Nå vil du sannsynligvis ha hørt at astronomer har produsert det første globale værkartet for en brun dverg. (Hvis du ikke har det, kan du finne historien her.) Kan hende du har til og med bygget kubemodellen eller origami-ballongmodellen på overflaten til den brune dvergen Luhman 16B forskerne ga (her).
Siden en av hattene mine er den offentlige informasjonsansvarlige ved Max Planck Institute for Astronomy, der det meste av kartleggingen fant sted, var jeg med på å skrive en pressemelding om resultatet. Men et aspekt som jeg syntes var spesielt interessant, fikk ikke mye dekning der. Det er at denne spesielle forskningen er et godt eksempel på hvor fartsfylt astronomi kan være i disse dager, og mer generelt viser den hvordan astronomisk forskning fungerer. Så her er et bak kulissene-utseende - hvis du vil - for det første brune dvergoverflatekartet (se bildet til høyre).
Som i andre vitenskaper, hvis du vil være en vellykket astronom, må du gjøre noe nytt og gå utover det som er gjort før. Det er tross alt det som publiserbare nye resultater handler om. Noen ganger blir slik fremgang drevet av at større teleskoper og mer sensitive instrumenter blir tilgjengelige. Noen ganger handler det om innsats og tålmodighet, for eksempel å kartlegge et stort antall objekter og trekke konklusjon fra dataene du har vunnet.
Oppfinnsomhet spiller en betydelig rolle. Tenk på teleskoper, instrumenter og analysemetoder utviklet av astronomer som verktøyene i en konstant voksende verktøykasse. En måte å få nye resultater på er å kombinere disse verktøyene på nye måter, eller å bruke dem på nye objekter.
Derfor er åpningsscenen ikke noe spesielt innen astronomi: Den viser Ian Crossfield, en post-doktorgradsforsker ved Max Planck Institute for Astronomy, og en rekke kolleger (inkludert instituttdirektør Thomas Henning) i begynnelsen av mars 2013, og diskuterte muligheten for å bruke en bestemt metode for å kartlegge stjerneflater til en klasse av objekter som aldri før hadde blitt kartlagt på denne måten.
Metoden kalles Doppler imaging. Den benytter seg av det faktum at lys fra en roterende stjerne forskyves litt i frekvens når stjernen roterer. Når forskjellige deler av stjerneflatene går forbi, pisket rundt stjernens rotasjon, varierer frekvensforskyvningene litt forskjellig avhengig av hvor det lysemitterende området ligger på stjernen. Fra disse systematiske variasjonene kan et omtrentlig kart over den stellare overflaten rekonstrueres, og viser mørkere og lysere områder. Stjerner er altfor fjernt for at selv de største nåværende teleskoper kan skille overflatedetaljer, men på denne måten kan et overflatekart rekonstrueres indirekte.
Metoden i seg selv er ikke ny. Det grunnleggende konseptet ble oppfunnet på slutten av 1950-tallet, og på 1980-tallet så flere bruksområder for lyse, sakte roterende stjerner, med astronomer som brukte Doppler-avbildning for å kartlegge disse stjerners flekker (mørke flekker på en stjerneflate overflate; den stellare analoge til solflekker).
Crossfield og kollegene lurte på: Kan denne metoden brukes på en brun dverg - en mellomting mellom planet og stjerne, mer massiv enn en planet, men med utilstrekkelig masse for at atomfusjon kan tenne i gjenstandens kjerne og gjøre den til en stjerne? Dessverre, noen raske beregninger, tatt hensyn til hva dagens teleskoper og instrumenter kan og ikke kan gjøre, så vel som egenskapene til kjente brune dverger, viste at det ikke ville fungere.
De tilgjengelige målene var for svake, og Doppler-avbildning trenger mye lys: for en fordi du trenger å dele opp det tilgjengelige lyset i de mange fargene i et spekter, og også fordi du trenger å ta mange forskjellige ganske korte målinger - når alt kommer til alt, du trenger å overvåke hvordan den subtile frekvensforandringen forårsaket av Doppler-effekten endres over tid.
