Nyní budete pravděpodobně slyšet, že astronomové vytvořili první globální mapu počasí pro hnědého trpaslíka. (Pokud jste to ještě nenalezli, příběh najdete zde.) Možná jste dokonce postavili model krychle nebo model balónu origami na povrchu hnědého trpaslíka Luhmana 16B, který poskytli vědci (zde).
Vzhledem k tomu, že jedním z mých klobouků je úředník pro veřejné informace v Astronomickém institutu Maxe Plancka, kde se odehrávala většina mapování, podílel jsem se na psaní výsledku tiskové zprávy. Ale jeden aspekt, který mi připadal obzvláště zajímavý, se tam příliš nezabýval. Je to, že tento konkrétní kousek výzkumu je dobrým příkladem toho, jak rychle může být astronomie tempo v těchto dnech, a obecněji ukazuje, jak astronomický výzkum funguje. Tady je pohled do zákulisí - pokud chcete, na první mapu povrchu hnědého trpaslíka (viz obrázek vpravo).
Stejně jako v jiných vědách, pokud chcete být úspěšným astronomem, musíte udělat něco nového a jít nad rámec toho, co bylo dříve provedeno. To je konec konců to, o čem nové publikovatelné výsledky jsou. Někdy je takový pokrok řízen většími dalekohledy a dostupnější citlivějšími nástroji. Někdy se jedná o úsilí a trpělivost, jako je průzkum velkého počtu objektů a vyvození závěru z dat, která jste získali.
Významnost hraje významnost. Představte si dalekohledy, nástroje a analytické metody vyvinuté astronomy jako nástroje v neustále rostoucí sadě nástrojů. Jedním ze způsobů, jak získat nové výsledky, je kombinovat tyto nástroje novými způsoby nebo je aplikovat na nové objekty.
Proto naše úvodní scéna není v astronomii ničím zvláštním: Ukazuje to Ian Crossfield, postdoktorandský výzkum na Astronomii Maxe Plancka a řada spolupracovníků (včetně ředitele ústavu Thomase Henninga) na začátku března 2013, diskutující o možnosti použití jedné konkrétní metody mapování hvězdných povrchů na třídu objektů, které nikdy předtím nebyly tímto způsobem mapovány.
Tato metoda se nazývá Dopplerovo zobrazování. Využívá skutečnost, že světlo rotující hvězdy se při rotaci hvězdy mírně mění. Jak se procházejí různé části hvězdných povrchů, šlehané rotací hvězdy, mění se frekvenční posuny mírně odlišně v závislosti na tom, kde je oblast vyzařování světla umístěna na hvězdy. Z těchto systematických variací lze rekonstruovat přibližnou mapu hvězdného povrchu, která ukazuje tmavší a světlejší oblasti. Hvězdy jsou příliš vzdálené na to, aby i ty největší současné dalekohledy rozeznaly detaily povrchu, ale tímto způsobem lze nepřímo rekonstruovat povrchovou mapu.
Samotná metoda není nová. Základní koncept byl vynalezen koncem padesátých let a v 80. letech došlo k několika aplikacím na jasné, pomalu rotující hvězdy, přičemž astronomové používali Dopplerovo zobrazování k mapování těchto hvězdných hvězd (tmavé skvrny na hvězdném povrchu; hvězdný analog ke slunečním bodům).
Crossfield a jeho kolegové přemýšleli: Mohla by být tato metoda aplikována na hnědého trpaslíka - prostředníka mezi planetou a hvězdou, masivnější než planeta, ale s nedostatečnou hmotou pro to, aby se jaderná fúze vznítila v jádru objektu a proměnila ji v hvězdu? Bohužel některé rychlé výpočty, berouc v úvahu to, co současné dalekohledy a nástroje dokážou a nemohou, a vlastnosti známých hnědých trpaslíků, ukázaly, že to nebude fungovat.
