Újabb Nobel-díj csillagászati kutatásokért és felfedezésekért

1449

A 2019-es fizikai Nobel-díj egyik fele a jelenlegi kozmológiai képünk fizikai megalapozásáért, a másik fele a Napunkhoz hasonló csillag körül keringő első exobolygó felfedezéséért járt.

Október 8-án, szerdán délelőtt hirdették ki Stockholmban, a Svéd Királyi Akadémián a 2019-es fizikai Nobel-díjjal elismert tudósok neveit. Ebben az évben a 9 millió svéd korona összértékű díj egyik felét James Peebles-nek, a Princeton Egyetem professzorának ítélték a “fizikai kozmológia elmélete terén tett felismeréseiért”, a másik felét pedig – megosztva – két svájci kutató, Michel Mayor és Didier Queloz érdemelte ki “az első, egy Napunkhoz hasonló csillag körül keringő exobolygó felfedezéséért”. A Nobel-bizottság a díj két felét együttesen az Univerzum fejlődésének, valamint Földünk Kozmoszban elfoglalt helyének megértéséért tett erőfeszítések elismerésének nevezte.

A 2019-es Fizika Nobel-díj nyertesei (James Peebles, Michel Mayor és Didier Queloz) a nobelprize.org oldal hivatalos rajzain (Ill. Niklas Elmedhed © Nobel Media)

James Peebles (1935-) egyike azoknak a kutatóknak, akiknek a vezetésével az elmúlt bő fél évszázadban a kozmológiát sikerült a tisztán filozófiai gondolatmenetek és spekulációk világából a fejlett matematikai és fizikai eszköztár segítségével művelhető, egzakt tudományággá változtatni.

Az 1940-es évek végén George Gamow, Ralph Alpher és Robert Herman vetette fel először, hogy a Világegyetem egy végtelenül forró pontból keletkezhetett (ez később ősrobbanás-elmélet néven vált ismertté), és hogy az Univerzum ma megfigyelhető szerkezeti elemei (először az atomok, majd a molekulák, majd az egyre nagyobb struktúrák, egészen az első galaxisokig) az anyag néhány ezer kelvin hőmérsékletűvé hűlése után alakulhattak ki. Utóbbi folyamat elején vált az Univerzum anyagsűrűsége kellően alacsonnyá ahhoz, hogy a sugárzás számára átlátszóvá váljon; ennek az eseménynek a nyoma pedig az említett kutatók szerint egy nagyon alacsony (mindössze néhány K) hőmérsékleti sugárzás formájában lehet jelen az egész Univerzumban.

Bár a kutatók többsége akkoriban nagyon szkeptikus volt annak kapcsán, hogy Gamowék elméletét valaha is sikerül megfigyelésekkel bizonyítani, 1965-ben végül – részben a szerencsének köszönhetően – mégis sikerült. Két amerikai fizikus, Arno Penzias és Robert W. Wilson egy nagy érzékenységű, mikrohullámú rádióantenna tesztelése közben kimért egy, a tér minden irányából egyforma intenzitásúnak tűnő “háttérzajt”, eredményüket pedig egy vezető asztrofizikai szaklapban publikálták. A felfedezésről már korábban értesülve a Princeton Egyetem professzora, Robert H. Dicke és munkatársai – köztük a fiatal Peebles – felismerték, hogy ez a háttérzaj lehet a Gamowék által megjósolt háttérsugárzás. Eredményeiket sikerült ugyanabban a lapszámban közölniük, mint Penziaséknak, Peebles pedig még ugyanebben az évben egy további, előremutató tanulmányt is közölt a témában. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás felfedezését már 1978-ban fizikai Nobel-díjjal ismerték el, ám ezt akkor csak a két megfigyelő, Penzias és Wilson érdemelte ki.

A következő évtizedekben a kozmológiai kutatások rohamos léptékben fejlődtek, s a nyolcvanas évekre nagyrészt megszületett a Világegyetem keletkezésének és fejlődésének ma legáltalánosabban elfogadott, ún. standard kozmológiai modellje. Peebles vezető szerepet játszott a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás apró, irányfüggő fluktuációinak (anizotrópiáinak) előrejelzésében és értelmezésében, amelyek közvetlen összefüggésben vannak a Világegyetem geometriájával és ma megfigyelhető, nagy léptékű szerkezetével (az ezt vizsgáló COBE műhold vezető fejlesztő-kutatói, George F. Smoot és John C. Mather 2006-ban már kiérdemelték a fizikai Nobel-díjat). Emellett az elsők között írta le részletesen az Univerzum kezdeti időszakában fennálló, lehetséges fizikai viszonyokat, valamint az Univerzum összetételét és fejlődését feltehetően jelentősen befolyásoló sötét anyag és sötét energia ötletét. Kutatói munkássága mellett több alapvető kozmológia-tankönyv szerzője is, és minden kétséget kizáróan a modern kozmológia egyik atyja (a már felsoroltakon túl olyan fizikusok mellett, mint pl. Rainer Sachs, Arthur Wolfe, Jakov Zeldovics, Rasid Szunyajev, Andrej Szaharov vagy Steven Weinberg).

