Presenetljivo odkritje vročih Jupitrov

Odkritje eksoplanetov velja za enega izmed najpomembnejših znanstvenih dosežkov na področju astronomije v zadnjih tridesetih letih. A čeprav se nam danes zdi samoumevno, da okoli večine zvezd krožijo planeti, je bilo prelomno odkritje v devetdesetih letih prejšnjega stoletja pospremljeno z dobršno mero dvoma. Lastnosti eksoplaneta, krožečega okoli zvezde 51 Pegasi, so bile namreč sprte z logiko. Planet velikosti Jupitra, ki okoli gostujoče zvezde kroži na oddaljenosti, dvajsetkrat manjši od razdalje med Zemljo in Soncem? Nemogoče!

Zakaj so znanstveniki tako zagreto nasprotovali obstoju eksoplaneta, nam razkrije navdušujoča zgodba njegovega odkritelja Didiera Queloza.

Nešteto svetov v neskončnem vesolju

Učenjaki o morebitnem obstoju eksoplanetov razglabljajo že stoletja. Italijanski filozof Giordano Bruno, eden izmed zgodnejših podpornikov heliocentričnega sistema, je trdil, da so zvezde objekti podobni Soncu in da okoli njih krožijo planeti. Leta 1594 je zapisal: “Ta prostor razglašamo za neskončen… V njem je neskončno svetov podobnih našemu.”

Minilo je kar nekaj časa, preden je tehnika opazovanja dosegla natančnost, s katero bi bilo mogoče nedvoumno potrditi kroženje planeta okoli oddaljene zvezde. V dvajsetem stoletju je več znanstvenikov oznanilo odkritje eksoplaneta, a vse trditve so bile ovržene.

Potem pa sta leta 1992 radijska astronoma Aleksander Wolszczan in Dale Frail zatrdno pokazala obstoj ne enega, temveč kar dveh eksoplanetov. Odkritje je bilo dokaj nepričakovano, saj sta planeta krožila okoli pulzarja, hitro se vrteče nevtronske zvezde z izjemno močnim magnetnim poljem. Čeprav odkritje ni bilo sporno, je pustilo grenak priokus. Eden izmed glavni čarov eksoplanetov je njihova povezava z morebitnim zunajzemeljskim življenjem. Na planetih, krožečih okoli pulzarja, življenje praktično ne more obstajati.

V približno enakem obdobju pa se je na Univerzi v Ženevi počasi kuhala znanstvena revolucija.

Konec kariere ali Nobelova nagrada?

Planeti v Osončju s svojo gravitacijo vplivajo na gibanje Sonca. Sonce ni pri miru, temveč se z Jupitrom giba okoli skupne točke (pri čemer zanemarimo veliko manjši vpliv preostalih manj masivnih planetov). Soncu se v dvanajstih letih, kolikor traja obhod Jupitra, hitrost gibanja spreminja za približno 12 metrov na sekundo. Bi lahko podobno majhne odmike našli pri drugih zvezdah? Bi lahko na ta način odkrili eksoplanete?

Didier Queloz je v začetku devetdesetih let kot doktorski študent pod mentorstvom Michela Mayorja izpopolnjeval mehanizem merjenja majhnih premikov zvezd. Z izboljšavami sta nameravala izmeriti premike nekaterih Soncu podobnih zvezd in upala, da bi na ta način odkrila kaj zanimivega.

Bližal se je konec Quelozovega doktorskega študija, ko je Mayor odšel na sobotno leto. Queloz se je znašel sam na observatoriju, kjer naj bi v nekaj tednih natančno opazoval premike stotih zvezd. Ena izmed prvih zvezd, ki jo je opazoval, je bila zvezda 51 Pegasi. Presenečen je ugotovil, da se zvezda premika veliko bolj od pričakovanj. Kot pritiče doktorskemu študentu, je bila prva reakcija obup in potrtost. “To je konec mojega doktorata, nič ne deluje tako, kot bi moralo!” 

