Jump to content
Sign in to follow this  
Виктория Мишустина

Нобелевскую премию по физике присудили за открытие экзопланеты и космологию

Recommended Posts

 

Нобелевскую премию по физике 2019 года присудили Джеймсу Пиблсу (James Peebles), за «теоретические открытия в области космологии», Мишелю Майору (Michel Mayor) и Дидье Кело (Didier Queloz) за «открытие экзопланеты на орбите вокруг солнцеподобной звезды». По словам Нобелевского комитета, оба этих открытия позволили по-новому взглянуть на место человека во Вселенной. Прямая трансляция объявления победителя ведется на сайте Нобелевского комитета. Подробнее о заслугах ученых можно узнать из пресс-релиза Нобелевского комитета.

 

f918ce2bd218be9686125d2967d0e66a.jpg

Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2019 год: Джеймс Пиблс, Мишель Майор и Дидье Кело

Ill. Niklas Elmedhed // Nobel Media

Первую половину премии в этом году получил Джеймс Пиблс, который вместе с Яковом Зельдовичем заложил основы теоретической космологии. В настоящее время космологи довольно много знают о строении и истории Вселенной — в частности, физики могут рассчитать возраст Вселенной и проследить ее эволюцию вплоть до Большого взрыва, примерно назвать время, когда сформировались первые звезды и галактики. Однако так было далеко не всегда — долгое время космология оставалась чисто теоретической наукой, которую было очень сложно проверить с помощью прямых измерений. Джеймс Пиблс (с соавторами) теоретически предсказал ряд эффектов, которые указали астрономам верное направление поисков и впоследствии помогли подтвердить верность физических принципов, положенных в основу космологии.

 

В основном предсказания Джеймса Пиблза были посвящены спектру реликтового излучения — одного из немногих объектов, которые напрямую связаны с ранней эпохой жизни Вселенной. Вообще говоря, реликтовое излучение было теоретически предсказано в 1948 году, а в 1965 году его случайно зарегистрировали Арно Пензиас и Роберт Вильсон, которые впоследствии получили за это открытие Нобелевскую премию по физике. Однако предсказания Пиблса связаны не с фактом существования реликтового излучения, а с его свойствами. Во-первых, нобелевский лауреат показал, что реликтовое излучение играет важную роль в формировании галактик. Во-вторых, Пиблс рассчитал спектр флуктуаций реликтового излучения — в частности, оценил, как излучение будет выглядеть, если добавить к обычной материи холодную темную материю, и показал, что в такой модели относительная амплитуда колебаний температуры излучения находится на уровне 5×10−6. В-третьих, физик добавил в модель темную энергию с отрицательной плотностью и снова пересчитал спектр излучения. Кроме того, Пиблс изучил, как введенные им гипотетические сущности сказываются на эволюции Вселенной в целом и формировании галактик в частности.

 

d236d6d28595f89cd790dffb86ce7ddf.png

Схематическое изображение эволюции Вселенной, включая момент, начиная с которого до нас доходит реликтовое излучение

Nobel Media

Впоследствии все эти предсказания были подтверждены спутниками COBE, WMAP и Planck. Именно благодаря расчетам космологов и измерениям спутников мы знаем, что Вселенная на 5 процентов состоит из обычной материи, на 26 процентов из темной материи и на 69 процентов из темной энергии. Попробовать себя в роли нобелевского лауреата и оценить, как состав Вселенной сказывается на спектре реликтового излучения, можно с помощью следующей интерактивной модели.

Вторую половину премию получили Мишель Майор и Дидье Кело, открывшие первую экзопланету на орбите солнцеподобной звезды — горячий Юпитер, вращающийся вокруг желтого карлика Гельветиоса в созвездии Пегаса. Для этого ученым пришлось разработать сверхточный спектрометр, который чувствовал слабые смещения спектра звезды, сопровождающие вращение планеты. После этого открытия астрономы, поверившие в возможности измерительных приборов, открыли более 4000 «новых миров», разбросанных по Млечному пути (интересное совпадение: количество открытых экзопланет примерно равно числу цитирований статьи Майора и Кело). Некоторые из этих миров даже какое-то время считались потенциально обитаемыми.

