Până acum, probabil că veți fi auzit că astronomii au realizat prima hartă mondială a vremii pentru o pitică brună. (Dacă nu o aveți, puteți găsi povestea aici.) Poate chiar ați construit modelul cubului sau modelul balonului origami al suprafeței piticului maro Luhman 16B pe care cercetătorii l-au furnizat (aici).
Întrucât una dintre pălăriile mele este cea a ofițerului de informații publice de la Institutul Max Planck pentru Astronomie, unde a avut loc cea mai mare parte a elaborării hărții, m-am implicat să scriu un comunicat de presă despre rezultat. Dar un aspect care mi s-a părut deosebit de interesant nu a fost acoperit prea mult acolo. Este faptul că această particularitate de cercetare este un bun exemplu al cât de rapid poate fi astronomia în aceste zile și, mai general, arată modul în care funcționează cercetarea astronomică. Iată, așadar, un aspect din spatele scenei - un aspect, dacă veți face asta - pentru prima hartă a suprafeței pitice maro (a se vedea imaginea din dreapta).
Ca și în alte științe, dacă vrei să fii un astronom de succes, trebuie să faci ceva nou și să depășești ceea ce s-a făcut până acum. La urma urmei, este vorba despre rezultatele noi publicabile. Uneori, astfel de progrese sunt determinate de telescoape mai mari și instrumente mai sensibile devin disponibile. Uneori, este vorba despre efort și răbdare, cum ar fi examinarea unui număr mare de obiecte și extragerea concluziilor din datele pe care le-ați câștigat.
Ingenuitatea joacă un rol semnificativ. Gândiți-vă la telescoape, instrumente și metode analitice dezvoltate de astronomi ca instrumente dintr-o cutie de instrumente în continuă creștere. Un mod de a obține noi rezultate este de a combina aceste instrumente în moduri noi sau de a le aplica pe obiecte noi.
De aceea, scena noastră de deschidere nu este nimic special în astronomie: arată Ian Crossfield, un cercetător post-doctoral la Max Planck Institute for Astronomy, și o serie de colegi (inclusiv directorul institutului Thomas Henning) la începutul lunii martie 2013, discutând despre posibilitatea aplicând o anumită metodă de mapare a suprafețelor stelare la o clasă de obiecte care nu fuseseră niciodată mapate în acest fel înainte.
Metoda se numește imagistica Doppler. Folosește faptul că lumina dintr-o stea rotativă este ușor deplasată în frecvență pe măsură ce steaua se rotește. Pe măsură ce diferite părți ale suprafețelor stelare trec prin rotația stelei, schimbările de frecvență variază ușor în funcție de regiunea care emite lumina pe stea. Din aceste variații sistematice, o hartă aproximativă a suprafeței stelare poate fi reconstruită, arătând zone mai întunecate și mai luminoase. Stelele sunt mult prea îndepărtate pentru chiar și cele mai mari telescoape actuale pentru a discerne detaliile suprafeței, dar în acest fel, o hartă de suprafață poate fi reconstruită indirect.
Metoda în sine nu este nouă. Conceptul de bază a fost inventat la sfârșitul anilor '50, iar în anii 1980 au văzut mai multe aplicații pentru stele luminoase, care se rotesc lent, astronomii folosind imagini Doppler pentru a cartona petele acelor stele (petele întunecate pe o suprafață stelară; analogul stelar cu petele Soarelui).
Crossfield și colegii săi se întrebau: ar putea fi aplicată această metodă unui pitic brun - un intermediar între planetă și stea, mai masiv decât o planetă, dar cu o masă insuficientă pentru ca fuziunea nucleară să se aprindă în miezul obiectului, transformând-o într-o stea? Din păcate, unele calcule rapide, ținând cont de ceea ce telescopurile și instrumentele actuale pot și nu pot face, precum și proprietățile piticilor cunoscuți maronii, au arătat că nu va funcționa.
Obiectivele disponibile au fost prea slabe, iar imaginea Doppler are nevoie de multă lumină: una pentru că trebuie să împărțiți lumina disponibilă în multitudinea de culori ale unui spectru și, de asemenea, pentru că trebuie să faceți multe măsurări destul de scurte - până la urmă trebuie să monitorizeze cum se schimbă frecvența subtilă cauzată de efectul Doppler în timp.
