Do sada ste vjerojatno čuli da su astronomi napravili prvu globalnu vremensku kartu za smeđe patuljak. (Ako niste, priču možete pronaći ovdje.) Možda ste čak izradili model kocke ili model balona origami na površini smeđeg patuljka Luhmana 16B koji su pružili istraživači (ovdje).
Budući da je jedan od mojih šešira onaj službenika za javno informiranje Instituta Max Planck za astronomiju, gdje se odvijala većina izrade karata, sudjelovao sam u pisanju priopćenja o rezultatu. Ali jedan aspekt koji mi se činio posebno zanimljivim nije tamo bio mnogo pokriven. To je upravo ovaj dio istraživanja dobar primjer koliko brzo može biti današnja astronomija i, općenitije, pokazuje kako djeluju astronomska istraživanja. Dakle, evo izgleda iza kulisa - izrada, ako hoćete - prve smeđe patuljaste mape površine (pogledajte sliku s desne strane).
Kao i u drugim znanostima, ako želite biti uspješan astronom, morate napraviti nešto novo i prijeći ono što je učinjeno prije. To je, na kraju, ono što objavljuju novi rezultati. Ponekad takav napredak pokreću veći teleskopi i osjetljiviji instrumenti koji postaju dostupni. Ponekad je riječ o trudu i strpljenju, kao što je istraživanje velikog broja objekata i izvlačenje zaključaka iz osvojenih podataka.
Izuzetnost igra značajnu ulogu. Zamislite teleskope, instrumente i analitičke metode koje su astronomi razvili kao alate u stalno rastućoj kutiji s alatima. Jedan od načina postizanja novih rezultata je kombiniranje ovih alata na nove načine ili primjena na nove predmete.
Zato naša uvodna scena nije ništa posebno u astronomiji: prikazuje Ian Crossfield, post-doktorski istraživač Instituta Max Planck za astronomiju i brojne kolege (uključujući ravnatelja instituta Thomas Henning) početkom ožujka 2013., koji su raspravljali o mogućnosti primjenom jedne posebne metode mapiranja zvjezdanih površina na klasu objekata koji nikada prije nisu bili preslikani na ovaj način.
Metoda se naziva Doppler imaging. Koristi se činjenica da se svjetlost s rotirajuće zvijezde malo pomiče u frekvenciji kako se zvijezda okreće. Kako prolaze različiti dijelovi zvjezdanih površina, nabrijani oko rotacije zvijezde, pomaci frekvencije pomalo se razlikuju ovisno o tome gdje se područje zvijezde nalazi na zvijezdi. Iz tih sustavnih varijacija moguće je rekonstruirati približnu kartu zvjezdane površine koja prikazuje tamnija i svjetlija područja. Zvijezde su predaleko da bi čak i najveći trenutni teleskopi mogli razaznati pojedinosti o površini, ali na taj se način površinska karta može neizravno rekonstruirati.
Sama metoda nije nova. Osnovni koncept izumljen je u kasnim pedesetim godinama prošlog stoljeća, a 1980-ih je vidjelo nekoliko aplikacija za svijetle, polako rotirajuće zvijezde, a astronomi su pomoću Dopplerovog snimanja preslikavali mrlje tih zvijezda (tamni mrlje na zvjezdanoj površini; zvjezdani analog analognim sunčevim točkama).
Crossfield i njegovi kolege pitali su se: Može li se ova metoda primijeniti na smeđem patulju - posredniku između planete i zvijezde, masivnijem od planeta, ali s nedovoljnom masom da se nuklearna fuzija zapali u jezgri objekta, pretvarajući ga u zvijezdu? Nažalost, brzi proračuni, uzimajući u obzir što trenutni teleskopi i instrumenti mogu, a što ne mogu, kao i svojstva poznatih smeđih patuljaka, pokazali su da to neće raditi.
Dostupni ciljevi bili su previše slabi, a Doplerovim slikama je potrebno puno svjetla: za jedno jer morate raspoložiti svjetlost rasporediti na bezbroj boja spektra, a također i zato što trebate obaviti mnogo različitih, prilično kratkih mjerenja - uostalom, vi treba pratiti kako se s vremenom mijenjaju suptilni pomaci frekvencije uzrokovani Doplerovim učinkom.
