Verjetno ste že slišali, da so astronomi izdelali prvi svetovni vremenski zemljevid za rjave pritlikavke. (Če še niste, lahko zgodbo najdete tukaj.) Morda ste sploh zgradili model kocke ali model balona origami na površini rjavega pritlikavca Luhmana 16B, ki so ga zagotovili raziskovalci (tukaj).
Ker je ena od mojih klobuk uradnica za obveščanje javnosti na Inštitutu Max Planck za astronomijo, kjer se je odvijala večina izdelave zemljevidov, sem sodeloval pri pisanju sporočila za javnost o rezultatu. Toda en vidik, ki se mi je zdel še posebej zanimiv, tam ni bil veliko pokrit. Prav ta del raziskav je dober primer, kako hitro je lahko današnja astronomija in na splošno kaže, kako delujejo astronomske raziskave. Torej, tukaj je videz zakulisja - če želite, - za prvi rjavi zemljevid pritlikavca (glejte sliko na desni).
Tako kot v drugih vedah, morate tudi vi postati uspešni astronomi in narediti nekaj novega in preseči tisto, kar je bilo prej. Navsezadnje gre za objavo novih rezultatov. Včasih tak napredek poganjajo večji teleskopi in občutljivejši instrumenti, ki so na voljo. Včasih gre za trud in potrpežljivost, na primer raziskovanje večjega števila predmetov in sklepanje na podlagi pridobljenih podatkov.
Iznajdljivost igra pomembno vlogo. Pomislite na teleskope, instrumente in analitične metode, ki so jih razvili astronomi kot orodja v nenehno rastočem polju z orodji. Eden od načinov pridobivanja novih rezultatov je ta orodja kombinirati na nove načine ali jih uporabiti na novih objektih.
Zato naša otvoritvena scena v astronomiji ni nič posebnega: prikazuje jo Ian Crossfield, podoktorski raziskovalec Inštituta za astronomijo Max Planck in številne kolege (vključno z direktorjem inštituta Thomasom Henningom) v začetku marca 2013, ki so razpravljali o možnosti uporaba ene posebne metode preslikavanja zvezdnih površin v razredu predmetov, ki jih prej na ta način še nikoli nismo preslikali.
Metoda se imenuje Dopplerjeva slika. Izkoristi dejstvo, da se svetloba vrteče se zvezde rahlo premika, ko se zvezda vrti. Ko gredo različni deli zvezdnih površin, ki jih vrti okoli vrtenja zvezde, se frekvenčni premiki nekoliko razlikujejo glede na to, kje na zvezdi je območje oddajanja svetlobe. Iz teh sistematičnih različic je mogoče rekonstruirati približen zemljevid zvezdne površine, ki prikazuje temnejša in svetlejša območja. Zvezde so precej oddaljene, da bi opazili površinske podrobnosti tudi največji trenutni teleskopi, a na ta način je mogoče posredno rekonstruirati površinski zemljevid.
Metoda sama po sebi ni nova. Osnovni koncept je bil izumljen v poznih petdesetih letih prejšnjega stoletja, v osemdesetih letih pa so videli več aplikacij za svetle počasi vrteče se zvezde, astronomi pa so z uporabo Dopplerjevega slikanja preslikali pike teh zvezd (temni obliži na zvezdni površini; zvezdasti analogni sončnim pikam).
Crossfield in njegovi sodelavci so se spraševali: Ali je mogoče to metodo uporabiti za rjavega pritlikavca - posrednika med planetom in zvezdo, bolj masivnega kot planet, vendar z nezadostno maso, da bi se jedrska fuzija vžgala v jedru predmeta in ga spremenila v zvezdo? Na žalost so nekateri hitri izračuni, ki upoštevajo, kaj trenutni teleskopi in instrumenti zmorejo in česa ne morejo, ter lastnosti znanih rjavih palčkov, pokazali, da to ne bo delovalo.
Razpoložljive tarče so bile preveč šibke in Dopplerjevo slikanje potrebuje veliko svetlobe: za eno, ker morate razpoložljivo svetlobo razdeliti na nešteto barv spektra in tudi zato, ker morate opraviti veliko različnih precej kratkih meritev - navsezadnje ste spremljati, kako se sčasoma spreminjajo subtilni premiki frekvence, ki jih povzroča Dopplerjev učinek.