Până acum, atât de obișnuit. Majoritatea discuțiilor despre modul de a face observații de un tip complet nou ajung probabil la concluzia că nu se poate face sau nu se poate face inca. Dar, în acest caz, a apărut un alt motor al progresului astronomic: descoperirea de noi obiecte.
La 11 martie, Kevin Luhman, astronom la Universitatea Penn State, a anunțat o descoperire de moment: folosind date din Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA, a identificat un sistem de doi pitici maronii care se orbitau între ei. Remarcabil, acest sistem se afla la o distanță de doar 6,5 ani-lumină de Pământ. Doar sistemul stele Alpha Centauri și steaua lui Barnard sunt mai aproape de Pământ decât asta. De fapt, steaua lui Barnard a fost ultima dată când un obiect a fost descoperit ca fiind atât de aproape de sistemul nostru solar - iar această descoperire a fost făcută în 1916.
Astronomii moderni nu sunt cunoscuți pentru că au venit cu nume snappy, iar noul obiect, care a fost desemnat WISE J104915.57-531906.1, nu a fost o excepție. Pentru a fi corect, acesta nu este menit să fie un nume real; este o combinație a instrumentului de descoperire WISE cu coordonatele sistemului din cer. Ulterior, a fost propusă desemnarea alternativă „Luhman 16AB” pentru sistem, deoarece aceasta a fost 16lea sistemul binar descoperit de Kevin Luhman, cu A și B indicând cele două componente ale sistemului binar.
În aceste zile, Internetul oferă comunității astronomice acces imediat la noi descoperiri imediat ce sunt anunțate. Mulți, probabil cei mai mulți astronomi își încep ziua de lucru, răsfoind prezentările recente către astro-ph, secțiunea astrofizică a arXiv, un depozit internațional de lucrări științifice. Cu câteva excepții - unele reviste insistă asupra drepturilor de publicare exclusivă pentru cel puțin un timp - aici este, în majoritatea cazurilor, astronomii vor primi prima lor privire asupra ultimelor lucrări de cercetare ale colegilor lor.
Luhman a postat pe 11 martie lucrarea sa „Discovery of a Binary Brown Nwarf at 2 Parsecs from the Sun” pentru astro-ph, pentru Crossfield și colegii săi de la MPIA, acesta a fost un schimbător de jocuri. Dintr-o dată, aici a fost un pitic maro pentru care imaginea Doppler ar putea funcționa în mod imaginar și a obținut prima hartă de suprafață a unui pitic maro.
Cu toate acestea, ar fi nevoie de puterea de colectare a luminii unuia dintre cele mai mari telescoape din lume pentru ca acest lucru să se întâmple, iar timpul de observare pe astfel de telescoape este foarte mare. Crossfield și colegii săi au decis că trebuie să mai aplice încă un test înainte de a depune candidatura. Orice obiect adecvat pentru imagini Doppler va clipi tot atât de ușor, crește ușor mai luminos și mai întunecat, pe măsură ce suprafețele mai luminoase sau mai întunecate se rotesc în vedere. Luhman 16A sau 16B palpează - în astronomie-vorbit: unul dintre ei, sau poate ambele, au arătat o variabilitate ridicată?
Astronomia vine cu propriile sale perioade de timp. Comunicarea prin internet este rapidă. Dar, dacă aveți o idee nouă, atunci de obicei, nu puteți aștepta doar căderea nopții și îndreptați-vă telescopul în consecință. Trebuie să obțineți o propunere de observare acceptată și acest proces necesită timp - de obicei între jumătate de an și an între propunerea dvs. și observațiile reale. De asemenea, aplicarea este orice altceva decât o formalitate. Facilități mari, cum ar fi telescoapele foarte mari ale Observatorului European din Sud, sau telescoape spațiale precum Hubble, primesc în mod obișnuit aplicații de peste 5 ori mai mult decât timpul de observare disponibil.
Dar există o scurtătură - o modalitate prin care proiectele de observare deosebit de promițătoare sau critice în timp vor fi finalizate mult mai rapid. Este cunoscut sub denumirea de „Timp discreționar al directorului”, deoarece directorul observatorului - sau un adjunct - au dreptul să distribuie această bucată de timp de observare, la discreția lor.
