Toistaiseksi olet todennäköisesti kuullut, että tähtitieteilijät ovat laatineet ensimmäisen maailmankartan ruskealle kääpiölle. (Jos sinulla ei ole, löydät tarinan täältä.) Voisitko olla, että olet jopa rakentanut tutkijoiden tarjoaman kuutio- tai origami-pallomallin ruskean kääpiön Luhman 16B -pinnasta (täällä).
Koska yksi hatteistani on Max Planckin tähtitieteen instituutin julkisen tiedon virkamies, jossa suurin osa kartan valmistuksesta tapahtui, kirjoitin tulosta koskevan lehdistötiedotteen. Mutta yksi näkökohta, jonka piti erityisen mielenkiintoisena, ei saanut siellä paljon selvitystä. Se on, että tämä tietty tutkimus on hyvä esimerkki siitä, kuinka nopeatempoinen tähtitiede voi olla nykyään, ja yleisemmin se osoittaa, kuinka tähtitieteellinen tutkimus toimii. Joten tässä on kulissien takana oleva ilme - tehdä, jos haluat - ensimmäiselle ruskealle kääpiöpintakartalle (katso kuvaa oikealta).
Kuten muissakin tieteissä, jos haluat olla menestyvä tähtitieteilijä, sinun täytyy tehdä jotain uutta ja mennä pidemmälle kuin mitä aiemmin on tehty. Se on loppujen lopuksi julkaistavissa olevia uusia tuloksia. Joskus tällaista kehitystä ohjaa suurempien kaukoputkien ja herkempien instrumenttien saatavuus. Joskus kyse on ponnisteluista ja kärsivällisyydestä, kuten suuren määrän esineiden mittaamisesta ja johtopäätösten tekemisestä voittamasi tietojen perusteella.
Nerokkuudella on merkittävä rooli. Ajattele tähtitieteilijöiden kehittämiä kaukoputkia, instrumentteja ja analyyttisiä menetelmiä työkaluina jatkuvasti kasvavassa työkalulaatikossa. Yksi tapa saada uusia tuloksia on yhdistää nämä työkalut uusilla tavoilla tai soveltaa niitä uusiin kohteisiin.
Siksi avajaisnäkymämme ei ole mitään erityistä tähtitiedessä: Se näyttää Ian Crossfieldin, Max Planckin tähtitieteiden instituutin tutkijatohtorin ja useiden kollegoiden (mukaan lukien instituutin johtaja Thomas Henning) maaliskuun 2013 alussa keskustelevan mahdollisuudesta yhden tietyn menetelmän käyttäminen tähtien pintojen kartoittamiseksi luokkaan esineitä, joita ei ollut koskaan aikaisemmin kartoitettu tällä tavalla.
Menetelmää kutsutaan Doppler-kuvantamiseksi. Siinä hyödynnetään sitä, että pyörivän tähden valon taajuus muuttuu hieman, kun tähti pyörii. Kun tähtien pyörimällä ympäri kulkee ympäri tähtipintojen eri osia, taajuuden muutokset vaihtelevat hiukan erilaisesti riippuen siitä, missä valoa säteilevä alue tähdellä sijaitsee. Näistä systemaattisista variaatioista voidaan rekonstruoida likimääräinen kartta tähtipinnasta, joka osoittaa tummempia ja vaaleampia alueita. Tähdet ovat aivan liian kaukana jopa suurimpien nykyisten kaukoputkien havaitsemiseksi pinnan yksityiskohdat, mutta tällä tavalla pintakartta voidaan rekonstruoida epäsuorasti.
Itse menetelmä ei ole uusi. Peruskonsepti keksittiin 1950-luvun lopulla, ja 1980-luvulla nähtiin useita sovelluksia kirkkaisiin, hitaasti pyöriviin tähtiin. Tähtitieteilijät käyttivät Doppler-kuvantamista tähtien pisteiden kartoittamiseen (tummat täplät tähtipinnalla; tähtien analoginen aurinkopisteiden kanssa).
Crossfield ja hänen kollegansa ihmettelivät: Voisiko tätä menetelmää soveltaa ruskeaseen kääpiöön - välittäjäksi planeetan ja tähden välillä, massiivisempi kuin planeetta, mutta jolla ei ole riittävää massaa ydinfuusioon syttyäkseen kohteen ytimessä, muuttamalla siitä tähti? Valitettavasti jotkut nopeat laskelmat, joissa otetaan huomioon mitä nykyiset kaukoputket ja instrumentit voivat ja eivät pysty samoin kuin tunnettujen ruskeiden kääpiöiden ominaisuudet, osoittivat, että se ei toimisi.
Käytettävissä olevat kohteet olivat liian heikkoja, ja Doppler-kuvaus vaatii paljon valoa: yhdeksi, koska käytettävissä oleva valo on jaettava lukemattomiin spektrin väreihin, ja myös siksi, että joudut suorittamaan monia erilaisia melko lyhyitä mittauksia - loppujen lopuksi sinä tarve seurata, kuinka Doppler-ilmiön aiheuttamat hienoiset taajuuden muutokset muuttuvat ajan myötä.
