På det tidspunkt vil du sandsynligvis have hørt, at astronomer har produceret det første globale vejrkort for en brun dværg. (Hvis du ikke har det, kan du finde historien her.) Måske har du endda bygget kubemodellen eller origami-ballonmodellen på overfladen på den brune dværg Luhman 16B, som forskerne leverede (her).
Da en af mine hatte er den offentlige informationsmedarbejder ved Max Planck Institut for Astronomi, hvor det meste af kortfremstillingen fandt sted, var jeg involveret i at skrive en pressemeddelelse om resultatet. Men et aspekt, som jeg fandt særlig interessant, fik ikke meget dækning der. Det er, at denne særlige bit af forskning er et godt eksempel på, hvor hurtig tempo astronomi kan være i disse dage, og mere generelt viser den, hvordan astronomisk forskning fungerer. Så her er et bag kulisserne look - en make-up, hvis du vil - til det første brune dværgoverfladekort (se billede til højre).
Som i andre videnskaber, hvis du vil være en succesrig astronom, skal du gøre noget nyt og gå ud over, hvad der er gjort før. Det er trods alt det, der offentliggøres, nye resultater handler om. Undertiden er sådanne fremskridt drevet af større teleskoper og mere følsomme instrumenter bliver tilgængelige. Nogle gange handler det om indsats og tålmodighed, såsom at kortlægge et stort antal objekter og drage konklusion fra de data, du har vundet.
Ingenuity spiller en betydelig rolle. Tænk på teleskoper, instrumenter og analysemetoder udviklet af astronomer som værktøjer i en konstant voksende værktøjskasse. En måde at få nye resultater på er at kombinere disse værktøjer på nye måder eller anvende dem på nye objekter.
Derfor er vores åbningsscene intet specielt inden for astronomi: Den viser Ian Crossfield, en postdoktoral forsker ved Max Planck Institut for Astronomi, og et antal kolleger (inklusive institutdirektør Thomas Henning) i begyndelsen af marts 2013, hvor de diskuterede muligheden for anvendelse af en bestemt metode til kortlægning af stjerneflader til en klasse af objekter, der aldrig før var blevet kortlagt på denne måde.
Metoden kaldes Doppler-billeddannelse. Det gør brug af det faktum, at lys fra en roterende stjerne forskydes lidt i frekvens, når stjernen roterer. Efterhånden som forskellige dele af stjernernes overflader går forbi, der piskes rundt af stjernens rotation, varierer frekvensforskydningerne lidt anderledes afhængigt af hvor det lysemitterende område er placeret på stjernen. Fra disse systematiske variationer kan et omtrentlig kort over den stære overflade rekonstrueres, der viser mørkere og lysere områder. Stjerner er alt for fjernt til at selv de største nuværende teleskoper kan skelne overfladedetaljer, men på denne måde kan et overfladekort rekonstrueres indirekte.
Selve metoden er ikke ny. Det grundlæggende koncept blev opfundet i slutningen af 1950'erne, og i 1980'erne blev der anvendt flere anvendelser til lyse, langsomt roterende stjerner, med astronomer, der brugte Doppler-billeddannelse til at kortlægge disse stjerners pletter (mørke pletter på en stjerneflade; den stjerneanalog til solpletter).
Crossfield og hans kolleger spekulerede på: Kunne denne metode blive anvendt på en brun dværg - en mellemmand mellem planet og stjerne, mere massiv end en planet, men med utilstrækkelig masse til nuklear fusion til at antænde i objektets kerne og omdanne den til en stjerne? Desværre viste nogle hurtige beregninger under hensyntagen til, hvad nuværende teleskoper og instrumenter kan og ikke kan, samt egenskaberne ved kendte brune dværge, at det ikke ville fungere.
De tilgængelige mål var for svage, og Doppler-billeddannelse har brug for masser af lys: for en, fordi du er nødt til at opdele det tilgængelige lys i de mange farver i et spektrum, og også fordi du er nødt til at tage mange forskellige temmelig korte målinger - når alt kommer til alt har brug for at overvåge, hvordan den subtile frekvensskift, der forårsages af Doppler-effekten, ændrer sig over tid.
Indtil videre, så almindelig. De fleste diskussioner om, hvordan man foretager observationer af en helt ny type, kommer sandsynligvis til den konklusion, at det ikke kan gøres - eller ikke kan gøres endnu. Men i dette tilfælde gjorde en anden drivkraft for astronomiske fremskridt et udseende: Opdagelsen af nye objekter.
Den 11. marts annoncerede Kevin Luhman, en astronom ved Penn State University, en markant opdagelse: Ved hjælp af data fra NASAs Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) havde han identificeret et system med to brune dverge, der kredsede om hinanden. Bemærkelsesværdigt var dette system i en afstand af kun 6,5 lysår fra Jorden. Kun Alpha Centauri-stjernesystemet og Barnards stjerne er tættere på Jorden end det. Faktisk var Barnards stjerne, sidste gang et objekt blev opdaget at være så tæt på vores solsystem - og denne opdagelse blev gjort i 1916.
Moderne astronomer er ikke kendt for at komme med snavset navn, og den nye genstand, der blev betegnet WISE J104915.57-531906.1, var ingen undtagelse. For at være retfærdig er dette ikke ment som et rigtigt navn; det er en kombination af opdagelsesinstrumentet WISE med systemets koordinater på himlen. Senere blev den alternative betegnelse "Luhman 16AB" for systemet foreslået, da dette var 16th binært system opdaget af Kevin Luhman, hvor A og B angiver det binære systems to komponenter.
Disse dage giver Internettet det astronomiske samfund øjeblikkelig adgang til nye opdagelser, så snart de annonceres. Mange, sandsynligvis de fleste astronomer, begynder deres arbejdsdag med at gennemsøge nylige indlæg til astro-ph, den astrofysiske del af arXiv, et internationalt arkiv med videnskabelige artikler. Med nogle få undtagelser - nogle tidsskrifter insisterer på eksklusive publiceringsrettigheder i mindst et stykke tid - er det her, i de fleste tilfælde vil astronomer få deres første glimt af deres kollegers seneste forskningsartikler.
Luhman offentliggjorde sit papir “Opdagelse af en binær brun dværg ved 2 Parsecs fra solen” på astro-ph den 11. marts. For Crossfield og hans kolleger i MPIA var dette en spiludveksler. Pludselig var her en brun dværg, som Doppler-billeddannelse kunne tænkes at arbejde på, og give det første nogensinde overfladekort over en brun dværg.
Imidlertid vil det stadig tage lysopsamlingskraften fra et af de største teleskoper i verden for at få dette til at ske, og observationstiden på sådanne teleskoper er meget efterspurgt. Crossfield og hans kolleger besluttede, at de skulle anvende endnu en test, før de ville ansøge. Ethvert objekt, der er egnet til Doppler-billeddannelse, vil flimre nogensinde så lidt og vokse lidt lysere og mørkere til gengæld, når lysere eller mørkere overfladearealer roterer til syne. Flimrede Luhman 16A eller 16B - i astronom-tale: viste en af dem, eller måske begge dele, stor variation?
Astronomi kommer med sine egne tidsskalaer. Kommunikation via Internettet er hurtig. Men hvis du har en ny idé, så kan du normalt ikke bare vente til natten falder og pege dit teleskop i overensstemmelse hermed. Du skal få et observationsforslag accepteret, og denne proces tager tid - typisk mellem et halvt år og et år mellem dit forslag og de faktiske observationer. Anvendelse er også alt andet end en formalitet. Store faciliteter, som Det Europæiske Sydlige Observatoriums Very Large Telescopes eller rumteleskoper som Hubble, modtager typisk applikationer til mere end 5 gange den mængde observationstid, der faktisk er tilgængelig.
