메이어와 켈로즈, 항성의 56m/s 흔들림에서 첫 외계행성을 포착하다

1995년에는 태양과 같은 항성 주위의 행성이 단 하나도 알려져 있지 않았다. 시선속도 아이디어는 오래된 것이었다. 보이지 않는 행성이 항성을 잡아당길 때 항성의 도플러 이동을 관찰하는 것이다. 그러나 신호는 잔인할 정도로 미세하다. 목성은 우리 태양을 약 12m/s로 움직이며, 1977년 오트프로방스 천문대에서 메이어가 처음 자체 제작한 분광기는 약 300m/s에서 한계에 도달했다. 따라서 탐색은 10년에 걸친 궤도를 가진 목성 유사체를 대상으로 했으며, 아무도 갖지 못한 안정성과 인내가 필요했다.

메이어의 제네바 그룹은 전체 체인을 재구축했다. 광섬유가 항성빛을 왜곡 없이 분광기로 전달했고, 새로운 CCD가 감도를 높였으며, 맞춤 소프트웨어가 이미지를 축소했다. 박사과정 학생 디디에 켈로즈는 1994년 봄까지 속도 하한을 10–15m/s로 끌어내렸고 항성들을 빠르게 표본 채취했다. 51 페가시 주위에서 속도는 4.23일 주기와 약 56m/s 진폭으로 흔들렸다. 이론이 거대 행성이 형성될 수 없다고 말한 곳에서 목성 크기의 가스 덩어리가 며칠 만에 공전하고 있었던 것이다. 그들은 1995년 10월 발표 전에 수개월 동안 맥동과 인공물을 배제하는 데 보냈다. 그 행성은 너무나 특이해서 아무도 믿지 않았다.

1995년 11월의 네이처 논문은 3,000회 이상 인용되었고 '뜨거운 목성'이라는 부류를 열었다. 현재 4,000개 이상의 외계행성이 알려져 있으며, 대부분은 우리와 전혀 다른 시스템에 있어 행성 형성 이론을 이동에 관한 재작성으로 몰아넣었다. 2019년 노벨 물리학상의 절반은 이 발견으로 메이어와 켈로즈에게 돌아갔고, 시선속도 정밀도는 지구 쌍둥이의 0.09m/s 잡아당김을 향해 계속 상승해 왔다.

빠르게 표본 채취하라. 가까운 거대 행성이 가장 세게 흔든다

도플러 시선속도는 질량 가중 방식이다. 항성의 운동을 추적하는 것이 보이지 않는 것의 무게를 재는 유일한 방법이었다.

흔들림 진폭은 주기가 짧아질수록 커지므로, 가까운 거대 행성은 외치고 진정한 목성 유사체는 속삭인다.

광섬유 공급, 안정화된 분광법은 잡음 하한을 300m/s에서 10–15m/s로 낮췄다. 이는 56m/s 신호 아래이며, 이것이 전부다.

궤도가 4.2일 지속될 때는 며칠에 걸친 고빈도 표본 채취가 10년의 드문 모니터링을 이긴다.

새 기기를 신호가 가장 강한 곳에 향하라, 답이 예상되는 곳이 아니라. 첫 뜨거운 목성이 쉽게 보였던 것은 정확히 이론이 존재할 수 없다고 말한 행성이었기 때문이다.

뜨거운 목성은 흔한 것으로 밝혀졌고, 행성 이동은 모든 형성 모델에 들어갔다. 케플러와 TESS는 나중에 통과 관측으로 수천 개의 세계를 더 찾았지만, 시선속도 방법은 여전히 그 질량을 재는 방법으로 남아 있다. 메이어와 켈로즈는 우주론자 제임스 피블스와 함께 2019년 노벨 물리학상의 나머지 절반을 공유했고, 탐사는 이제 진정한 지구 유사체를 위해 0.1m/s 정밀도를 추구하고 있다.