Så langt, så vanlig. De fleste diskusjoner om hvordan man kan gjøre observasjoner av en helt ny type, kommer antagelig til at det ikke kan gjøres - eller ikke kan gjøres ennå. Men i dette tilfellet gjorde en annen driver av astronomisk fremgang en opptreden: Oppdagelsen av nye objekter.
11. mars kunngjorde Kevin Luhman, en astronom ved Penn State University, en betydelig oppdagelse: Ved å bruke data fra NASAs Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), hadde han identifisert et system med to brune dverger som kretser om hverandre. Bemerkelsesverdig nok var dette systemet i en avstand på bare 6,5 lysår fra Jorden. Bare stjernesystemet Alpha Centauri og Barnards stjerne er nærmere Jorden enn det. Faktisk var Barnards stjerne forrige gang et objekt ble oppdaget å være så nær solsystemet vårt - og oppdagelsen ble gjort i 1916.
Moderne astronomer er ikke kjent for å komme med smarte navn, og den nye gjenstanden, som ble betegnet WISE J104915.57-531906.1, var intet unntak. For å være rettferdig er ikke dette ment å være et reelt navn; det er en kombinasjon av funninstrumentet WISE med systemets koordinater på himmelen. Senere ble den alternative betegnelsen "Luhman 16AB" for systemet foreslått, siden dette var den 16th binært system oppdaget av Kevin Luhman, med A og B som angir det binære systemets to komponenter.
I disse dager gir Internett det astronomiske samfunnet øyeblikkelig tilgang til nye funn så snart de kunngjøres. Mange, sannsynligvis de fleste astronomer, begynner sin arbeidsdag med å bla gjennom nyere innleveringer til astro-ph, den astrofysiske delen av arXiv, et internasjonalt arkiv med vitenskapelige artikler. Med noen få unntak - noen tidsskrifter insisterer på eksklusive publiseringsrettigheter i minst en stund - er det her astronomer i de fleste tilfeller får sitt første glimt av sine kollegers siste forskningsartikler.
Luhman postet papiret sitt “Discovery of a Binary Brown Dwarf at 2 Parsecs from the Sun” på astro-ph 11. mars. For Crossfield og hans kolleger på MPIA var dette en spillveksler. Plutselig var her en brun dverg som Doppler-avbildning muligens kunne fungere, og ga det første overflatekartet noensinne av en brun dverg.
Imidlertid vil det fortsatt ta lyssamlingskraften fra et av de største teleskopene i verden for å få dette til, og observasjonstiden på slike teleskoper er etterspurt. Crossfield og kollegene bestemte seg for at de måtte søke en test til før de ville søke. Ethvert objekt som er egnet for Doppler-avbildning, vil flimre noen gang så lett og vokse litt lysere og mørkere etter hvert som lysere eller mørkere overflate roterer til syne. Flimret Luhman 16A eller 16B - på astronomisk tale: viste en av dem, eller kanskje begge deler, stor variabilitet?
Astronomi kommer med egne tidsskalaer. Kommunikasjonen via Internett er rask. Men hvis du har en ny idé, så kan du vanligvis ikke bare vente til natten faller og peke teleskopet deretter. Du må få et observasjonsforslag godtatt, og denne prosessen tar tid - vanligvis mellom et halvt år og et år mellom forslaget ditt og de faktiske observasjonene. Å bruke er alt annet enn en formalitet. Store fasiliteter, som European Southern Observatory's Very Large Telescopes, eller romteleskoper som Hubble, mottar vanligvis applikasjoner for mer enn fem ganger så mye observasjonstid som faktisk er tilgjengelig.
Men det er en snarvei - en måte for spesielt lovende eller tidskritiske observasjonsprosjekter å bli fullført mye raskere. Det er kjent som "Director's Discretionary Time", som observatørdirektøren - eller en stedfortreder - har rett til å distribuere denne delen av observasjonstiden etter eget skjønn.