Dostupné cíle byly příliš slabé a dopplerovské zobrazování vyžaduje hodně světla: například proto, že musíte rozdělit dostupné světlo do nesčetných barev spektra a také proto, že musíte provést mnoho různých, poměrně krátkých měření - nakonec je třeba sledovat, jak se jemné změny frekvence způsobené Dopplerovým efektem mění v průběhu času.
Doposud, tak obyčejné. Většina diskusí o tom, jak provádět pozorování zcela nového typu, pravděpodobně dospěla k závěru, že to nelze udělat - nebo nelze provést dosud. V tomto případě se však objevil další hybatel astronomického pokroku: objev nových objektů.
11. března Kevin Luhman, astronom na Penn State University, oznámil okamžitý objev: Pomocí dat z průzkumu NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) identifikoval systém dvou hnědých trpaslíků obíhajících jeden druhého. Je pozoruhodné, že tento systém byl ve vzdálenosti pouhých 6,5 světelných let od Země. Pouze hvězdný systém Alpha Centauri a Barnardova hvězda jsou k Zemi blíže. Barnardova hvězda byla ve skutečnosti naposledy objeveným objektem, který je blízko naší sluneční soustavě - a tento objev byl učiněn v roce 1916.
Moderní astronomové nejsou známí tím, že přicházejí se štíhlými jmény, a nový objekt, který byl označen WISE J104915.57-531906.1, nebyl výjimkou. Abychom byli spravedliví, nejedná se o skutečné jméno; je to kombinace objevovacího nástroje WISE s souřadnicemi systému na obloze. Později bylo pro systém navrženo alternativní označení „Luhman 16AB“, protože to bylo 16tis binární systém objevený Kevinem Luhmanem, s A a B označující dvě složky binárního systému.
Internet dnes poskytuje astronomické komunitě okamžitý přístup k novým objevům, jakmile jsou oznámeny. Mnoho, pravděpodobně většina astronomů, začíná svůj pracovní den procházením nedávných příspěvků k astro-ph, astrofyzikální sekci arXiv, mezinárodního úložiště vědeckých prací. Až na několik výjimek - některé časopisy trvají alespoň na chvíli na výlučných právech na publikování - zde astronomové ve většině případů získají první pohled na nejnovější výzkumné práce svých kolegů.
Luhman zveřejnil svůj příspěvek „Objev binárního hnědého trpaslíka na 2 Parsecs od Slunce“ na astro-ph 11. března. Pro Crossfielda a jeho kolegy v MPIA to byl měnič her. Najednou tu byl hnědý trpaslík, pro který by dopplerovské zobrazování mohlo fungovat, a poskytl vůbec první povrchovou mapu hnědého trpaslíka.
To by však stále vyžadovalo schopnost shromažďování světla jednoho z největších dalekohledů na světě, aby se to stalo, a čas pozorování takových dalekohledů je velmi žádoucí. Crossfield a jeho kolegové se rozhodli, že budou muset provést ještě jeden test, než začnou platit. Jakýkoli objekt vhodný pro dopplerovské zobrazování bude blikat stále tak mírně, jakmile se světlejší nebo tmavší povrchové plochy otočí do zorného úhlu, postupně se stávají mírně jasnější a tmavší. Blikal Luhman 16A nebo 16B - astronomicky: mluvil jeden z nich, nebo snad oba, vysokou variabilitu?
Astronomie přichází s vlastními časovými měřítky. Komunikace přes internet je rychlá. Ale pokud máte nový nápad, pak obvykle nemůžete jen čekat, až noc spadne a podle toho nasměrovat svůj dalekohled. Musíte přijmout návrh na pozorování a tento proces vyžaduje čas - obvykle mezi půl roku a rokem mezi vaším návrhem a skutečnými pozorováními. Také aplikace je nic jiného než formalita. Velká zařízení, jako jsou velmi velké dalekohledy Evropské jižní observatoře nebo kosmické dalekohledy, jako je Hubbleův teleskop, obvykle přijímají aplikace pro více než pětinásobek skutečně pozorovaného času.