Zaenkrat tako navadna. Večina razprav o tem, kako dati opažanja povsem nove vrste, verjetno prihaja do zaključka, da tega ni mogoče storiti - ali pa ga ni mogoče storiti še. Toda v tem primeru se je pojavil še en dejavnik astronomskega napredka: Odkrivanje novih predmetov.
11. marca je Kevin Luhman, astronom na univerzi Penn State, objavil pomembno odkritje: s pomočjo podatkov Nasinega raziskovalca Infrardečega raziskovanja (WISE) Nasine je določil sistem dveh rjavih palčkov, ki krožita drug ob drugem. Presenetljivo je bilo, da je bil ta sistem oddaljen le 6,5 svetlobnih let od Zemlje. Le zvezda sistema Alpha Centauri in Barnardova zvezda sta bližje Zemlji od tega. Pravzaprav je bila Barnardova zvezda zadnjič, ko je bilo odkrit objekt, ki je bil blizu našega Osončja - in to odkritje je bilo izvedeno leta 1916.
Sodobni astronomi niso znani po tem, da bi prišli do naglih imen in novi objekt, ki so ga poimenovali WISE J104915.57-531906.1, ni bil izjema. Če sem pravičen, to ni mišljeno kot pravo ime; gre za kombinacijo instrumenta za odkrivanje WISE in koordinat sistema na nebu. Kasneje je bila za sistem predlagana alternativna oznaka „Luhman 16AB“, saj je bila ta 16th binarni sistem, ki ga je odkril Kevin Luhman, A in B pa obe komponenti binarnega sistema.
V teh dneh internet daje astronomski skupnosti takojšen dostop do novih odkritij takoj, ko bodo napovedana. Mnogi, verjetno večina astronomov začne svoj delovni dan z brskanjem o zadnjih prispevkih astro-ph-a, astrofizičnega odseka arXiv, mednarodnega skladišča znanstvenih člankov. Z nekaj izjemami - nekatere revije vsaj nekaj časa vztrajajo pri izključnih pravicah do objave - tu bodo v večini primerov astronomi dobili prvi pogled na zadnje raziskovalne prispevke svojih kolegov.
Luhman je 11. aprila objavil svoj prispevek "Odkritje binarnega rjavega pritlikavca na 2 parsek od Sonca" na astro-ph. Za Crossfield in njegove sodelavce v MPIA je bila to sprememba iger. Kar naenkrat se je pojavil rjavi pritlikavec, za katerega bi bilo mogoče dopplersko slikanje delovati, in prinesel prvi površinski zemljevid rjavega pritlikavca.
Vendar bi še vedno potrebovali moč nabiranja svetlobe enega največjih teleskopov na svetu, da se to zgodi, in čas opazovanja na takšnih teleskopih je veliko povpraševanje. Crossfield in njegovi sodelavci so se odločili, da bodo morali še enkrat opraviti še en test. Vsak predmet, primeren za Dopplerjevo slikanje, bo tako rahlo utripal, posledično rahlo svetlejši in temnejši, ko se bodo na pogled vrtele svetlejše ali temnejše površine. Ali je Luhman 16A ali 16B utripal - če govorimo astronomi: ali je eden od njih ali morda oba pokazal veliko variabilnost?
Astronomija prihaja s svojimi časovnimi lestvicami. Komunikacija prek interneta je hitra. Če imate novo idejo, potem običajno ne morete samo čakati, da pade noč in ustrezno usmeriti svoj teleskop. Sprejeti morate predlog za opazovanje in ta postopek traja - običajno med vašim predlogom in dejanskimi pripombami traja pol leta in leto. Tudi prijava je vse prej kot formalnost. Velike naprave, kot so zelo veliki teleskopi evropskega južnega observatorija ali vesoljski teleskopi, kot je Hubble, običajno prejmejo vloge za več kot 5-krat več kot dejansko razpoložljiv čas opazovanja.
Obstaja pa bližnjica - način, da se bodo obetavni ali časovno kritični projekti opazovanja zaključili veliko hitreje. Poznan je kot "diskretni čas direktorja", saj je direktor opazovalnice - ali namestnik - po svoji presoji upravičen deliti delček opazovalnega časa.
