ ما يقرب من مائتي عام.

ولكن في عام 1995 ، خطت عمدة و Queloz خطوة أخرى إلى الأمام ، مع رفع دقة أجهزتهم إلى مستويات جديدة ، والبقاء على اطلاع حتى على أكثر التغييرات الدقيقة.

إذا كان كوكب يدور حول نجم ، فإن جاذبية هذا الكوكب ستسحب النجم مثل مقود الكلب العنيد. لن يتحرك النجم كثيرًا - غالبًا ما تفوق النجوم كواكبها بعدة أوامر من الحجم - لكنها لا تزال تتحرك ، على أمل أن يتم اكتشافها. وفي عام 1995 الزوج مسمر الفائزون بجائزة نوبل، مؤكدا التمايل ذهابا وإيابا في طيف النجم 51 Pegasi ، وهو تمايل لا يمكن أن يكون سببه سوى رفيق صغير غير مرئي نسبيًا - كوكب خارجي في المدار.

ممل هو الأفضل

لا يوجد شيء مميز بشكل خاص حول 51 بيغاسي ، وهذا ما يجعل اكتشاف كوكب خارج المجموعة الشمسية هناك أمرًا رائعًا. إنه مجرد نجم عادي ، كل يوم ، يجلس على بعد حوالي 50 سنة ضوئية ، مع كتلة تزيد بنحو 10 ٪ عن الشمس وعمر أعلى قليلاً ، في عمر 6 مليارات سنة.

إنه نجم عادي ، يعيش حياة نجمية طبيعية ، مع وجود كوكب واحد على الأقل حوله. تماما مثل شمسنا.

أدى اكتشاف العمدة و Queloz إلى عصر جديد من صيد الكواكب الخارجية ، مما أدى إلى مئات ، وفي النهاية الآلاف ، من اكتشافات الكواكب الخارجية المؤكدة. إنها شائعة جدًا الآن لدرجة أن الإعلانات نادراً ما تندلع في الأخبار ، وهي مسألة وقت فقط قبل أن نجد توأماً يشبه الأرض.

البعض يفضلها كوكب المشتري الساخن

لكن الكوكب الذي يدور حول 51 بيغاسي لا يشبه ما نراه في نظامنا الشمسي ، وكان من المفاجئ أن أحد ردود الفعل الأولى لاكتشافه كان التخلص من النتيجة تمامًا على أنها خردة.

لكن نتيجة عمدة و Queloz كانت لا جدال فيها ، وكان علينا مواجهة الواقع الذي قدمه لنا 51 بيغاسي. كوكبها ، المدبلج في ذلك الوقت 51 بيغاسي ب والآن يُطلق عليها اسم Dimidium من قبل الاتحاد الفلكي الدولي (على الرغم من أن بعض الفلكيين يتمسكون باسمها غير الرسمي Bellerophon) ، هو عملاق غاز نموذجي جدًا ، حوالي نصف كتلة المشتري ، أو 150 ضعف كتلة الأرض.

وتدور على بعد 5 ملايين ميل (8 ملايين كيلومتر) فقط من نجمها الأم.

بالنسبة للسياق ، هذا أقرب من شمسنا بأكثر من سبع مرات.

كيف انتهى عملاق الغاز الضخم ، الذي لا يمكن أن يتشكل إلا على مشارف النظام الشمسي حيث يوجد ما يكفي من المواد الخام لتجميع كوكب يصل إلى مثل هذه النسب الضخمة ، بحيث يكون قريبًا بشكل غير مريح من أصله؟ ما زلنا غير متأكدين تمامًا ، لكننا توصلنا إلى اسم رائع لهم: كوكب المشتري الساخن.

من خلال ملاحظة واحدة مخصصة ، توصل العمدة و Queloz إلى خدعتين. أطلقوا حقبة جديدة من أبحاث علم الفلك في الكواكب الخارجية ، وقلبوا عقودًا من الفهم لكيفية تشكل الكواكب. لا عجب أنهم فازوا بجائزة نوبل.

• أغرب الكواكب الغريبة بالصور
• حار للغاية وقريب بشكل لا يصدق: كيف يتحدى المشتري الساخن النظرية
• 10 كواكب خارج المجموعة الشمسية يمكنها استضافة حياة غريبة

يمكنك الاستماع إلى بودكاست Ask A Spaceman onاي تيونز، وعلى الويب في http://www.askaspaceman.com. اطرح سؤالك على Twitter باستخدام #AskASpaceman ، أو باتباع Paul PaulMattSutter و facebook.com/PaulMattSutter. تابعنا على تويتر Spacedotcom أو موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك.