Досега вероятно сте чували, че астрономите са създали първата глобална карта на времето за кафяво джудже. (Ако не сте го направили, можете да намерите историята тук.) Може би дори сте създали модела на куб или балон оригами модел на повърхността на кафявото джудже Luhman 16B, предоставени от изследователите (тук).
Тъй като една от шапките ми е тази на служител за обществена информация в Института за астрономия „Макс Планк“, където се провежда по-голямата част от съставянето на карти, аз участвах в писането на съобщение за пресата за резултата. Но един аспект, който ми се стори особено интересен, не получи много покритие там. Именно този част от изследванията е добър пример за това колко бърза е астрономията в наши дни и по-общо показва как работят астрономическите изследвания. Така че ето един задкулисен поглед - създаване, ако желаете - за първата карта с кафяво джудже (вижте изображението вдясно).
Както и в други науки, ако искате да бъдете успешен астроном, трябва да направите нещо ново и да надхвърлите това, което е направено преди. В крайна сметка това е това, за което се публикуват новите резултати. Понякога подобен напредък се ръководи от по-големи телескопи и по-чувствителни инструменти. Понякога става въпрос за усилия и търпение, като например проучване на голям брой обекти и извличане на заключение от спечелените от вас данни.
Находчивостта играе значителна роля. Помислете за телескопите, инструментите и аналитичните методи, разработени от астрономите, като инструментите в постоянно растяща кутия с инструменти. Един от начините за получаване на нови резултати е да комбинирате тези инструменти по нови начини или да ги приложите към нови обекти.
Ето защо нашата отваряща сцена не е нищо особено в астрономията: тя показва Иън Кросфийлд, докторантура в Института за астрономия Макс Планк и редица колеги (включително директора на института Томас Хенинг) в началото на март 2013 г., обсъждайки възможността за прилагане на един конкретен метод за картографиране на звездни повърхности върху клас обекти, които никога не са били картографирани по този начин преди.
Методът се нарича доплеров образ. Използва се фактът, че светлината от въртяща се звезда леко се измества по честота, докато звездата се върти. Тъй като различни части на звездната повърхност минават покрай въртенето на звездата, честотните измествания варират малко по-различно в зависимост от това къде се намира светлоизлъчващата област на звездата. От тези системни вариации може да се реконструира приблизителна карта на звездната повърхност, показваща по-тъмни и светли зони. Звездите са много прекалено далечни, за да могат дори най-големите настоящи телескопи да различават повърхностните детайли, но по този начин повърхностната карта може да бъде реконструирана косвено.
Самият метод не е нов. Основната концепция е изобретена в края на 50-те години на миналия век и през 80-те години на миналия век се наблюдават няколко приложения за ярки бавно въртящи се звезди, като астрономите използват доплеров образ за картиране на петната на тези звезди (тъмни петна по звездна повърхност; звезден аналог на слънчевите петна).
Кросфийлд и неговите колеги се чудеха: Може ли този метод да се приложи към кафяво джудже - посредник между планетата и звездата, по-масивен от планетата, но с недостатъчна маса за ядрен синтез, който да се запали в ядрото на обекта, превръщайки го в звезда? За съжаление, някои бързи изчисления, като се вземат предвид какво могат и не могат да направят настоящите телескопи и инструменти, както и свойствата на известни кафяви джуджета, показаха, че няма да работи.
Наличните цели бяха твърде слаби и Доплеровото изображение се нуждае от много светлина: за една, защото трябва да разделите наличната светлина на безброй цветове на спектър, а също и защото трябва да направите много различни, доста кратки измервания - в края на краищата вие трябва да се следи как с течение на времето се променят фините честотни измествания, причинени от ефекта на Доплер.
Засега, толкова обикновен. Повечето дискусии за това как да се правят наблюдения от напълно нов тип вероятно стигат до извода, че това не може да се направи - или не може да се направи още, Но в този случай се появи друг двигател на астрономическия прогрес: Откриването на нови обекти.
На 11 март Кевин Луман, астроном от Държавния университет в Пен, обяви знаменито откритие: Използвайки данни от Инфрачервения изследовател на мрежата на НАСА (WISE), той идентифицира система от две кафяви джуджета, които се въртят около тях. Забележително е, че тази система беше на разстояние само 6,5 светлинни години от Земята. Само звездата на системата Алфа Кентавър и звездата на Барнард са по-близо до Земята от тази. Всъщност звездата на Барнард за последен път беше открита, че обект е толкова близо до нашата Слънчева система - и това откритие беше направено през 1916 година.
Съвременните астрономи не са известни с това, че са измислили хапливи имена и новият обект, който е обозначен WISE J104915.57-531906.1, не е изключение. За да бъдем справедливи, това не означава да е истинско име; това е комбинация от инструмента за откриване WISE с координатите на системата в небето. По-късно беше предложено алтернативното обозначение „Luhman 16AB” за системата, тъй като това беше 16-тетата бинарна система, открита от Кевин Луман, като A и B обозначават двата компонента на двоичната система.