Az Univerzum idővonala, mai ismereteink szerint: az ősrobbanást követő, sűrű, forró időszak végén a sugárzás számára átlátszóvá váló anyagból létrejöttek a ma megfigyelhető struktúrák. A folyamat nyomát kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás formájában figyelhetjük meg, amelynek apró, irányfüggő fluktuációi betekintést adnak a Világegyetem geometriájába és szerkezetének kialakulásába (© Johan Jarnestad, Királyi Svéd Akadémia).

Az idei fizikai Nobel-díj másik felét az exobolygó-kutatás első, úttörő eredményét felmutató csillagászok, Michel Mayor (1942-) és Didier Queloz (1966-) kapták. Míg az 1990-es évek közepéig inkább csak a sci-fi írók műveiben szerepeltek távoli csillagrendszerekben lévő bolygók, addig az elmúlt 25 évben az exobolygó-kutatás a csillagászat és általában véve a tudomány napjaink egyik legsikeresebb és legizgalmasabb ágává fejlődött (összefoglaló írások pl. itt, itt és itt).

A távoli csillagok körül keringő planéták detektálása nehéz feladat (lásd a fentebb megjelölt összefoglaló írásokat), és ezen a téren Mayor és Queloz tette meg az első sikeres lépést 1995-ben. Az ún. radiálissebesség-módszerrel (azaz a csillag színképvonalaiban egy nem látható kísérő által okozott, periodikus eltolódások megfigyelésével) sikeresen mutattak ki egy Jupiterhez hasonló kísérőt az 51 Pegasi jelű, Napunkhoz hasonló csillag spektrumaiban (speciális objektum, egy neutroncsillag körül már 3 évvel korábban sikerült bolygószerű kísérőt azonosítani). A 80-as évek végétől kezdve párhuzamosan több kutatócsoport is elkezdett hasonló felméréseket végezni, de Mayorék előtt mindenkinek csak csillagszerű kísérőket (törpecsillagok, barna törpék) sikerült kimutatniuk. A következő években számos további bolygót fedeztek fel földfelszíni programok révén; ezek közül a Geoffrey Marcy és Paul Butler által a kaliforniai Lick Obszervatóriumban indított program volt a legsikeresebb.
A későbbi, földfelszíni (köztük a magyar vezetésű HATNet-program), majd még inkább az űrtávcsövekkel (elsősorban a Kepler, illetve a CoRoT, legújabban pedig a TESS révén) végzett, szisztematikus megfigyelési programok eredményeként jelenleg mintegy 4000 csillag körül ismerünk bolygókat (többségüket az ún. fedési módszerrel fedezték fel), de feltehetően csak a mi Galaxisunkban milliárdszámra lehetnek még planéták. A már felfedezettek között több bolygót tartalmazó rendszerek (akár hét detektált planétával), sőt kettőscsillagok körül keringő bolygók is találhatók.

Az exobolygó-kutatás egyik legfontosabb eredménye, hogy bár a miénkhez hasonló rendszereket is sikerült találni, ugyanakkor a megismert bolygók és bolygórendszerek erősen különböznek a Naprendszerben látottaktól (pl. központi csillagukat néhány nap alatt megkerülő, forró óriásbolygók, vagy a Föld és a Neptunusz mérete közé eső, egyelőre bizonytalan összetételű “szuperföldek” és “szubneptunuszok”). Mindez fontos és nehéz kihívások elé állítja mind a bolygókeletkezési folyamatokat, mind az egyes rendszerek lakhatósági viszonyait vizsgáló kutatókat. A közeljövőben (olyan új eszközök, mint pl. a 2021-re tervezett indítású James Webb-űrtávcső segítségével) további, forradalmi felfedezések várhatóak az exobolygó-kutatás terén, mint például nagy számú, Föld-típusú bolygó felfedezése, egyes bolygólégkörök kémiai összetételének meghatározása (elsősorban az élet ismert feltételei közé számító vízgőz vagy oxigén kimutatásának reményében), vagy esetleges exoholdak detektálása.

Az 51 Pegasi bolygója által okozott, periodikus látóirányúsebesség-változás a csillag színképében (Mayor és Queloz, 1995, Nature, 378, 355).

A Világegyetem titkainak megismerését célzó kutatások jelentőségét és dinamikus fejlődését jól jelzi, hogy az ezredforduló óta eltelt időszakban a fizikai Nobel-díjak mintegy harmadát csillagászati, illetve részben csillagászati kötődésű felfedezésekért és felismerésekért ítélték oda (egy 2009-es összeállítás a csillagászati kötődésű Nobel-díjakról itt, a 2011-es és 2017-es fizikai Nobel-díjakról pedig itt és itt olvasható).

Forrás: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/press-release/, 2019. október 8.

Hozzászólás

hozzászólás