Το Νόμπελ Φυσικής τιμά αρχιτέκτονα της σύγχρονης κοσμολογίας, ανακαλυπτές άλλων κόσμων

Το φετινό βραβείο Νόμπελ Φυσικής τιμά την ανθρώπινη επιθυμία να κατανοήσει τόσο τη θεμελιώδη φύση του σύμπαντος όσο και τις πλανητικές του ιδιαιτερότητες. Το μισό από το έπαθλο των 900.000 δολαρίων πηγαίνει στον κοσμολόγο Τζέιμς Πίμπλες του Πανεπιστημίου Πρίνστον, για τη δημιουργία των θεμελίων της σύγχρονης κοσμολογίας και την πρόβλεψη των βασικών συστατικών του σύμπαντος. Το άλλο μισό θα χωριστεί μεταξύ των αστρονόμων Michel Mayor και Didier Queloz. Το 1995, στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης στην Ελβετία, ανακάλυψαν τον πρώτο πλανήτη γύρω από ένα άλλο αστέρι που μοιάζει με ήλιο — ανοίγοντας τις πύλες για την ανακάλυψη χιλιάδων ακόμη εξωπλανητών κάθε περιγραφής.

Οι πολλές θεωρητικές προβλέψεις του Peebles έχουν αποδειχθεί προληπτικές. Για αρχή, το 1965 προέβλεψε ότι η μεγάλη έκρηξη πριν από σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια θα έπρεπε να είχε αφήσει μια μεταγενέστερη λάμψη, ακτινοβολία που θα είχε εκταθεί σε μήκη κύματος μικροκυμάτων καθώς το σύμπαν επεκτεινόταν. Αυτό το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB) ανακαλύφθηκε την ίδια χρονιά και έχει αποδειχθεί πολύτιμο για την αποκρυπτογράφηση του σύμπαντος. «Ήταν ο τύπος στις πρώτες μέρες", λέει ο Τζόζεφ Σιλκ, κοσμολόγος από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης στο Ηνωμένο Βασίλειο. "Έβαλε τη φυσική στην κοσμολογία."

Άλλοι είχαν προτείνει μια υστεροφημία. Ο Peebles αποκάλυψε τις λεπτομέρειες. Έδειξε πώς η θερμοκρασία του καθορίζεται από την αφθονία των φωτεινών στοιχείων στον κόσμο. Προέβλεψε επίσης ότι η αργή αλληλεπίδραση μεταξύ της ακτινοβολίας, της συνηθισμένης ύλης και της σκοτεινής ύλης - το αόρατο υλικό που ήδη θεωρούνταν ότι συγκρατούσε τους γαλαξίες μαζί - θα προκαλούσε τη μεταβολή της θερμοκρασίας του CMB από σημείο σε σημείο στον ουρανό. Αυτές οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις εντοπίστηκαν τελικά από τον δορυφόρο Cosmic Background Explorer της NASA, ο οποίος εκτοξεύτηκε το 1989.

Για να πάρει σωστά το μέγεθος αυτών των διακυμάνσεων, ωστόσο, ο Peebles έπρεπε να συμπεριλάβει σε αυτό το θεωρητικό έργο όχι μόνο τη σκοτεινή ύλη, αλλά και μια ενέργεια που εκτείνεται στον κενό χώρο. Αναβίωσε την αποκηρυγμένη ιδέα του Άλμπερτ Αϊνστάιν για μια κοσμολογική σταθερά, μια μορφή σκοτεινής ενέργειας υφασμένη στο ίδιο το διάστημα. Αυτή η κίνηση ενισχύθηκε με την ανακάλυψη του 1998 ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται, σαν να οδηγείται από τη σκοτεινή ενέργεια.

Τις τελευταίες 2 δεκαετίες, ολοένα και πιο ακριβείς διαστημικές αποστολές για τη μελέτη του CMB, όπως το Wilkinson Microwave Anitropy Probe (WMAP) της NASA και το διαστημόπλοιο Planck της Ευρώπης, έχουν βελτιώσει τη συνταγή των κοσμολόγων για τη δημιουργία του σύμπαντος:5% συνηθισμένη ύλη, 26% σκοτεινή ύλη και 69% σκοτεινή ενέργεια. "Όταν είδα για πρώτη φορά το αποτέλεσμα του WMAP, η περίληψη μιας πρότασης ήταν "Ο Τζιμ Πίμπλες έχει δίκιο", λέει ο κοσμολόγος του Πρίνστον, Ντέιβιντ Σπέργκελ, ο οποίος εργάστηκε σε αυτήν την αποστολή.

