今年のノーベル物理学賞は、宇宙の基本的な性質とその惑星の特殊性の両方を理解したいという人間の願望を称えます。賞金 90 万ドルの半分は、現代の宇宙論の基礎を築き、宇宙の基本的な成分を予測したプリンストン大学の宇宙学者ジェームズ ピーブルズに贈られます。残りの半分は、天文学者のミシェル・マヨールとディディエ・ケロスに分けられます。 1995 年、スイスのジュネーブ大学で、彼らは別の太陽のような星の周りに最初の惑星を発見しました。これにより、あらゆる種類の系外惑星がさらに数千個発見される可能性が開かれました。
Peebles の多くの理論的予測は、先見の明がありました。まず、1965 年に彼は、140 億年近く前のビッグバンが残光を残し、宇宙が膨張するにつれてマイクロ波の波長にまで伸びたであろう放射を予測した。その宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) は同じ年に発見され、宇宙を解読するのに非常に貴重であることが証明されました。 「彼はだった 英国のオックスフォード大学の宇宙学者、ジョセフ・シルクは言います。彼は「物理学を宇宙論に取り入れました」
他の人は余韻を示唆していました。ピーブルズは詳細を明らかにした。彼は、宇宙の豊富な軽元素によってその温度がどのように固定されているかを示しました。彼はまた、放射線、通常の物質、および暗黒物質 (銀河をまとめているとすでに考えられていた目に見えないもの) の間のスロッシング相互作用により、CMB の温度が空全体でポイントごとに変化する可能性があると予測しました。これらの小さな変動は、1989 年に打ち上げられた NASA の Cosmic Background Explorer 衛星によって最終的に発見されました。
しかし、これらの変動の大きさを正確に把握するために、ピーブルズはこの理論的研究に暗黒物質だけでなく、空の空間の伸縮エネルギーも含める必要がありました。彼は、アルバート アインシュタインの否定された宇宙定数 (宇宙そのものに織り込まれた暗黒エネルギーの一種) の考えを復活させました。この動きは、あたかも暗黒エネルギーによって駆動されているかのように、宇宙の膨張が加速しているという 1998 年の発見によって強化されました。
過去 20 年間で、NASA のウィルキンソン マイクロ波異方性探査機 (WMAP) やヨーロッパのプランク宇宙船など、CMB を研究するためのこれまで以上に正確な宇宙ミッションにより、宇宙を作るための宇宙学者のレシピが洗練されました。暗黒物質、および 69% の暗黒エネルギー。 「WMAP の結果を最初に見たとき、私の要約は『ジム・ピーブルズは正しい』というものでした」と、そのミッションに携わったプリンストン大学の宇宙論者 David Spergel は言います。
皮肉なことに、ピーブルズは、1950 年代後半にプリンストン大学の大学院生として、宇宙論の分野に入ることにまったく疑問を持っていたと言います。 「実験的な観測があまりにも控えめだったので、私は宇宙論に進むことに非常に不安を感じていました」と彼は賞を発表する記者会見で電話で思い出した. 「フィールドは成長し、私はそれとともに成長しました。」メリーランド州ボルチモアにあるジョンズ・ホプキンス大学の宇宙論者であるチャック・ベネットは、ピーブルズ氏の賞は「1 回のマスター ストロークに対する賞というよりも、生涯にわたる功績賞である」と述べています。
対照的に、マイヨールとケロースは天文学を一撃で変えましたが、当時は彼らでさえ、自分たちの発見が現実のものになる可能性があるかどうか疑問に思っていました。木星の半分の質量のガス巨人ですが、その星に非常に近い軌道を周回しているため、事実上表面をすくい取っているように見えました。当時の天文学者は、大きな惑星は太陽系の外側にしか存在できないと考えていました。 「彼らは、実際にその軌道に惑星を見つけたと確信するのに長い時間がかかりました」と、イギリスのケンブリッジ大学の天文学者ニック・マドゥスダンは言います.
マサチューセッツ工科大学ケンブリッジ校の天文学者サラ・シーガーは、それから 250 年も経たないうちに、太陽系外惑星は「あいまいで辺境で笑えるものから、ノーベル賞に値するものになった」と述べています。世界が太陽系外惑星を現実のものにしています。」天文学者は現在、天の川銀河のほぼすべての星が同種の惑星を持っていることを知っています。そして、最も一般的な種類の惑星は、太陽系には見られないもので、地球と海王星の間の大きさです。
天文学者は、望遠鏡を持っている限り、他の星の周りの惑星を探していました。しかし、大きな課題があります。恒星は周囲の惑星よりも数十億倍も明るく、恒星間距離では見かけ上の距離はごくわずかです。 1980 年代に、天文学者は精密分光法を使用して間接的にそれらを検出しようとし始めました。大きな惑星の重力は、軌道を回っているため、星を引き寄せることができます。したがって、天文学者は、星が地球に出入りする際に、星の光の波長における周期的なドップラー シフトを探すことができます。
1994 年 4 月、マイヨールとケローは、フランスのオート プロヴァンス天文台の新しい分光計を使用して、142 個の太陽に似た恒星を観察し始めました。彼らのセンサーは、スプリンターのウサイン・ボルトよりわずかに速く、毎秒 13 メートルの速度で恒星の動きを検出することができました。いくつかの星が動きを示しているように見えましたが、ペガスス座51番星と呼ばれる1つの星が明確な信号を提供しました。振動の周期と振幅、および恒星の質量から、ペガスス座 51 番星 b と呼ばれる巨大ガス惑星は、太陽から水星までの距離の約 7 分の 1 を周回する「ホット ジュピター」であると計算されました。 「[当時の]惑星形成理論は、そのような惑星を予測していませんでした」とマドゥスダンは言います。
他のチームは、ぐらついている星の周りに熱い木星を見つけ始め、天文学者は、巨大な惑星が星から遠く離れて形成されるかもしれないが、内側に移動できることを示唆し始めました.その後、2000 年に、天文学者は惑星を発見する新しい方法を発見しました。それは、惑星が星の前を通過した、つまり「トランジット」したという兆候である星の光の周期的な減光を監視することでした。ぐらつきによって数百の太陽系外惑星が明らかになったのに対し、NASA のケプラー衛星によって特に大胆に展開されたトランジット法では、数千の惑星が発見されました。これら 2 つの技術は、惑星の質量と半径をそれぞれ明らかにするため、その密度を計算できます。天文学者は、遠い世界が岩石か気体かを推測できます。
また、惑星をかすめた星明かりのスペクトルにガス分子が残した吸収パターンを探すことで、系外惑星の大気を調べることもできます。この手法は、これまでのところ少数の太陽系外惑星にしか適用されていませんが、2021 年のジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡の打ち上げで勢いを増します。
市長と彼のチームは、さらに約 200 の惑星を発見しました。正式に引退しましたが、彼は観察を続けています。現在ケンブリッジにいるケロスは、太陽系外惑星の探索を続けており、ドップラー法を使用して最小の星の周りの惑星を検出するための望遠鏡のコレクションである、居住可能な惑星食超低温星の検索 (SPECULOOS) プロジェクトに関与しています。ベルギーのリエージュ大学の SPECULOOS チーフである Michaël Gillon 氏によると、ケロース氏は今日、プロジェクトの会議に出席していたときに、電話に出られなかったと言いました。数分後、全員が不在の同僚に授与された賞品の Web キャスト発表を見ました。 「本当に当然のことです」と、ジュネーブで市長とケロスと共にポスドクフェローシップを行ったギロンは言います。 「次の 10 年間は、この分野にとって非常にエキサイティングなものになるでしょう。」