Existuje však zkratka - způsob, jak mnohem slibnější nebo časově kritické pozorovací projekty dokončit mnohem rychleji. Je známá jako „režisérův diskreční čas“, protože ředitel observatoře - nebo jeho zástupce - je oprávněn distribuovat tento kus pozorovacího času podle svého uvážení.
2. dubna požádala Beth Biller, další postdoktorka MPIA (nyní na Univerzitě v Edinburghu), o volitelný čas režiséra na dalekohledu 2,2 m na observatoři La Silla v Chile v ESO. Návrh byl schválen téhož dne.
Billerovým návrhem bylo studovat Luhman 16A a 16B pomocí nástroje zvaného GROND. Tento nástroj byl vyvinut pro studium následků silných, vzdálených explozí známých jako výbuchy paprsků gama. U obyčejných astronomických objektů si astronomové mohou vzít čas. Tyto objekty se během několika hodin příliš nezmění, pozoruje astronom, nejprve pomocí jednoho filtru zachytil jeden rozsah vlnových délek (přemýšlejte „světlo jedné barvy“), poté další filtr pro jiný rozsah vlnových délek. (Astronomické obrazy obvykle zachycují vždy jednu vlnovou délku - jednu barvu - najednou. Když se podíváte na barevný obraz, je to obvykle výsledek řady pozorování, jeden barevný filtr najednou.)
Záblesky gama paprsků a jiné přechodné jevy se liší. Jejich vlastnosti se mohou měnit na časové stupnici minut, takže nezbývá čas na nepřetržitá pozorování. Proto GROND umožňuje současné pozorování sedmi různých barev.
Biller navrhl použít jedinečnou schopnost GROND pro záznam variací jasu pro Luhman 16A a 16B v sedmi různých barvách současně - druh měření, které v této stupnici nebylo nikdy provedeno. Nejběžnější informace, které vědci získali od hnědého trpaslíka, byly na dvou různých vlnových délkách (práce Esther Buenzli, poté na observatoři Steward Observatory University of Arizona a jejích kolegů). Biller šel sedm. Protože mírně odlišné režimy vlnové délky obsahují informace o plynu v mírně odlišných barvách, taková měření slibovala nahlédnutí do struktury vrstev těchto hnědých trpaslíků - s různými teplotami odpovídajícími různým atmosférickým vrstvám v různých výškách.
Pro Crossfielda a jeho kolegy - mezi nimi Biller - by takové měření jasových variací mělo také ukázat, zda jeden z hnědých trpaslíků byl dobrým kandidátem pro Dopplerovy zobrazování.
Jak se ukázalo, nemuseli tak dlouho čekat. Skupina astronomů kolem Michaëla Gillona ukázala malý robotický dalekohled TRAPPIST, určený k detekci exoplanet podle variací jasu, které způsobují při přechodu mezi jejich hostitelskou hvězdou a pozorovatelem na Zemi, na Luhman 16AB. Ve stejný den, kdy Biller požádal o pozorovací čas a její žádost byla schválena, vydala skupina TRAPPIST dokument „Rychle se vyvíjející počasí pro nejchladnější z našich dvou nových subelárních sousedů“, který mapuje variace jasu pro Luhman 16B.
Tato zpráva zachytila Crossfield tisíce kilometrů od domova. Některá astronomická pozorování nevyžadují, aby astronomové opustili své útulné kanceláře - návrh je zaslán pracovníkům astronomům na jednom z velkých dalekohledů, kteří provádějí pozorování, jakmile jsou podmínky správné, a data odesílají zpět přes internet. Ale jiné typy pozorování vyžadují, aby astronomové cestovali na jakýkoli dalekohled, který se používá - do Chile, řekněme, na nebo na Havaj.
Když byly oznámeny variace jasu pro Luhman 16B, Crossfield pozoroval na Havaji. On a jeho kolegové si hned uvědomili, že vzhledem k novým výsledkům se Luhman 16B posunul z možného kandidáta na Dopplerovu zobrazovací techniku na slibnou. Při letu z Havaje zpět do Frankfurtu Crossfield rychle napsal naléhavý pozorovací návrh na Discretionary Time režiséra na CRIRES, spektrograf nainstalovaný na jednom z 8 metrů velmi velkých dalekohledů (VLT) v observatoře ESO Paranal v Chile, který svou žádost podal v dubnu 5. O pět dní později byl návrh přijat.