2. aprila Beth Biller, še ena podoktorica MPIA (zdaj je na univerzi v Edinburghu), se je v času opazovalnega urada La Silla v Čilu prijavila na direktorjev diskretni čas na MPG / ESO 2,2 m teleskopu. Predlog je bil odobren še isti dan.
Billerjev predlog je bil preučiti Luhmana 16A in 16B z instrumentom, imenovanim GROND. Instrument je bil razvit za proučevanje sledov močnih oddaljenih eksplozij, znanih kot eksplozije gama žarkov. Z navadnimi astronomskimi predmeti si lahko astronomi vzamejo svoj čas. Ti predmeti se v nekaj urah ne bodo veliko spremenili, ko astronom opazuje, najprej z enim filtrom zajame eno valovno dolžino (pomislite "svetloba ene barve") in nato še en filter za drugo območje valovne dolžine. (Astronomske slike ponavadi zajemajo en obseg valovnih dolžin - eno barvo - hkrati. Če pogledate barvno sliko, je to običajno rezultat številnih opazovanj, en barvni filter hkrati.)
Razpadi gama žarkov in drugi prehodni pojavi so različni. Njihove lastnosti se lahko spreminjajo v časovni lestvici minut, ne puščajo časa za zaporedna opažanja. Zato GROND omogoča sočasno opazovanje sedmih različnih barv.
Biller je predlagal, da bi uporabili edinstveno sposobnost GROND-ja za snemanje sprememb svetlosti za Luhman 16A in 16B v sedmih različnih barvah hkrati - neke vrste meritve, ki jih doslej še nikoli nismo izvajali v tej lestvici. Najpogostejši raziskovalci informacij, ki so jih dobili od rjavega pritlikavca, so bili na dveh različnih valovnih dolžinah (delo Esther Buenzli, tedaj na observatoriju za upravnike Univerze v Arizoni, Steward in sodelavci). Biller je šel za sedem. Ker nekoliko različni režimi valovne dolžine vsebujejo podatke o plinu v nekoliko drugačnih barvah, so takšne meritve obljubljale vpogled v strukturo plasti teh rjavih pritlikavk - z različnimi temperaturami, ki ustrezajo različnim atmosferskim slojem na različnih višinah.
Za Crossfielda in njegove sodelavce - med njimi Billerja - bi takšno merjenje sprememb svetlosti moralo tudi pokazati, ali je bil eden od rjavih palčkov dober kandidat za slikanje z Dopplerjem.
Kot se je izkazalo, jim sploh niso smeli čakati tako dolgo. Skupina astronomov okoli Michaëla Gillona je usmerila majhen robotski teleskop TRAPPIST, zasnovan za zaznavanje eksoplanetov zaradi sprememb svetlosti, ki jih povzročajo pri prehodu med njihovo gostiteljsko zvezdo in opazovalcem na Zemlji, na Luhmana 16AB. Istega dne, ko je Biller zaprosila za opazovanje časa, in njena prošnja je bila odobrena, je skupina TRAPPIST objavila prispevek "Hitro razvijajoče se vreme za kul naših dveh novih podzvezdnih sosedov", v katerem so prikazane spremembe svetlosti za Luhman 16B.
Ta novica je prešla Crossfield tisoč kilometrov od doma. Nekatera astronomska opazovanja ne zahtevajo, da astronomi zapustijo svoje prijetne pisarne - predlog je poslan osebjem astronomom na enem od velikih teleskopov, ki opravijo opažanja, ko so pogoji pravi, in podatke pošljejo nazaj prek interneta. Toda druge vrste opazovanj astronomi zahtevajo, da potujejo v kateri koli teleskop - recimo v Čile, na Havaje ali na Havaje.
Ko so bile napovedane variacije svetlosti za Luhman 16B, je Crossfield opazoval na Havajih. Ta je s svojimi sodelavci takoj ugotovil, da je Luhman 16B zaradi novih rezultatov od možnega kandidata za Dopplerjevo slikarsko tehniko prešel v obetaven. Na letu s Havajev nazaj v Frankfurt je Crossfield hitro napisal nujni opazovalni predlog za direktorjev diskrecijski čas na CRIRES, spektrograf, nameščen na enem od 8-metrskih zelo velikih teleskopov (VLT) v opazovalnici Paranal v Čilu, ki je vložil svojo prijavo aprila 5. Pet dni pozneje je bil predlog sprejet.