Za sada, tako obično. Većina rasprava o tome kako napraviti opažanja potpuno novog tipa vjerojatno je zaključila da se to ne može učiniti ili ne može učiniti još, Ali u ovom se slučaju pojavio još jedan pokretač astronomskog napretka: Otkrivanje novih objekata.
11. ožujka Kevin Luhman, astronom na Sveučilištu Penn, objavio je važno otkriće: Koristeći podatke NASA-inog infracrvenog istraživača širokog polja (WISE), identificirao je sustav dvaju smeđih patuljaka koji orbitiraju jedno oko drugoga. Izuzetno je što je ovaj sustav bio udaljen samo 6,5 svjetlosnih godina od Zemlje. Samo su zvijezdani sustav Alpha Centauri i Barnardova zvijezda bliži Zemlji od toga. U stvari, Barnardova zvijezda je posljednji put kad je otkriven objekt toliko blizu našem Sunčevom sustavu - a to je otkriće učinjeno 1916. godine.
Moderni astronomi nisu poznati po tome što su smislili snažna imena, a novi objekt, koji je nazvan WISE J104915.57-531906.1, nije bio iznimka. Da budem fer, to nije značilo da je pravo ime; to je kombinacija instrumenta otkrivanja WISE sa koordinatama sustava na nebu. Kasnije je za sustav predloženo alternativno imenovanje "Luhman 16AB", jer je to 16th binarni sustav otkrio Kevin Luhman, a A i B označavaju dvije komponente binarnog sustava.
Ovih dana Internet pruža astronomskoj zajednici neposredan pristup novim otkrićima čim su najavljena. Mnogi, vjerojatno većina astronoma započinje radnim danom pregledavanjem nedavnih podneska o astro-ph-u, astrofizičkom odjeljku arXiv-a, međunarodnom skladištu znanstvenih radova. Uz nekoliko iznimaka - neki časopisi barem neko vrijeme inzistiraju na ekskluzivnim pravima na objavljivanje - tu će astronomi u većini slučajeva dobiti prvi pogled na najnovije istraživačke radove svojih kolega.
Luhman je 11. ožujka objavio svoj članak „Otkrivanje binarnog smeđeg patuljka na 2 parseka od Sunca“ na astro-ph-u. Za Crossfielda i njegove kolege iz MPIA-e ovo je mijenjalo igre. Odjednom se tu stvorio smeđi patuljak za koji bi mogao zamisliti Dopplerovo snimanje i dati prvu mapu površine smeđeg patuljka.
Ipak bi bila potrebna snaga prikupljanja svjetlosti jednog od najvećih teleskopa na svijetu da se to i dogodi, a vrijeme promatranja na takvim teleskopima je velika potražnja. Crossfield i njegovi kolege odlučili su da trebaju primijeniti još jedan test prije nego što se prijave. Bilo koji objekt pogodan za doplersko snimanje će lagano treptati, postajući malo svjetliji i tamniji zauzvrat, kako se svjetlije ili tamnije površine vrte u pogledu. Je li Luhman 16A ili 16B treperio - govore astronomi: je li jedan od njih, ili možda oboje, pokazao veliku varijabilnost?
Astronomija dolazi s vlastitim vremenskim razmjerima. Komunikacija putem Interneta je brza. Ali ako imate novu ideju, obično, ne možete samo čekati da padne noć i usmjeriti svoj teleskop u skladu s tim. Morate se prihvatiti prijedlog promatranja, a za ovaj postupak je potrebno vrijeme - obično između pola godine i godine između vašeg prijedloga i stvarnih opažanja. Također, prijava je išta osim formalnosti. Veliki objekti, poput vrlo velikih teleskopa Europske opservatorije za jug ili svemirskih teleskopa poput Hubblea, obično primaju aplikacije za više od 5 puta više vremena od stvarnog dostupnog vremena za promatranje.
