Mayor e Queloz capturaram o primeiro exoplaneta na oscilação de 56 m/s de uma estrela

Em 1995, não se conhecia um único planeta ao redor de uma estrela semelhante ao Sol. A ideia da velocidade radial era antiga — observar o deslocamento Doppler da estrela enquanto um planeta invisível a puxa em torno de si —, mas os sinais são cruéis: Júpiter move nosso Sol a apenas cerca de 12 m/s, e o primeiro espectrógrafo construído por Mayor no Observatório de Haute-Provence, em 1977, chegava no máximo a cerca de 300 m/s. As buscas, portanto, miravam análogos de Júpiter com órbitas de uma década, exigindo uma estabilidade e uma paciência que ninguém tinha.

O grupo de Genebra de Mayor reconstruiu toda a cadeia: fibras ópticas levavam a luz das estrelas ao espectrógrafo sem distorção, novos CCDs aumentaram a sensibilidade, softwares personalizados reduziram as imagens. O doutorando Didier Queloz baixou o piso de velocidade para 10–15 m/s na primavera de 1994 e fez amostragens rápidas das estrelas. Em torno de 51 Pegasi, a velocidade oscilava com um período de 4,23 dias e amplitude de ~56 m/s — uma bola de gás do tamanho de Júpiter girando em dias, onde a teoria dizia que gigantes não podiam se formar. Passaram meses descartando pulsação e artefatos antes de anunciar em outubro de 1995; o planeta era tão peculiar que ninguém acreditou.

O artigo da Nature de novembro de 1995 recebeu mais de 3.000 citações e abriu a classe dos 'Júpiteres quentes'. Mais de 4.000 exoplanetas são conhecidos hoje, a maioria em sistemas nada parecidos com o nosso, forçando uma reescrita da teoria de formação planetária em torno da migração. O Prêmio Nobel de Física de 2019 foi metade para Mayor e Queloz pela descoberta, e a precisão da velocidade radial continuou subindo em direção ao puxão de 0,09 m/s de um gêmeo da Terra.

Amostre rápido; um gigante próximo oscila mais forte

A velocidade radial Doppler é ponderada pela massa: rastrear o movimento da estrela era a única maneira de pesar o que não podia ser visto.

A amplitude da oscilação cresce à medida que o período diminui, então gigantes próximos gritam enquanto verdadeiros análogos de Júpiter sussurram.

A espectroscopia estabilizada e alimentada por fibra reduziu o piso de ruído de 300 m/s para 10–15 m/s — abaixo do sinal de 56 m/s, o que é o jogo inteiro.

A amostragem de alta cadência ao longo de algumas noites supera uma década de monitoramento esparso quando a órbita dura 4,2 dias.

Aponte o novo instrumento para onde o sinal é mais forte, não para onde se espera a resposta: o primeiro Júpiter quente era fácil de ver justamente porque era o planeta que a teoria dizia não poder existir.

Os Júpiteres quentes se revelaram comuns, e a migração planetária entrou em todos os modelos de formação. Kepler e TESS depois encontraram milhares de outros mundos por trânsito, mas o método da velocidade radial continua sendo a forma de pesar suas massas. Mayor e Queloz dividiram a outra metade do Prêmio Nobel de Física de 2019 com o cosmólogo James Peebles, e os levantamentos agora buscam precisão de 0,1 m/s para verdadeiros análogos da Terra.