5. maja se je velikansko 8-metrsko ogledalo Antu, eden izmed štirih enotnih teleskopov zelo velikega teleskopa, obrnil proti južnemu ozvezdju Vela ("Jadrje ladje"). Svetloba, ki jo je zbrala, je bila usmerjena v CRIRES, infrardeči spektrograf z visoko ločljivostjo, ki se ohladi na približno -200 stopinj Celzija (-330 Fahrenheit) za boljšo občutljivost.
Tri ali dva tedna prej so Billerjeva opazovanja prinesla bogate podatke o spremenljivosti obeh rjanih palčkov v predvidenih sedmih pasu valovne dolžine.
V tem trenutku med prvotno zamiseljo in opazovanji ni minilo več kot dva meseca. Če parafraziramo Edisonov znameniti kvip, je opazovalna astronomija 1% opazovanje in 99% vrednotenje, saj se surovi podatki analizirajo, popravijo v primerjavi z modeli in sklepanjem o lastnostih opazovanih predmetov.
Za več valovno dolžino spremljanja sprememb svetlosti Beth Biller je trajalo približno pet mesecev. V začetku septembra sta Biller in 17 soavtorjev, Crossfield in številni drugi kolegi iz MPIA, med njimi predložili svoj članek Pisma astrofizičnega časopisa (ApJL) so ga po nekaj revizijah sprejeli 17. oktobra. Od 18. oktobra dalje so bili rezultati dostopni na spletnem naslovu astro-ph, mesec dni pozneje pa so bili objavljeni na spletni strani ApJL.
Konec septembra sta Crossfield in njegovi sodelavci končala svojo Dopplerjevo slikarsko analizo podatkov CRIRES. Rezultati takšne analize niso nikoli stoodstotno prepričani, vendar so astronomi našli najverjetnejšo strukturo površine Luhmana 16B: vzorec svetlejših in temnejših madežev; oblaki iz železa in drugih mineralov, ki plujejo na vodikov plin.
Kot je običajno na terenu, je besedilo, ki so ga oddali v revijo Narava je bil poslan sodniku - znanstveniku, ki ostaja anonimen in ki daje priporočila urednikom časopisa, ali naj bo določen članek objavljen ali ne. Večino časa ima celo za članek, za katerega sodnik meni, da bi ga moral objaviti, nekaj priporočil za izboljšanje. Po nekaj revizijah oz. Narava sprejela Crossfield et al. članek konec decembra 2013.
Z Narava, končno, revidirano različico lahko objavite na astro-ph ali podobnih strežnikih najmanj 6 mesecev po objavi v reviji. Medtem ko bodo številni kolegi slišali o zemljevidu rjavega pritlikavca 9. januarja na zasedanju 223. srečanja Ameriškega astronomskega društva v Washingtonu, DC, za širšo astronomsko skupnost, spletna publikacija, 29. januarja 2014 , bo prvi pogled na ta novi rezultat. In stavite se lahko, da bodo številni izmed njih, ko bodo videli rjavi zemljevid pritlikavcev, začeli razmišljati o tem, kaj bi še lahko naredil. Spremljajte naslednje generacije rezultatov.
In tu jih imate: 10 mesecev astronomskih raziskav, od ideje do objave, kar je povzročilo prvo površinsko karto rjavega pritlikavca (Crossfield et al.) In prvo sedem valovno dolžino pasov - študijo sprememb svetlosti dveh rjavih škratov (Biller in sod.). Študije skupaj vključujejo fascinantno sliko kompleksnih vremenskih vzorcev na objektu nekje med planetom in zvezdo, začetek nove dobe za raziskavo rjavega pritlikavca, in pomemben korak k drugemu cilju: podrobne površinske karte velikanskih plinskih planetov okoli drugih zvezde.
Na bolj osebno noto je bilo to moje prvo sporočilo za javnost, ki ga je povzel Weather Channel.