Pe 2 aprilie, Beth Biller, un alt post-doc MPIA (ea este acum la Universitatea din Edinburgh), a solicitat timpului discreționar al directorului pe telescopul MPG / ESO de 2,2 m de la observatorul La Silla al ESO din Chile. Propunerea a fost aprobată în aceeași zi.
Propunerea lui Biller a fost să studieze Luhman 16A și 16B cu un instrument numit GROND. Instrumentul a fost dezvoltat pentru a studia rezultatele unor explozii puternice și îndepărtate, cunoscute sub numele de explozii de raze gamma. Cu obiecte astronomice obișnuite, astronomii își pot lua timpul. Aceste obiecte nu se vor schimba mult peste câteva ore pe care un astronom le face observații, folosind mai întâi un filtru pentru a surprinde o gamă de lungimi de undă (gândiți-vă la „lumina unei culori”), apoi un alt filtru pentru o altă gamă de lungimi de undă. (Imaginile astronomice surprind de obicei o gamă de lungimi de undă - o singură culoare - la un moment dat. Dacă te uiți la o imagine color, este de obicei rezultatul unei serii de observații, un filtru de culoare la un moment dat.)
Izbucnirile de raze gamma și alte fenomene tranzitorii sunt diferite. Proprietățile lor se pot schimba pe o scară de timp de minute, fără a lăsa timp pentru observații consecutive. De aceea GROND permite observarea simultană a șapte culori diferite.
Biller și-a propus să utilizeze capacitatea unică a GROND pentru a înregistra variații de luminozitate pentru Luhman 16A și 16B simultan în șapte culori diferite simultan - un fel de măsurare care nu a fost niciodată făcută la această scară. Cele mai simultane informații obținute de cercetători de la o pitică brună au fost la două lungimi de undă diferite (lucrare a lui Esther Buenzli, apoi la Observatorul Steward al Universității din Arizona și colegii săi). Biller mergea pentru șapte. Deoarece regimurile de lungime de undă ușor diferite conțin informații despre gaz la culori ușor diferite, astfel de măsurări au promis o perspectivă asupra structurii straturilor acestor pitici bruni - cu temperaturi diferite corespunzătoare straturilor atmosferice diferite la înălțimi diferite.
Pentru Crossfield și colegii săi - Biller printre ei -, o astfel de măsurare a variațiilor de luminozitate ar trebui să arate, de asemenea, dacă unul dintre piticii maro a fost sau nu un bun candidat pentru imagini Doppler.
După cum s-a dovedit, nici măcar nu au trebuit să aștepte atât de mult. Un grup de astronomi din jurul lui Michaël Gillon arătase către Luhman 16AB micul telescop robot robot TRAPPIST, conceput pentru detectarea exoplanetelor prin variațiile de luminozitate pe care le provoacă atunci când trec între steaua gazdă și un observator de pe Pământ. În aceeași zi în care Biller a solicitat timpul de observare, iar cererea ei a fost aprobată, grupul TRAPPIST a publicat o lucrare „Viteza cu evoluție rapidă pentru cel mai rece dintre cei doi noștri vecini subterani”, care conține variații de luminozitate pentru Luhman 16B.
Această veste a prins Crossfield la mii de kilometri de casă. Unele observații astronomice nu necesită ca astronomii să părăsească birourile lor confortabile - propunerea este trimisă astronomilor de la personalul unuia dintre marile telescoape, care fac observațiile odată ce condițiile sunt corecte și trimit datele înapoi prin internet. Dar alte tipuri de observații necesită astronomii să călătorească la orice telescop care este utilizat - în Chile, să zicem, în sau în Hawaii.
Când au fost anunțate variațiile de luminozitate pentru Luhman 16B, Crossfield observa în Hawaii. El și colegii săi și-au dat seama imediat că, având în vedere noile rezultate, Luhman 16B a trecut de la a fi un posibil candidat la tehnica imagistică Doppler la una promițătoare. În timpul zborului din Hawaii înapoi la Frankfurt, Crossfield a scris rapid o propunere de observare urgentă pentru Timpul discreționar al directorului pe CRIRES, un spectrograf instalat pe unul dintre telescoape foarte mari de 8 metri (VLT) la observatorul Paranal al ESO din Chile, depunând cererea sa în aprilie 5. Cinci zile mai târziu, propunerea a fost acceptată.