Men der er en genvej - en måde, hvor især lovende eller tidskritiske observationsprojekter kan afsluttes meget hurtigere. Det er kendt som "Director's Discretionary Time", da observationsdirektøren - eller en stedfortræder - har ret til at fordele denne del af observationstiden efter deres skøn.
Den 2. april ansøgte Beth Biller, et andet MPIA-postdokument (hun er nu ved University of Edinburgh) om direktørens diskretionære tid på MPG / ESO 2,2 m-teleskopet ved ESOs La Silla-observatorium i Chile. Forslaget blev godkendt samme dag.
Biller's forslag var at studere Luhman 16A og 16B med et instrument kaldet GROND. Instrumentet var blevet udviklet til at undersøge efterglødningerne af kraftige, fjerne eksplosioner kendt som gammastråler. Med almindelige astronomiske objekter kan astronomer tage deres tid. Disse genstande vil ikke ændre sig meget i løbet af de få timer, som en astronom foretager observationer, først ved hjælp af et filter til at fange et område af bølgelængder (tænk "lys i en farve"), derefter et andet filter til et andet bølgelængdeområde. (Astronomiske billeder fanger normalt et område med bølgelængder - en farve - ad gangen. Hvis du ser på et farvebillede, er det normalt resultatet af en række observationer, et farvefilter ad gangen.)
Gamma ray bursts og andre kortvarige fænomener er forskellige. Deres egenskaber kan ændres på en tidsskala på minutter, hvilket ikke efterlader tid til på hinanden følgende observationer. Derfor tillader GROND samtidig observationer af syv forskellige farver.
Biller havde foreslået at bruge GRONDs unikke evne til at registrere lysstyrkevariationer for Luhman 16A og 16B i syv forskellige farver på samme tid - en slags måling, der aldrig før var blevet udført i denne skala. Den mest samtidige information, som forskere havde fået fra en brun dværg, havde været på to forskellige bølgelængder (arbejde af Esther Buenzli, derefter ved University of Arizona's Steward Observatory, og kolleger). Biller skulle i syv. Da lidt forskellige bølgelængdeordninger indeholder information om gas i lidt forskellige farver, lovede sådanne målinger indsigt i lagstrukturen af disse brune dværge - med forskellige temperaturer svarende til forskellige atmosfæriske lag i forskellige højder.
For Crossfield og hans kolleger - Biller blandt dem - skulle en sådan måling af lysstyrkevariationer også vise, om en af de brune dværge var en god kandidat til Doppler-billeddannelse.
Som det viste sig, behøvede de ikke engang at vente så længe. En gruppe astronomer omkring Michaël Gillon havde peget det lille robotteleskop TRAPPIST, designet til at opdage eksoplaneter ved lysstyrkevariationerne, de forårsager, når de passerer mellem deres værtsstjerne og en observatør på Jorden, til Luhman 16AB. Samme dag, som Biller havde ansøgt om observationstid, og hendes ansøgning blev godkendt, offentliggjorde TRAPPIST-gruppen et papir "Hurtigt udviklende vejr til det sejeste af vores to nye substellar-naboer", der kortlægger lysstyrkevariationer for Luhman 16B.
Denne nyhed fangede Crossfield tusinder af miles hjemmefra. Nogle astronomiske observationer kræver ikke astronomer at forlade deres hyggelige kontorer - forslaget sendes til personale astronomer på et af de store teleskoper, der foretager observationer, når betingelserne er rigtige og sender dataene tilbage via Internettet. Men andre typer observationer kræver astronomer at rejse til det teleskop, der bliver brugt - til Chile, siger, til eller til Hawaii.
Da lysstyrkevariationerne for Luhman 16B blev annonceret, observerede Crossfield på Hawaii. Han og hans kolleger indså med det samme, at i betragtning af de nye resultater var Luhman 16B flyttet fra at være en mulig kandidat til Doppler-billeddannelsesteknikken til at være en lovende. På flyvningen fra Hawaii tilbage til Frankfurt skrev Crossfield hurtigt et presserende observationsforslag til direktørens diskretionære tid på CRIRES, en spektrograf installeret på et af de 8 meter Very Large Telescopes (VLT) ved ESOs Paranal-observatorium i Chile, der indsendte sin ansøgning i april 5. Fem dage senere blev forslaget accepteret.
