Schweiz

Michel Mayor

Balzan Preis 2000 für Instrumentarien und Techniken in Astronomie und Astrophysik

Für seine Forschungsergebnisse, die es ermöglicht haben, den ersten Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems zu entdecken.

geb. 1942, Professor der Astronomie an der Universität Genf, Direktor des l‘Observatoriums Genf.

Professor Mayor hat mehrere Jahre lang an der Entwicklung eines Spektrographen zur Messung der Radialgeschwindigkeit von Sternen gearbeitet. Dank dieses Instruments und seiner nachfolgenden Verbesserungen konnte Mayor diese Geschwindigkeiten mit der ausserordentlichen Genauigkeit von wenigen Metern pro Sekunde messen. Dies führte 1995 zur ersten Entdeckung eines Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems durch Michel Mayor und seinen Doktoranden Didier Queloz. (*)

Die Entdeckung eines Planeten um den Stern 51 Pegasi (Nummer 51 im Sternbild des Pegasus) ist das Ergebnis einer langen und geduldigen Entwicklung von Beobachtungstechniken hinsichtlich der genauen Messung von Sternengeschwindigkeiten. Über zwanzig Jahre lang haben Mayor und seine Kollegen die Messungen von Spektrallinien anhand der Doppler-Verschiebung durch sogenannte „gekreuzte Korrelationen“ ständig verbessert und konnten dadurch den Sterngeschwindigkeiten optisch sichtbare Komponenten verleihen. Ein erstes, „CORAVEL“ genanntes Instrument, das zahlreiche Anwendungen in der stellaren und galaktischen Kinematik gekannt hat, ermöglichte es Mayor, eine Studie über die Eigenschaften von Doppelsternen in der Nähe der Sonne zu veröffentlichen. (**) Diese Arbeit ist ein Grundlagenwerk, das die orbitalen Eigenschaften von Doppelsternen beschreibt, deren massivere Komponente eine Masse besitzt, die ungefähr derjenigen unserer Sonne entspricht.
Diese Studie bewies die Existenz von Himmelskörpern – den vermuteten „braunen Zwergen“. Diese Objekte, die in der Regel um fremde Sterne kreisen, sind mindestens zehnmal schwerer als der Jupiter, der schwerste Planet in unserem Sonnensystem. Ein Himmelskörper dieser Art mit einer elfmal so grossen Masse wie Jupiter wurde in Zusammenarbeit mit Forschern aus Harvard entdeckt. Dadurch wurde der Weg frei zu einer Suche nach Begleitern mit einer noch geringeren Masse – den Riesenplaneten.

Anfang der 90-er Jahre wurde von Mayor in Zusammenarbeit mit den Instrumentenbauern des Observatoire de Haute-Provence ein neues Instrument für Doppler-Spektroskopie entworfen und entwickelt. Mit dem Spektrographen „ELODIE“ wurde die Messgenauigkeit um einen Faktor 20 verbessert, und es konnten nun Variationen in der Sternengeschwindigkeit von nur wenigen Metern pro Sekunde wahrgenommen werden. Der enorme Kontrast zwischen der Helligkeit der Sterne und derjenigen der Planeten einerseits (der Kontrast zwischen der Sonne und Jupiter beträgt z. B. ca. 1 Milliarde) und die geringe Winkelentfernung zwischen den Himmelskörpern andererseits haben es bis heute nicht erlaubt, einen Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems abzubilden. Der von Mayor eingeschlagene Weg, um vermutete Planeten zu entdecken, ist derjenige der indirekten Detektion, d.h. die Messung der Störung der Sternenbewegung, die durch die Anwesenheit eines Planeten verursacht wird. Das war der Weg, der zur Entdeckung des ersten Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems führte. In den Monaten, die auf die Entdeckung des 51 Peg b benannten Planeten folgten, entdeckten andere Forscherteams, die ähnliche Techniken anwandten, weitere neue Planeten. Der endgültige Beweis, dass die beobachteten Geschwindigkeitsveränderungen auf Perturbationen beruhen, die von umkreisenden Planeten verursacht werden, wurde in diesem Jahr erbracht, als die Veränderung in der Intensität der Helligkeit beobachtet wurde, die solch ein Stern ausstrahlt, während ein Planet vor ihm vorbeizieht. (***)

Die Entdeckung eines Planeten um den Stern 51 Pegasi beweist nicht nur die Existenz von Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems, sondern zwingt die Astronomen dazu, die gegenwärtig vorherrschenden Auffassungen hinsichtlich der Bildung von Planetensystemen – und besonders die unseres eigenen – in Frage zu stellen. Die Entdeckung von 51 Peg b mit seinen unerwarteten Eigenschaften (Masse < 0,45 der Masse des Jupiter, Umkreisung in 4,2 Tagen, Radius der Umlaufbahn = 0,05 desjenigen der Erdumlaufbahn) hat sofort die Forscher angeregt, nach den Mechanismen zu suchen, die eine Umlaufbahn mit einem so kleinen Radius erklären können.
Bis Anfang dieses Jahres sind ungefähr dreissig Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems entdeckt worden, davon ein Drittel durch das von Professor Mayor geleitete Forscherteam. Der Sonderfall des Planeten 51 Peg b wurde zum Prototyp einer Klasse von Planeten, den „warmen Jupitern“, die alle eine kurze Umlaufzeit aufweisen und einen Radius der Umlaufbahn, der weniger als 0,1 der Erdumlaufbahn beträgt. Die Entdeckung des ersten Planeten ausserhalb unser Sonnensystems wird sicher in die Geschichte der Astronomie eingehen.

(*) A Jupiter-mass companion to a solar-type star. M. Mayor, D. Queloz, Nature 378, S. 355-359, 1995

(**) Eine Reihe von Artikeln von Mayor und seinen Mitarbeitern wurde in Astronomy and Astrophysics und Astronomy and Astrophysics Supplement veröffentlicht

(***) Detection of Planetary Transits Across a Sun-like Star. D. Charbonneau, T.M. Brown, D.W. Latham, M. Mayor, Astrophysical Journal 529, Letter S. 45-48, 2000