Sprva si svojih rezultatov ni upal omeniti mentorju. Več mesecev je obdeloval podatke in poskušal najti napako. Nekje se je morala skrivati. A vse je izgledalo v redu in ko je izčrpal vse možne črne scenarije, je prišel do zaključka: okoli zvezde se giblje planet velikosti Jupitra s periodo pičlih štirih dni! Razdalja med planetom in zvezdo je morala biti dvajsetkrat manjša od razdalje med Zemljo in Soncem. Takšen planet je zelo vroč in dandanes tak tip planeta poznamo pod imenom vroči Jupiter. A v tistih časih si nihče niti v sanjah ni predstavljal, da bi takšni planeti lahko obstajali.

Queloz se je končno opogumil in svoje podatke in zaključke poslal mentorju. Mayor je prijazno pohvalil Quelozovo delo, a kasneje priznal, da se mu je zdel rezultat popolnoma nesmiseln. Ko tudi Mayor ni našel ničesar sumljivega v eksperimentu, je postalo jasno, da sta na sledi nečemu velikemu. Še vedno sta bila previdna in preden sta karkoli objavila, sta opravila novo serijo opazovanj. Tokrat sta iz že pridobljenih podatkov imela napoved, kako bi se morala zvezda gibati. In res, nova opazovanja so se odlično ujemala z napovedmi. Odkritje sta objavila leta 1995.

Izjemnega odkritja se Queloz spominja z mešanimi občutki. Bil je izjemno nervozen. Če sta se z Mayorjem motila, je bil to konec njegove znanstvene kariere preden se je ta sploh začela. Če pa sta imela prav, bi odkritju lahko sledila Nobelova nagrada. In res, Didier Queloz in Michel Mayor sta si leta 2019 za odkritje prvega eksoplaneta okoli Soncu podobne zvezde delila Nobelovo nagrado za fiziko.

Mit trenutka “Eureka!” v znanosti

Nihče ni bil pripravljen na odkritje vročega Jupitra. Šele ko je bilo odkritih še več podobnih eksoplanetov, je znanstvena skupnost po več letih sprejela rezultate. Razlog za nezaupanje je bilo preprosto dejstvo, da vročih Jupitrov ni v Osončju. Pred odkritjem je veljalo prepričanje, da lahko tak velikanski planet nastane le prek lepljenja velike količine ledenih delcev. Ti v bližini zvezd zaradi prevelike vročine ne morejo obstati.

Danes poznamo več modelov, ki opisujejo nastanek vročih Jupitrov. Pomemben je bil predvsem uvid, da planeti med življenjem lahko migrirajo med različnimi oddaljenostmi od gostujoče zvezde. Planet tako lahko zraste daleč stran od zvezde, nato pa prek različnih procesov potuje bližje zvezdi.

Zgodba odkritja prvega vročega Jupitra nam razkrije nevarnosti antropocentrične perspektive pri raziskavah vesolja in znanosti na splošno. Danes poznamo več kot 4000 eksoplanetov. Nekatera osončja so podobna našemu, še več je takih, ki so popolnoma drugačna. Nekateri planeti krožijo okoli dvojnih ali celo trojnih zvezd. Vseh sedem planetov v sistemu Trappist-1 kroži okoli zvezde na razdaljah, manjših od razdalje Merkurja od Sonca. Na nekaterih planetih dežuje staljeno železo, drugi naj bi pod površjem skrivali ogromne količine diamantov. Človeška domišljija naravi ne seže do kolen.

Pomembno je poudariti, da običajno traja veliko časa, preden znanstvenik sam razume in sprejme svoje odkritje. Mogoče je pojasnilo čudnega rezultata zelo preprosto. Tudi če znanstvenik rigorozno sledi znanstvenemu procesu, se lahko čez leta po objavi izkaže, da se je nekje prikradla napaka. Zato so znanstveniki ob vsaki napovedi velikega odkritja upravičeno skeptični.

In zato se moramo vsi pripraviti na naslednje veliko odkritje, to je odkritje življenja v vesolju. Opazovanja in študija atmosfer eksoplanetov so vse boljša. V atmosferah smo že našli vodo in druge molekule. Slej ko prej bomo našli tudi sledove značilnih plinov, ki jih povzročajo biološki kemijski procesi. A ne pričakujte, da bo znanstvena skupnost poskočila od navdušenja. Trajalo bo zelo dolgo časa, in ogromno dodatnih raziskav, preden bomo lahko potrdili, da v vesolju nismo sami.

-