Den 5. maj vendte Antu, det ene af de fire enheds-teleskopers meget store teleskop, 8 meter spejl mod den sydlige konstellation Vela (”Skibets sejle”). Lyset, det indsamlede, blev tragtet ind i CRIRES, en højopløselig infrarød spektrograf, der afkøles til ca. -200 grader Celsius (-330 Fahrenheit) for bedre følsomhed.
Tre og to uger tidligere havde Biller's observationer givet rige data om variationen af begge de brune dværge i de tilsigtede syv forskellige bølgelængdebånd.
På dette tidspunkt var der ikke gået mere end to måneder mellem den oprindelige idé og observationer. Men parafrasering af Edisons berømte quip er observationsastronomi 1% observation og 99% evaluering, da de rå data analyseres, korrigeres sammenlignet med modeller og konklusioner foretaget om de observerede objekts egenskaber.
For Beth Billeres multi-bølgelængdeovervågning af lysstyrkevariationer tog dette ca. fem måneder. I begyndelsen af september sendte Biller og 17 coauthors, Crossfield og adskillige andre MPIA-kolleger blandt dem deres artikel til Astrofysiske tidsskriftsbreve (ApJL) Efter nogle revisioner blev det accepteret den 17. oktober. Fra 18. oktober og fremefter var resultaterne tilgængelige online ved astro-ph, og en måned senere blev de offentliggjort på ApJL-webstedet.
I slutningen af september var Crossfield og hans kolleger færdige med deres Doppler-billedanalyse af CRIRES-data. Resultaterne af en sådan analyse er aldrig 100% sikre, men astronomerne havde fundet den mest sandsynlige struktur på overfladen af Luhman 16B: et mønster af lysere og mørkere pletter; skyer lavet af jern og andre mineraler, der driver på brintgas.
Som det er sædvanligt i feltet, har teksten sendt til tidsskriftet Natur blev sendt til en dommer - en videnskabsmand, der forbliver anonym, og som giver henstillinger til tidsskriftets redaktører, om en bestemt artikel skal offentliggøres eller ej. Selv for en artikel, som dommeren mener skal offentliggøres, har han eller hun nogle henstillinger til forbedring. Efter nogle revisioner, Natur accepterede Crossfield et al. artikel i slutningen af december 2013.
Med Natur, har du kun lov til at offentliggøre den endelige, reviderede version på astro-ph eller lignende servere mindst 6 måneder efter offentliggørelsen i tidsskriftet. Så mens en række kolleger vil have hørt om det brune dværgkort den 9. januar på en session på det 223. møde i American Astronomical Society, i Washington, DC, for det bredere astronomiske samfund, online-publikationen, den 29. januar 2014 , vil have været det første glimt af dette nye resultat. Og du kan satse på, at når man ser det brune dværgkort, vil en række af dem være begyndt at tænke over hvad man ellers kunne gøre. Hold øje med den næste generation af resultater.
Og der har du det: 10 måneders astronomisk forskning, fra idé til offentliggørelse, hvilket resulterer i det første overfladekort over en brun dværg (Crossfield et al.) Og de første syv bølgelængde-bånd-undersøgelse af lysstyrkevariationer af to brune dværge (Biller et al.). Samlet giver undersøgelserne fascinerende billede af komplekse vejrmønstre på et objekt et sted mellem en planet og en stjerne i begyndelsen af en ny æra for brun dværgundersøgelse, og et vigtigt skridt hen imod et andet mål: detaljerede overfladekort over gigantiske gasplaneter omkring andre stars.
På en mere personlig note var dette min første pressemeddelelse nogensinde, der blev hentet af Weather Channel.
