Mayor und Queloz fingen den ersten Exoplaneten im 56-m/s-Wanken eines Sterns ein

1995 war kein einziger Planet um einen sonnenähnlichen Stern bekannt. Die Radialgeschwindigkeitsidee war alt – man beobachtet die Doppler-Verschiebung des Sterns, während ein unsichtbarer Planet ihn hin und her zieht –, doch die Signale sind grausam: Jupiter bewegt unsere Sonne nur mit etwa 12 m/s, und Mayors erster selbstgebauter Spektrograph am Observatorium Haute-Provence erreichte 1977 nur etwa 300 m/s. Die Suchen zielten daher auf Jupiter-Analoga mit jahrzehntelangen Umlaufbahnen ab, was eine Stabilität und Geduld erforderte, die niemand hatte.

Mayors Genfer Gruppe baute die gesamte Kette neu auf: Glasfasern trugen das Sternenlicht unverzerrt zum Spektrographen, neue CCDs erhöhten die Empfindlichkeit, maßgeschneiderte Software reduzierte die Bilder. Der Doktorand Didier Queloz drückte die Geschwindigkeitsuntergrenze bis Frühjahr 1994 auf 10–15 m/s und tastete Sterne schnell ab. Um 51 Pegasi schwankte die Geschwindigkeit mit einer Periode von 4,23 Tagen und einer Amplitude von ~56 m/s – eine jupitergroße Gaskugel, die in Tagen umkreist, wo die Theorie sagte, Riesen könnten sich nicht bilden. Sie verbrachten Monate damit, Pulsation und Artefakte auszuschließen, bevor sie im Oktober 1995 bekannt gaben; der Planet war so eigenartig, dass niemand ihn glaubte.

Die Nature-Arbeit von November 1995 hat über 3.000 Zitierungen erhalten und die Klasse der „heißen Jupiter“ eröffnet. Heute sind mehr als 4.000 Exoplaneten bekannt, die meisten in Systemen, die nichts mit unserem zu tun haben, was eine Neufassung der Planetentstehungstheorie rund um Migration erzwingt. Der Nobelpreis für Physik 2019 ging zur Hälfte an Mayor und Queloz für die Entdeckung, und die Radialgeschwindigkeitspräzision ist weiter gestiegen, in Richtung des 0,09-m/s-Zugs eines Erdzwillings.

Schnell abtasten; ein naher Riese wackelt am stärksten

Die Doppler-Radialgeschwindigkeit ist massengewichtet: Die Bewegung des Sterns zu verfolgen war der einzige Weg, das zu wiegen, was nicht gesehen werden konnte.

Die Wackelamplitude wächst, je kürzer die Periode wird, sodass nahe Riesen laut rufen, während echte Jupiter-Analoga flüstern.

Fasergeführte, stabilisierte Spektroskopie senkte den Rauschboden von 300 m/s auf 10–15 m/s – unter das 56-m/s-Signal, was das ganze Spiel ist.

Hochfrequente Abtastung über einige Nächte schlägt ein Jahrzehnt spärlicher Überwachung, wenn die Umlaufbahn 4,2 Tage dauert.

Richte das neue Instrument dorthin, wo das Signal am stärksten ist, nicht dorthin, wo die Antwort erwartet wird: Der erste heiße Jupiter war gerade deshalb leicht zu sehen, weil er der Planet war, von dem die Theorie sagte, er könne nicht existieren.

Heiße Jupiter erwiesen sich als häufig, und die planetare Migration fand Eingang in jedes Entstehungsmodell. Kepler und TESS fanden später Tausende weitere Welten durch Transit, doch die Radialgeschwindigkeitsmethode bleibt der Weg, ihre Massen zu wiegen. Mayor und Queloz teilten die andere Hälfte des Nobelpreises für Physik 2019 mit dem Kosmologen James Peebles, und Durchmusterungen jagen heute 0,1 m/s Präzision für echte Erdanaloga.