2. april søkte Beth Biller, et annet MPIA-postdokument (hun er nå ved University of Edinburgh) om Director's Discretionary Time på MPG / ESO 2,2 m-teleskopet ved ESOs La Silla-observatorium i Chile. Forslaget ble godkjent samme dag.
Biller's forslag var å studere Luhman 16A og 16B med et instrument kalt GROND. Instrumentet hadde blitt utviklet for å studere etterglødningene til kraftige, fjerne eksplosjoner kjent som gammastråle. Med vanlige astronomiske objekter kan astronomer ta seg god tid. Disse gjenstandene vil ikke endre seg mye i løpet av de få timene en astronom foretar observasjoner, først bruker du ett filter for å fange ett område med bølgelengder (tenk “lys i en farge”), deretter et annet filter for et annet bølgelengdeområde. (Astronomiske bilder tar vanligvis ett område med bølgelengder - en farge - om gangen. Hvis du ser på et fargebilde, er det vanligvis et resultat av en serie observasjoner, ett fargefilter om gangen.)
Gamma ray bursts og andre forbigående fenomener er forskjellige. Egenskapene deres kan endres på en tidsskala på minutter, og etterlater ikke tid til påfølgende observasjoner. Derfor tillater GROND samtidig observasjoner av syv forskjellige farger.
Biller hadde foreslått å bruke GRONDs unike evne til å registrere lysstyrkevariasjoner for Luhman 16A og 16B i syv forskjellige farger samtidig - en slags måling som aldri hadde blitt gjort før i denne skalaen. Den mest samtidige informasjonen forskere hadde fått fra en brun dverg, hadde vært på to forskjellige bølgelengder (arbeid av Esther Buenzli, deretter ved University of Arizona's Steward Observatory, og kolleger). Biller skulle i syv. Siden litt forskjellige bølgelengderegimer inneholder informasjon om gass i litt forskjellige farger, lovet slike målinger innsikt i lagstrukturen til disse brune dvergene - med forskjellige temperaturer som tilsvarer forskjellige atmosfæriske lag i forskjellige høyder.
For Crossfield og hans kolleger - Biller blant dem - skal en slik måling av lysstyrkevariasjoner også vise om en av de brune dvergene var en god kandidat for Doppler-avbildning.
Da det viste seg, trengte de ikke engang å vente så lenge. En gruppe astronomer rundt Michaël Gillon hadde pekt det lille robotteleskopet TRAPPIST, designet for å oppdage eksoplaneter av lysstyrkevariasjonene de forårsaker når de passerer mellom vertsstjernen og en observatør på jorden, til Luhman 16AB. Samme dag som Biller hadde søkt om observasjonstid, og søknaden hennes ble godkjent, publiserte TRAPPIST-gruppen et papir “Rask-utviklende vær for det kuleste av våre to nye grenser i nabobygningen”, og kartla lysstyrkevariasjoner for Luhman 16B.
Denne nyheten fanget Crossfield tusenvis av miles hjemmefra. Noen astronomiske observasjoner krever ikke at astronomer forlater sine koselige kontorer - forslaget sendes til stabs astronomer ved et av de store teleskopene, som gjør observasjonene når forholdene er riktige og sender dataene tilbake via Internett. Men andre typer observasjoner krever at astronomer reiser til det teleskopet som brukes - til Chile, si, til eller til Hawaii.
Da lysstyrkevariasjonene for Luhman 16B ble kunngjort, observerte Crossfield på Hawaii. Han og kollegene innså med en gang at, gitt de nye resultatene, hadde Luhman 16B flyttet fra å være en mulig kandidat for Doppler-avbildningsteknikken til å være en lovende. På flyturen fra Hawaii tilbake til Frankfurt skrev Crossfield raskt et presserende observasjonsforslag for Director's Discretionary Time on CRIRES, en spektrograf installert på et av de 8 meter Very Large Telescopes (VLT) ved ESOs Paranal-observatorium i Chile, og sendte inn sin søknad april 5. Fem dager senere ble forslaget akseptert.