Метод, с помощью которого астрономы нашли экзопланету, был основан на эффекте Доплера. Чтобы понять, как работает этот метод, рассмотрим упрощенный пример звездной системы с одной массивной планетой. В такой системе и звезда, и планета будут обращаться вокруг общего центра масс. Если представить, что орбита планеты лежит в плоскости наблюдений, звезда в разные моменты времени будет двигаться с ненулевой скоростью по направлению к Земле и от Земли. Следовательно, из-за эффекта Доплера спектр ее излучения будет «краснеть» или «синеть». Чем тяжелее планета и чем ближе к звезде она расположена, тем быстрее она будет двигаться и тем заметнее будут сдвиги спектра. В частности, Майор и Кело зарегистрировали сдвиги примерно на 59 метров в секунду при погрешности спектрометра около 13 метров в секунду.

 

f2e2b23d1641c13bc579313d7971adb2.png

Принцип, благодаря которому была открыта первая экзопланета на орбите звезды солнечного типа

Nobel Media

Стоит отметить, что астрономы находили экзопланеты еще до открытия Майора и Кело. Например, в 1992 году Александр Волшчан (Aleksander Wolszczan) и Дайл Фрейл (Dale Frail) сообщили об открытии экзопланеты рядом с пульсаром PSR B1257+12. Впрочем, из-за ошибочных сообщений об экзопланетах вокруг других пульсаров, а также о сомнениях в существовании таких планет в принципе астрономы отнеслись к этому сообщению скептически. Открытие Майора и Кело таким сомнениям не подвергалось.

Незадолго до вручения Нобелевской премии агентство Clarivate Analytics пытается предсказать возможных кандидатов, ранжируя ученых по числу цитирований. В этом году агентство предложило трех кандидатов-физиков. Первый кандидат — Артур Эккерт, работавший в области квантовой криптографии и предложивший применять квантовую запутанность в шифровании. Второй кандидат — Тони Хайнц из Стэнфорда, внесший вклад в исследования наноразмерных материалов. Третий кандидат — Джон Пердью из Темпльского университета, разработавший широко известную теорию функционала плотности. Впрочем, обычно прогноз опережает решение нобелевского комитета на несколько лет. В частности, в 2013 году Clarivate Analytics выдвигала Майора и Кело в качестве возможных кандидатов.

В прошлом году Нобелевскую премию по физике присудили Артуру Эшкину (½ премии), Жерару Муру (¼ премии) и Донне Стрикленд (¼ премии) за «новаторские изобретения в области лазерной физики». Если точнее, Эшкина наградили за создание оптического пинцета, а Муру и Стрикленд — за разработку метода генерации ультракоротких высокоинтенсивных лазерных импульсов. В настоящее время оба метода широко применяются не только в физике, но и в сопредельных науках — например, в биологии и медицине. Подробнее про работу нобелевских лауреатов можно прочитать в тексте «Скальпель и пинцет».

В 2017 году Нобелевскую премию по физике разделили Райнер Вайсс (½ премии), Барри Бэриш (¼ премии) и Кип Торн (¼ премии), награжденные «за решающий вклад в детектор LIGO и за наблюдение гравитационных волн». Благодаря работе ученых астрономы получили еще один канал наблюдений за Вселенной, с помощью которого можно проверить несколько недоступных ранее гипотез. Например, уточнить уравнение состояния нейтронных звезд и измерить скорость расширения Вселенной еще одним независимым способом. Более подробно про историю и работу детектора LIGO, а также про будущее гравитационной астрономии можно прочитать в материалах «Тоньше протона», «За волной волна» и «Ботаники в неведомой стране».

Чтобы компенсировать «потери» от вручения Нобелевских премий, организации церемонии награждения и содержания административного аппарата, фонд Нобеля вкладывает свои средства в ценные бумаги. В разные года соотношение доходов и расходов фонда получается разным, поэтому и размер премии строго не фиксирован. Например, в 2001 году лауреаты получили около 12 миллионов шведских крон, в 2007 году — около 10 миллионов, в 2012 — 8 миллионов. В этом году, как и в прошлом, премия составляет 9 миллионов крон (около 900 тысяч долларов или около 60 миллионов рублей по текущему курсу).

Кроме того, нужно учитывать, что лауреатам придется разделить 9 миллионов крон между собой, так что размер выплаты каждому награжденному физику сильно меньше заветного миллиона долларов. Таким образом, Нобелевская премия — это далеко не самая прибыльная, хотя и самая престижная премия по физике. Своеобразной альтернативой этой премии в последние годы стал Breakthrough Prize, который составляет три миллиона долларов для каждого лауреата.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

×
×
  • Create New...

Important Information

By using this site, you agree to our Terms of Use.