Κατά ειρωνικό τρόπο, ο Peebles λέει ότι ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πρίνστον στα τέλη της δεκαετίας του 1950 είχε τις αμφιβολίες του σχετικά με την είσοδο στον τομέα της κοσμολογίας. «Ήμουν πολύ ανήσυχος να πάω στην κοσμολογία γιατί οι πειραματικές παρατηρήσεις ήταν τόσο μέτριες», θυμάται τηλεφωνικά κατά τη διάρκεια της συνέντευξης Τύπου που ανακοινώνει το βραβείο. «Το χωράφι μεγάλωσε και μεγάλωσα μαζί του». Ο Chuck Bennett, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ, σημειώνει ότι το βραβείο του Peebles είναι "περισσότερο ένα βραβείο επίτευγμα ζωής παρά ένα βραβείο για ένα κύριο εγκεφαλικό επεισόδιο".

Ο Mayor και ο Queloz, αντίθετα, άλλαξαν την αστρονομία με ένα κύριο χτύπημα - αν και εκείνη την εποχή, ακόμη κι αυτοί αναρωτήθηκαν αν η ανακάλυψή τους θα μπορούσε να είναι αληθινή. Ήταν ένας πλανήτης που κανείς δεν πίστευε ότι ήταν εφικτός:ένας αέριος γίγαντας της μισής μάζας του Δία, αλλά σε τροχιά τόσο κοντά στο άστρο του που έμοιαζε να σκαρφαλώνει ουσιαστικά την επιφάνεια. Εκείνη την εποχή, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι μεγάλοι πλανήτες θα μπορούσαν να υπάρχουν μόνο πιο μακριά σε ένα ηλιακό σύστημα. «Χρειάστηκαν πολύ χρόνο για να πείσουν τον εαυτό τους ότι είχαν βρει πραγματικά έναν πλανήτη σε αυτή την τροχιά», λέει ο αστρονόμος Nikku Madhusudhan από το Πανεπιστήμιο του Cambridge στο Ηνωμένο Βασίλειο.

Τώρα, λιγότερο από 2,5 δεκαετίες αργότερα, οι εξωπλανήτες έχουν γίνει «από σκοτεινοί, περιθωριακόι και γελοίοι σε άξιους Νόμπελ», λέει η αστρονόμος Sara Seager από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης στο Κέιμπριτζ, η οποία αποκαλεί το βραβείο «ένα τεράστιο φόρο τιμής στους ανθρώπους σε όλο τον κόσμο. ο κόσμος κάνει τους εξωπλανήτες πραγματικούς». Οι αστρονόμοι γνωρίζουν τώρα ότι σχεδόν όλα τα αστέρια στον Γαλαξία μας έχουν μια ομάδα πλανητών. Και ο πιο συνηθισμένος τύπος πλανήτη είναι αυτός που δεν βρίσκεται στο ηλιακό μας σύστημα:κάτι μεταξύ του μεγέθους της Γης και του Ποσειδώνα.

Οι αστρονόμοι έψαχναν για πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια για όσο διάστημα είχαν τηλεσκόπια. Αλλά οι προκλήσεις είναι τεράστιες:ένα αστέρι μπορεί να είναι δισεκατομμύρια φορές πιο φωτεινό από τους πλανήτες γύρω του και σε διαστρικές αποστάσεις ο φαινομενικός διαχωρισμός τους είναι μικροσκοπικός. Στη δεκαετία του 1980, οι αστρονόμοι άρχισαν να προσπαθούν να τους ανιχνεύσουν έμμεσα χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία ακριβείας. Η βαρύτητα ενός μεγάλου πλανήτη, καθώς περιφέρεται σε τροχιά, μπορεί να τραβήξει γύρω του το αστέρι του. Οι αστρονόμοι μπορούν έτσι να αναζητήσουν περιοδικές μετατοπίσεις Doppler στα μήκη κύματος του φωτός του άστρου καθώς κινείται από και προς τη Γη.