5. mai dreide det gigantiske 8 meters speilet til Antu, et av de fire enhetsteleskopene til Very Large Telescope, mot den sørlige stjernebildet Vela ("Skipets seil"). Lyset det samlet ble traktet inn i CRIRES, en høyoppløselig infrarød spektrograf som er avkjølt til omtrent -200 grader celsius (-330 Fahrenheit) for bedre følsomhet.
Tre og to uker tidligere hadde Biller sine observasjoner gitt rike data om variabiliteten til begge de brune dvergene i de tiltenkte syv forskjellige bølgelengdebåndene.
På dette tidspunktet hadde det ikke gått mer enn to måneder mellom den opprinnelige ideen og observasjonene. Men parafraserer Edisons berømte quip, observasjonsastronomi er 1% observasjon og 99% evaluering, da rådataene blir analysert, korrigert, sammenlignet med modeller og konklusjoner gjort om egenskapene til de observerte objektene.
For Beth Billeres overvåking av flere bølgelengder av lysstyrkevariasjoner, tok dette omtrent fem måneder. I begynnelsen av september sendte Biller og 17 coauthors, Crossfield og en rekke andre MPIA-kolleger blant dem, sin artikkel til Astrofysiske journalbokstaver (ApJL) Etter noen revisjoner ble det akseptert 17. oktober. Fra 18. oktober og fremover var resultatene tilgjengelige online på astro-ph, og en måned senere ble de publisert på ApJL-nettstedet.
I slutten av september var Crossfield og kollegene ferdig med deres Doppler-bildeanalyse av CRIRES-dataene. Resultatene av en slik analyse er aldri 100% sikre, men astronomene hadde funnet den mest sannsynlige strukturen på overflaten til Luhman 16B: et mønster av lysere og mørkere flekker; skyer laget av jern og andre mineraler som driver på hydrogengass.
Som vanlig i feltet, teksten de sendte inn i journalen Natur ble sendt ut til en dommer - en vitenskapsmann, som forblir anonym, og som gir anbefalinger til tidsskriftets redaktører om en bestemt artikkel skal publiseres eller ikke. Selv for en artikkel som dommeren mener bør publiseres, har han eller hun noen anbefalinger for forbedring. Etter noen revisjoner, Natur aksepterte Crossfield et al. artikkelen i slutten av desember 2013.
Med Natur, har du bare lov til å publisere den endelige, reviderte versjonen på astro-ph eller lignende servere ikke mindre enn 6 måneder etter publiseringen i journalen. Så mens en rekke kolleger vil ha hørt om det brune dvergkartet 9. januar på en sesjon på det 223. møtet i American Astronomical Society, i Washington, DC, for det bredere astronomiske samfunnet, den elektroniske publikasjonen, 29. januar 2014 , vil ha vært det første glimt av dette nye resultatet. Og du kan satse på at når du ser det brune dvergkartet, vil en rekke av dem ha begynt å tenke på hva annet man kunne gjøre. Følg med for neste generasjons resultater.
Og der har du det: 10 måneder med astronomisk forskning, fra idé til publisering, noe som resulterer i det første overflatekartet av en brun dverg (Crossfield et al.) Og de første syv bølgelengdebåndene - studier av lysstyrkevariasjoner av to brune dverger (Biller et al.). Sammensatt gir studiene fascinerende bilde av komplekse værmønstre på et objekt et sted mellom en planet og en stjerne begynnelsen på en ny epoke for studie av brun dverg, og et viktig skritt mot et annet mål: detaljerte overflatekart over gigantiske gassplaneter rundt andre stjerner.
På en mer personlig merknad var dette min første pressemelding noensinne som ble plukket opp av Weather Channel.