Ali postoji prečac - način da se projektima koji obećavaju ili su vremenski kritični promatrači okončaju mnogo brže. Poznato je kao "diskrecijsko vrijeme direktora", jer direktor opservatorije - ili zamjenik - imaju pravo rasporediti ovaj dio vremena promatranja po vlastitom nahođenju.
2. travnja Beth Biller, još jedan post-doktor MPIA-e (ona je sada na Edinburškom sveučilištu), prijavila se za ravnateljevo diskrecijsko vrijeme na MPG / ESO 2,2 m teleskopu u ESO-ovu opservatoriju La Silla u Čileu. Prijedlog je odobren istog dana.
Billerov prijedlog bio je da prouči Luhmana 16A i 16B s instrumentom nazvanim GROND. Instrument je razvijen za proučavanje posljedica snažnih, dalekih eksplozija poznatih kao eksplozije gama zraka. S običnim astronomskim objektima astronomi mogu oduzeti svoje vrijeme. Ovi se predmeti neće mnogo promijeniti tijekom nekoliko sati koje astronom promatra, prvo pomoću jednog filtra za snimanje jednog raspona valnih duljina (mislite „svjetlost jedne boje“), a zatim drugog filtra za drugi raspon valnih duljina. (Astronomske slike obično obuhvaćaju jedan raspon valnih duljina - jednu boju istovremeno. Ako pogledate sliku u boji, to je obično rezultat niza promatranja, jedan filter u boji istovremeno.)
Raspadi gama zraka i drugi prolazni fenomeni su različiti. Njihova se svojstva mogu mijenjati na vremenskoj skali minuta, ne ostavljajući vremena za uzastopna opažanja. Zbog toga GROND omogućava istodobna promatranja sedam različitih boja.
Biller je predložio da se koristi GROND-ova jedinstvena mogućnost za istovremeno snimanje varijacija svjetline za Luhman 16A i 16B u sedam različitih boja - neku vrstu mjerenja koja dosad nije učinjena na ovoj skali. Najzastupljeniji istraživači informacija dobivali od smeđeg patuljka bili su na dvije različite valne duljine (rad Esther Buenzli, zatim na Opservatoriju za stjuarda Sveučilišta u Arizoni, i njegove kolege). Biller je išao za sedam. Kako malo različiti režimi valnih duljina sadrže podatke o plinu s malo različitih boja, takva mjerenja obećavala su uvid u slojnu strukturu ovih smeđih patuljaka - s različitim temperaturama koje odgovaraju različitim atmosferskim slojevima na različitim visinama.
Za Crossfielda i njegove kolege - među njima i Billera - takvo bi mjerenje varijacija svjetline trebalo pokazati i je li jedan od smeđih patuljaka dobar kandidat za Dopplerovo snimanje.
Kako se ispostavilo, nisu trebali čak toliko dugo čekati. Skupina astronoma oko Michaela Gillona usmjerila je mali robotski teleskop TRAPPIST, dizajniran za otkrivanje egzoplaneta razlikama svjetline koje izazivaju prilikom prolaska između njihove domaćine zvijezde i promatrača na Zemlji, na Luhmana 16AB. Istog dana kada je Biller podnijela zahtjev za promatranje vremena, a njena prijava odobrena, grupa TRAPPIST objavila je članak „Vrijeme koje se brzo razvija za najslađe naše dvije nove podsvjesne susjede“, u kojem su prikazane varijacije svjetline za Luhman 16B.
Ova vijest zahvatila je Crossfield tisućama kilometara od kuće. Neka astronomska promatranja ne zahtijevaju da astronomi napuste svoje ugodne urede - prijedlog se šalje osobljem astronomima u jednom od velikih teleskopa, koji promatraju kad su uvjeti ispravni i podatke pošalju natrag putem Interneta. Ali druge vrste promatranja zahtijevaju od astronoma da putuju u bilo koji teleskop - recimo u Čile, na Havaje ili na Havaje.