Pe 5 mai, oglinda uriașă de 8 metri din Antu, unul dintre cele patru telescoape unitare ale telescopului foarte mare, s-a îndreptat către constelația sudică Vela („Sail of the Ship”). Lumina pe care a colectat-o a fost încadrată în CRIRES, un spectrograf infraroșu de înaltă rezoluție care este răcit până la aproximativ -200 de grade Celsius (-330 Fahrenheit) pentru o mai bună sensibilitate.
Cu trei și două săptămâni mai devreme, respectiv, observațiile lui Biller au furnizat date bogate despre variabilitatea ambelor pitici brune din cele șapte benzi diferite de lungime de undă.
În acest moment, nu au trecut mai mult de două luni între ideea inițială și observații. Însă, parafrazând faimoasa eroare a lui Edison, astronomia observațională este 1% observație și 99% evaluare, deoarece datele brute sunt analizate, corectate, comparativ cu modelele și inferențele făcute despre proprietățile obiectelor observate.
Pentru monitorizarea pe mai multe lungimi de undă a Beth Biller a variațiilor de luminozitate, aceasta a durat aproximativ cinci luni. La începutul lunii septembrie, Biller și 17 coautori, Crossfield și numeroși alți colegi MPIA dintre aceștia și-au prezentat articolul la Scrisori de jurnal astrofizic (ApJL) după câteva revizuiri, a fost acceptat pe 17 octombrie. Din 18 octombrie, rezultatele au fost accesibile online la astro-ph, iar o lună mai târziu au fost publicate pe site-ul ApJL.
La sfârșitul lunii septembrie, Crossfield și colegii săi au terminat analiza imagistică Doppler a datelor CRIRES. Rezultatele unei astfel de analize nu sunt niciodată 100% sigure, dar astronomii au găsit cea mai probabilă structură a suprafeței Luhman 16B: un model de pete mai luminoase și mai întunecate; nori din fier și alte minerale care se plutesc pe gaz de hidrogen.
Așa cum este de obicei în domeniu, textul pe care l-au transmis jurnalului Natură a fost trimis unui arbitru - un om de știință, care rămâne anonim și care oferă recomandări editorilor jurnalului dacă trebuie publicat sau nu un anumit articol. De cele mai multe ori, chiar și pentru un articol pe care arbitrul crede că ar trebui publicat, el sau ea are câteva recomandări de îmbunătățire. După câteva revizii, Natură a acceptat Crossfield și colab. articol la sfârșitul lunii decembrie 2013.
Cu Natură, aveți voie să publicați versiunea finală și revizuită pe serverele astro-ph sau similare la cel puțin 6 luni de la publicarea în jurnal. Așadar, în timp ce o serie de colegi vor fi auzit despre harta piticilor bruni pe 9 ianuarie, într-o ședință la cea de-a 223-a întâlnire a American Astronomical Society, la Washington, DC, pentru comunitatea astronomică mai largă, publicația online, pe 29 ianuarie 2014 , va fi fost prima vedere a acestui nou rezultat. Și puteți paria că, văzând harta piticilor maronii, unii dintre ei vor fi început să se gândească la ce altceva ar putea face. Rămâneți la curent cu următoarea generație de rezultate.
Și acolo îl aveți: 10 luni de cercetare astronomică, de la idee până la publicare, rezultând prima hartă de suprafață a unei pitici brune (Crossfield și colab.) Și prima bandă de șapte lungimi de undă-studiul variațiilor de luminozitate a doi pitici bruni. (Biller și colab.). Luate împreună, studiile oferă o imagine fascinantă a modelelor meteorologice complexe pe un obiect undeva între o planetă și o stea, începutul unei noi ere pentru studiul piticilor maronii și un pas important către un alt obiectiv: hărți de suprafață detaliate ale planetelor gigantice din gaz în jurul altor stele.
Pe o notă mai personală, acesta a fost primul meu comunicat de presă care a fost preluat de canalul meteo.