Тези дни Интернет предоставя на астрономическата общност незабавен достъп до нови открития веднага след като бъдат обявени. Много, вероятно повечето астрономи започват работния си ден, като преглеждат последните публикации в astro-ph, астрофизичната секция на arXiv, международно хранилище от научни трудове. С няколко изключения - някои списания настояват за изключителни права за публикуване поне известно време - тук в повечето случаи астрономите ще получат първия си поглед върху най-новите изследователски документи на своите колеги.
Luhman публикува своята статия „Откриване на бинарно кафяво джудже на 2 парсека от слънцето“ на астро-ph на 11 март. За Crossfield и неговите колеги от MPIA това беше смяна на играта. Изведнъж тук се появи кафяво джудже, за което може да се работи с доплеров образ, и да даде първата в историята повърхностна карта на кафяво джудже.
Все пак ще е необходимо мощността на събиране на светлина на един от най-големите телескопи в света, за да се случи това, а времето за наблюдение на такива телескопи е с голямо търсене. Кросфийлд и неговите колеги решиха, че трябва да приложат още един тест, преди да кандидатстват. Всеки обект, подходящ за доплерово изображение, ще трепне все така леко, ще стане леко по-ярък и по-тъмен от своя страна, когато по-ярки или по-тъмни повърхности се въртят в полезрението. Luhman 16A или 16B трептя - при астрономите говорят: някой от тях или може би и двете са показали висока променливост?
Астрономията идва със собствени времеви мащаби. Комуникацията чрез Интернет е бърза. Но ако имате нова идея, тогава обикновено не можете просто да изчакате да падне нощта и съответно да насочите телескопа си. Трябва да се приеме предложение за наблюдение и този процес отнема време - обикновено между половин и година между вашето предложение и реалните наблюдения. Също така кандидатстването е всичко друго освен формалност. Големите съоръжения, като много големите телескопи на Европейската южна обсерватория или космическите телескопи като Хъбъл, обикновено получават приложения за повече от 5 пъти повече от времето за наблюдение, което действително е на разположение.
Но има пряк път - начин за реализиране на много обещаващи или критични за времето проекти за наблюдение много по-бързо. Известно е като „Време за дискрекция на директора“, тъй като директорът на обсерваторията - или заместник - има право да разпредели тази част от времето за наблюдение по своя преценка.
На 2 април Бет Билър, друг доктор на MPIA (сега е в Университета в Единбург), кандидатства за дискреционно време на директора на телескопа MPG / ESO 2,2 m в телескопа MPC / ESO в Чили. Предложението беше одобрено същия ден.
Предложението на Билър беше да проучи Luhman 16A и 16B с инструмент, наречен GROND. Инструментът е разработен за проучване на последствията от мощни, далечни експлозии, известни като взривове на гама лъчи. С обикновените астрономически обекти астрономите могат да отделят своето време. Тези обекти няма да се променят много за няколко часа, когато астрономът прави наблюдения, като първо използва един филтър за улавяне на един диапазон от дължини на вълните (помислете „светлина от един цвят“), след това друг филтър за друг диапазон на дължината на вълната. (Астрономическите изображения обикновено улавят един диапазон от дължини на вълната - един цвят в даден момент. Ако погледнете цветно изображение, това обикновено е резултат от поредица от наблюдения, един цветен филтър в даден момент.)
Избухванията на гама лъчи и други преходни явления са различни. Свойствата им могат да се променят във времева скала от минути, като не оставят време за последователни наблюдения. Ето защо GROND позволява едновременно наблюдение на седем различни цвята.
Билър предложи да се използва уникалната възможност на GROND за запис на промените в яркостта за Luhman 16A и 16B в седем различни цвята едновременно - един вид измерване, което никога досега не е правено в този мащаб. Най-едновременните изследователи на информация, получени от кафяво джудже, са били на две различни дължини на вълната (работа на Естер Буензли, след това в обсерваторията на Стюарда на Аризонския университет и колеги). Билър отиваше за седем. Тъй като малко различни режими на дължина на вълната съдържат информация за газ с малко по-различни цветове, такива измервания обещават вникване в слоевата структура на тези кафяви джуджета - с различни температури, съответстващи на различни атмосферни слоеве на различни височини.
За Кросфийлд и неговите колеги - Билър сред тях - подобно измерване на промените в яркостта също трябва да показва дали едно от кафявите джуджета е било добър кандидат за доплерово изображение.