Kada su najavljene varijacije svjetline za Luhman 16B, Crossfield je promatrao na Havajima. On i njegovi kolege odmah su shvatili da je, s obzirom na nove rezultate, Luhman 16B prešao iz mogućeg kandidata za Dopplerovu tehniku slike u perspektivnu. Na letu s Havaja natrag u Frankfurt, Crossfield je brzo napisao hitan promatrački prijedlog za direkcijsko diskrecijsko vrijeme na CRIRES-u, spektrografu instaliranom na jednom od 8-metarskih vrlo velikih teleskopa (VLT) u ESO-ovoj opservatoriji Paranal u Čileu, podnoseći svoju prijavu u travnju 5. Pet dana kasnije, prijedlog je prihvaćen.
5. svibnja, ogromno 8-metarsko ogledalo Antu, jedan od četiri jedinica teleskopa vrlo velikog teleskopa, okrenuo se prema južnom zviježđu Vela ("Jedro broda"). Svjetlost koju je skupljao usmjerena je u CRIRES, infracrveni spektrograf visoke rezolucije koji se ohladi na oko -200 stupnjeva Celzijusa (-330 Fahrenheita) radi bolje osjetljivosti.
Tri i dva tjedna ranije, Billerova zapažanja dala su bogate podatke o varijabilnosti oba smeđa patuljka u predviđenih sedam različitih valnih duljina.
U ovom trenutku između prvotne ideje i opažanja nije prošlo više od dva mjeseca. No parafrazirajući Edisonov poznati kip, astronomija promatranja je 1% promatranje i 99% procjena, dok se sirovi podaci analiziraju, ispravljaju, uspoređuju s modelima i zaključcima o svojstvima promatranih objekata.
Za Beth Billerovo praćenje varijacija osvjetljenja Beth Billera trebalo je oko pet mjeseci. Početkom rujna Biller i 17 koautori, Crossfield i brojne druge kolege iz MPIA-e među njima su poslali svoj članak Pisma astrofizičkog časopisa (ApJL) nakon nekih izmjena, prihvaćen je 17. listopada. Od 18. listopada nadalje, rezultati su bili dostupni online na astro-ph, a mjesec dana kasnije objavljeni su na web stranici ApJL.
Krajem rujna Crossfield i njegovi kolege završili su dopplersku analizu podataka CRIRES. Rezultati takve analize nikad nisu 100% sigurni, ali astronomi su pronašli najvjerovatniju strukturu površine Luhmana 16B: uzorak svjetlijih i tamnijih mrlja; oblaci napravljeni od željeza i drugih minerala koji lebde na vodikov plin.
Kao što je to uobičajeno na terenu, tekst koji su predali u časopis Priroda poslan je sucu - znanstveniku, koji ostaje anoniman i koji daje preporuke urednicima časopisa da li određeni članak treba objaviti ili ne. Većinu vremena, čak i za članak za koji sudac misli da bi trebao biti objavljen, ima neke preporuke za poboljšanje. Nakon nekih izmjena, Priroda prihvatili Crossfield i sur. članak krajem prosinca 2013.
S Priroda, konačnu, revidiranu verziju na astro-ph ili sličnim poslužiteljima smijete objaviti samo 6 mjeseci nakon objave u časopisu. Dok su brojni kolege čuli za kartu smeđeg patuljaka 9. siječnja na sjednici na 223. sastanku Američkog astronomskog društva u Washingtonu, DC, za širu astronomsku zajednicu, internetska publikacija, 29. siječnja 2014. , bio će prvi pogled na ovaj novi rezultat. I možete se kladiti da će, vidjevši smeđu patuljastu kartu, neki od njih započeti razmišljati o tome što bi još čovjek mogao učiniti. Pratite sljedeće generacije rezultata.
I tu ga imate: 10 mjeseci astronomskih istraživanja, od ideje do objave, što je rezultiralo prvom površinskom mapom smeđeg patuljka (Crossfield i dr.) I prvih sedam talasnih traka - proučavanjem varijacija osvjetljenja dva smeđa patuljka (Biller i dr.). Uzete zajedno, studije pružaju fascinantnu sliku složenih vremenskih obrazaca na objektu negdje između planete i zvijezde, početak nove ere za proučavanje smeđih patuljaka, i važan korak prema drugom cilju: detaljne površinske karte ogromnih plinskih planeta oko drugih zvijezde.
Kao osobnije, ovo je moje prvo priopćenje za medije koje je Weather Channel pokupio.