5. května se obří 8metrové zrcadlo Antu, jednoho ze čtyř Unitových dalekohledů Velkého dalekohledu, otočilo směrem k jižní souhvězdí Vela („Plachet lodi“). Světlo, které se shromáždilo, se přivedlo do CRIRES, infračerveného spektrografu s vysokým rozlišením, který se pro lepší citlivost ochladil na asi -200 stupňů Celsia (-330 Fahrenheita).
O tři a dva týdny dříve, Billerova pozorování přinesla bohatá data o variabilitě obou hnědých trpaslíků v zamýšlených sedmi různých vlnových délkách.
V tomto okamžiku mezi původní myšlenkou a pozorováním neuplynuly více než dva měsíce. Ale parafrází Edisona slavného vtipu, pozorovací astronomie je 1% pozorování a 99% hodnocení, protože prvotní data jsou analyzována, opravována, ve srovnání s modely a závěry o vlastnostech pozorovaných objektů.
Pro Beth Billerovo sledování vlnových délek s různými vlnovými délkami to trvalo asi pět měsíců. Začátkem září předložili Biller a 17 spoluřešitelů, Crossfield a řada dalších kolegů MPIA svůj článek Astrofyzikální deníky (ApJL) po některých revizích byl přijat 17. října. Od 18. října byly výsledky přístupné online na astro-ph a o měsíc později byly zveřejněny na webových stránkách ApJL.
Koncem září Crossfield a jeho kolegové dokončili Dopplerovu zobrazovací analýzu dat CRIRES. Výsledky takové analýzy nejsou nikdy stoprocentně jisté, ale astronomové našli nejpravděpodobnější strukturu povrchu Luhman 16B: vzor jasnějších a tmavších skvrn; mraky vyrobené ze železa a jiných minerálů unášených vodíkovým plynem.
Jak je obvyklé v oboru, text, který předložili do deníku Příroda byl zaslán rozhodčímu - vědci, který zůstává anonymní a který vydává doporučení redaktorům časopisu, zda by měl být konkrétní článek zveřejněn či nikoliv. Většinu času, i pro článek, o kterém si rozhodčí myslí, že by měl být zveřejněn, má některá doporučení ke zlepšení. Po několika revizích Příroda přijal Crossfield et al. článek na konci prosince 2013.
S Příroda, máte možnost publikovat finální, revidovanou verzi na astro-ph nebo podobných serverech nejpozději 6 měsíců po zveřejnění v časopise. Takže řada kolegů bude slyšet o mapě hnědého trpaslíka 9. ledna na zasedání na 223. zasedání Americké astronomické společnosti ve Washingtonu, DC, pro širší astronomickou komunitu, online publikaci, 29. ledna 2014 , bude prvním pohledem na tento nový výsledek. A můžete se vsadit, že když uvidí mapu hnědého trpaslíka, řada z nich začne přemýšlet o tom, co jiného by člověk mohl udělat. Zůstaňte naladěni na další generaci výsledků.
A tady to máte: 10 měsíců astronomického výzkumu, od nápadu k publikaci, které vedlo k první povrchové mapě hnědého trpaslíka (Crossfield et al.) A prvnímu studiu sedmi vlnových délek jasových variací dvou hnědých trpaslíků (Biller a kol.). Dohromady tyto studie poskytují fascinující obraz složitých povětrnostních modelů na předmětu někde mezi planetou a hvězdou začátek nové éry pro studium hnědého trpaslíka a důležitý krok k dalšímu cíli: podrobné povrchové mapy obřích plynových planet kolem jiných hvězdy.
Pokud jde o více osobní poznámku, byla to moje první tisková zpráva, kterou zachytil meteorologický kanál.