Както се оказа, те дори не трябваше да чакат толкова дълго. Група астрономи около Михаел Гилън насочиха малкия роботизиран телескоп TRAPPIST, предназначен за откриване на екзопланети от промените в яркостта, които предизвикват при преминаване между звездата им-домакин и наблюдател на Земята, към Luhman 16AB. В същия ден, в който Билер е кандидатствал за наблюдение на времето и нейното заявление е одобрено, групата TRAPPIST публикува документ „Бързо развиващо се време за най-готините на нашите две нови съзвездни съседи“, който очертава вариациите на яркостта за Luhman 16B.
Тази новина обхвана Crossfield на хиляди мили от дома. Някои астрономически наблюдения не изискват астрономите да напускат своите уютни кабинети - предложението се изпраща на служители астрономи в един от големите телескопи, които правят наблюденията, след като условията са правилни, и изпращат данните обратно по интернет. Но други видове наблюдения изискват астрономите да пътуват до какъвто и да е телескоп, който се използва - до Чили, да речем, до или на Хаваите.
Когато бяха обявени вариациите на яркостта за Luhman 16B, Crossfield наблюдаваше в Хавай. Той и неговите колеги разбраха веднага, че предвид новите резултати, Luhman 16B се е преместил от възможния кандидат за доплеровата техника за изобразяване до обещаващ. По време на полета от Хаваите обратно за Франкфурт Кросфийлд бързо написа спешно предложение за наблюдение на дискреционното време на режима на CRIRES, спектрограф, инсталиран на един от 8-метровите много големи телескопи (VLT) в обсерваторията на Паранал в Чили, подавайки заявлението си на април 5. Пет дни по-късно предложението беше прието.
На 5 май гигантското 8-метрово огледало на Анту, един от четирите единични телескопа на много големия телескоп, се обърна към южното съзвездие Вела („Платно на кораба“). Светлината, която събра, беше насочена към CRIRES, инфрачервен спектрограф с висока разделителна способност, който се охлажда до около -200 градуса по Целзий (-330 Fahrenheit) за по-добра чувствителност.
Три и две седмици по-рано наблюденията на Билър дадоха богати данни за променливостта на двете кафяви джуджета в предвидените седем различни диапазона на дължината на вълната.
Към този момент не са минали повече от два месеца между първоначалната идея и наблюденията. Но ако перифразираме известния пиар на Едисон, наблюдателната астрономия е 1% наблюдение и 99% оценка, тъй като суровите данни се анализират, коригират, сравняват се с модели и изводи за свойствата на наблюдаваните обекти.
За многовълновия мониторинг на промените в яркостта на Бет Билър това отне около пет месеца. В началото на септември Билър и 17 съавтори, Кросфийлд и много други колеги от MPIA сред тях изпратиха статията си на Писма за астрофизични списания (ApJL) след някои ревизии, той беше приет на 17 октомври. От 18 октомври нататък резултатите бяха достъпни онлайн на astro-ph, а месец по-късно те бяха публикувани на уебсайта на ApJL.
В края на септември Кросфийлд и неговите колеги завършиха своя доплеров анализ на данните на CRIRES. Резултатите от такъв анализ никога не са 100% сигурни, но астрономите са открили най-вероятната структура на повърхността на Luhman 16B: модел на по-светли и по-тъмни петна; облаци от желязо и други минерали, които се носят на водороден газ.
Както обикновено е в полето, текстът, който те изпратиха в списанието природа беше изпратен до рефер - учен, който остава анонимен и който дава препоръки на редакторите на списанието дали дадена статия трябва да бъде публикувана или не. През повечето време дори и за статия, която съдията смята, че трябва да бъде публикувана, той има препоръки за подобрение. След някои ревизии, природа приеха Crossfield et al. статия в края на декември 2013 г.
с природа, можете да публикувате окончателната, преработена версия на astro-ph или подобни сървъри не по-малко от 6 месеца след публикуването в списанието. И така, докато редица колеги ще чуят за картата на кафявото джудже на 9 януари на сесия по време на 223-ата среща на Американското астрономическо общество във Вашингтон, DC, за по-широката астрономическа общност, онлайн публикацията, на 29 януари 2014 г. , ще бъде първият поглед на този нов резултат. И можете да се обзаложите, че виждайки картата на кафявото джудже, редица от тях ще са започнали да мислят какво още може да направи човек. Следете за следващото поколение резултати.
И там го имате: 10 месеца астрономически изследвания, от идея до публикуване, в резултат на което се появява първата карта на повърхността на кафяво джудже (Crossfield и др.) И първата седем вълнова лента - проучване на промените в яркостта на две кафяви джуджета (Билер и др.). Взети заедно, изследванията предоставят завладяващ образ на сложни метеорологични модели на обект някъде между планета и звезда - началото на нова ера за изследване на кафяво джудже и важна стъпка към друга цел: подробни повърхностни карти на гигантски газови планети около други звезди.
Като по-лична бележка, това беше първото ми съобщение за пресата, което беше взето от Weather Channel.