Τον Απρίλιο του 1994, ο Mayor και ο Queloz άρχισαν να παρατηρούν 142 αστέρια που μοιάζουν με τον ήλιο για την ενδεικτική ταλάντωση χρησιμοποιώντας ένα νέο φασματόμετρο από το Παρατηρητήριο Haute-Provence στη Γαλλία. Ο αισθητήρας τους μπορούσε να ανιχνεύσει αστρικές κινήσεις τόσο αργές όσο 13 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, ελαφρώς πιο γρήγορα από τον σπρίντερ Usain Bolt. Αρκετά αστέρια φάνηκαν να δείχνουν κίνηση αλλά ένα αστέρι, που ονομάζεται 51 Pegasi, πρόσφερε ένα σαφές σήμα. Από την περίοδο και το πλάτος της ταλάντωσης και τη μάζα του άστρου, υπολόγισαν ότι ο πλανήτης, ένας αέριος γίγαντας που ονομάζεται 51 Pegasi b, ήταν ένας «καυτός Δίας», που περιφέρεται γύρω στο ένα έβδομο της απόστασης του Ερμή από τον Ήλιο. "Η θεωρία σχηματισμού πλανητών [εκείνη την εποχή] δεν προέβλεψε έναν τέτοιο πλανήτη", λέει ο Madhusudhan.

Άλλες ομάδες άρχισαν να βρίσκουν θερμούς Δία γύρω από αστέρες που ταλαντεύονται και οι αστρονόμοι άρχισαν να προτείνουν ότι οι γιγάντιοι πλανήτες μπορεί να σχηματιστούν μακριά από τα αστέρια τους, αλλά μπορούν να μεταναστεύσουν προς τα μέσα. Στη συνέχεια, το 2000, οι αστρονόμοι βρήκαν έναν νέο τρόπο για να ανακαλύψουν πλανήτες:παρακολουθώντας περιοδικές μειώσεις στο φως ενός άστρου, ένα σημάδι ότι ένας πλανήτης είχε περάσει μπροστά από το αστέρι ή «διέρχονταν». Ενώ οι ταλαντεύσεις έχουν αποκαλύψει αρκετές εκατοντάδες εξωπλανήτες, η μέθοδος διέλευσης, που αναπτύχθηκε με ιδιαίτερη γοητεία από τον δορυφόρο Kepler της NASA, έχει φέρει πολλές χιλιάδες. Αυτές οι δύο τεχνικές αποκαλύπτουν τη μάζα και την ακτίνα ενός πλανήτη, αντίστοιχα, έτσι ώστε να μπορεί να υπολογιστεί η πυκνότητά του—και οι αστρονόμοι μπορούν να συμπεράνουν εάν ο μακρινός κόσμος είναι βραχώδης ή αέριος.

Μπορούν επίσης να διερευνήσουν τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών αναζητώντας τα μοτίβα απορρόφησης που αφήνουν τα μόρια αερίων στο φάσμα του αστρικού φωτός που έχει βοσκήσει τον πλανήτη. Η τεχνική —που εφαρμόζεται μόνο σε λίγους εξωπλανήτες μέχρι στιγμής—θα λάβει ώθηση με την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb το 2021.

Ο Mayor και η ομάδα του ανακάλυψαν περίπου 200 ακόμη πλανήτες. Αν και επίσημα συνταξιούχος, συνεχίζει να παρατηρεί. Το Queloz, τώρα στο Κέιμπριτζ, συνεχίζει να κυνηγά εξωπλανήτες και συμμετέχει στο έργο Search for κατοικήσιμων πλανητών Eclipsing Ultra-cool Stars (SPECULOOS), μια συλλογή τηλεσκοπίων για την ανίχνευση πλανητών γύρω από τα μικρότερα αστέρια χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Doppler. Σύμφωνα με τον επικεφαλής του SPECULOOS, Michaël Gillon του Πανεπιστημίου της Λιέγης στο Βέλγιο, ο Queloz βρισκόταν σε μια συνάντηση έργου σήμερα όταν δικαιολογήθηκε για να πάρει ένα τηλεφώνημα. Λίγα λεπτά αργότερα παρακολούθησαν όλοι μια διαδικτυακή ανακοίνωση του βραβείου που απονεμήθηκε στον απόντα συνάδελφό τους. «Αξίζει πραγματικά», λέει ο Gillon, ο οποίος έκανε μεταδιδακτορική υποτροφία στη Γενεύη με τον Mayor και τον Queloz. "Η επόμενη δεκαετία θα είναι εξαιρετικά συναρπαστική για το γήπεδο."