Toistaiseksi niin tavallinen. Suurimmassa osassa keskustelua siitä, miten tehdä täysin uudentyyppisiä havaintoja, todennäköisesti päädytään siihen, että sitä ei voida tehdä - tai ei voida tehdä vielä. Mutta tässä tapauksessa toinen astronomisen kehityksen veturi ilmestyi: Uusien esineiden löytäminen.
Penn State Universityn tähtitieteilijä Kevin Luhman ilmoitti 11. maaliskuuta merkittävän löytön: NASA: n laaja-alaisen infrapunamittarin (WISE) tietojen perusteella hän oli tunnistanut järjestelmän, jossa kaksi ruskeaa kääpiötä kiertää toisiaan. Huomattavana on, että tämä järjestelmä oli vain 6,5 valovuoden etäisyydellä Maasta. Vain Alpha Centaurin tähtijärjestelmä ja Barnardin tähti ovat lähempänä maata. Itse asiassa Barnardin tähti oli viimeinen kerta, kun esine havaittiin olevan lähellä aurinkokuntamme - ja tämä löytö tehtiin vuonna 1916.
Nykyaikaisia tähtitieteilijöitä ei tiedetä keksineen välkkyviä nimiä, ja uusi esine, joka nimettiin WISE J104915.57-531906.1, ei ollut poikkeus. Oikeudenmukaisuuden vuoksi sitä ei tarkoiteta olevan oikea nimi; se on yhdistelmä etsintäinstrumenttia WISE järjestelmän koordinaateilla taivaalla. Myöhemmin järjestelmälle ehdotettiin vaihtoehtoista nimitystä “Luhman 16AB”, koska tämä oli 16th Kevin Luhmanin löytämä binaarijärjestelmä, jossa A ja B tarkoittavat binaarijärjestelmän kahta komponenttia.
Nykyään Internet antaa tähtitieteelliselle yhteisölle välittömän pääsyn uusiin löytöihin heti, kun ne on ilmoitettu. Monet, luultavasti suurin osa tähtitieteilijöistä, alkavat työpäivänsä selaamalla viimeisimpiä kommentteja astro-ph: iin, arXivin astrofysiikkaosastoon, joka on kansainvälinen tieteellisten lehtien arkisto. Muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta - jotkut lehdet vaativat ainakin jonkin aikaa yksinoikeutta julkaisuoikeuksiin - tällöin tähtitieteilijät saavat ensimmäisen katsauksen kollegoidensa uusimpiin tutkimuslehtiin.
Luhman julkaisi kirjoituksensa "Binäärisen ruskean kääpiön löytäminen 2 parsecin päässä auringosta" astro-ph: lle 11. maaliskuuta. Crossfieldille ja hänen MPIA: n kollegoilleen tämä oli pelinvaihto. Yhtäkkiä täällä oli ruskea kääpiö, jota varten Doppler-kuvantaminen saattoi toimia, ja saada aikaan kaikkien aikojen ensimmäisen pintakartan ruskeasta kääpiöstä.
Tämän tapahtuu kuitenkin yhä maailman suurimman kaukoputken valonkeruujärjestelmällä, ja tällaisten kaukoputkien havainnointiaika on suuri. Crossfield ja hänen kollegansa päättivät, että heidän oli suoritettava vielä yksi testi ennen kuin he hakivat. Mikä tahansa Doppler-kuvantamiseen sopiva kohde välkkyy niin vähän, kasvaessa puolestaan hiukan kirkkaammaksi ja tummemmaksi, kun kirkkaammat tai tummemmat pinta-alat kääntyvät näkyviin. Vilkkasiko Luhman 16A tai 16B - tähtitieteilijöiden puhuessa: osoittiko jokin heistä vai kenties molemmat suurta vaihtelua?
Astronomialla on omat aikataulut. Viestintä Internetin kautta on nopeaa. Mutta jos sinulla on uusi idea, et yleensä voi odottaa vain yön putoamista ja osoittaa teleskooppisi vastaavasti. Tarkkailuehdotus on hyväksyttävä, ja tämä prosessi vie aikaa - tyypillisesti puolen vuoden ja vuoden välillä ehdotuksen ja todellisten havaintojen välillä. Hakeminen on myös muuta kuin muodollisuutta. Suuret tilat, kuten Euroopan eteläisen observatorion erittäin suuret teleskoopit tai Hubblen kaltaiset avaruusteleskoopit, vastaanottavat sovelluksia tyypillisesti yli viisinkertaisesti todellisen käytettävissä olevan tarkkailuajan kanssa.
Mutta siellä on oikotie - tapa, jolla erityisen lupaavat tai aikakriittiset tarkkailuhankkeet saadaan päätökseen paljon nopeammin. Sitä kutsutaan ”johtajan harkinnanvaraiseksi ajaksi”, koska observatorion johtajalla - tai varahenkilöllä - on oikeus jakaa tämä tarkkailun ajanjakso harkintansa mukaan.
Toinen MPIA-tutkijatohtori Beth Biller (hän on nyt Edinburghin yliopistossa) haki 2. huhtikuuta johtajan harkinnanvaraista aikaa MPG / ESO 2,2 m -kaukoputkella ESOn La Silla-observatoriossa Chilessä. Ehdotus hyväksyttiin samana päivänä.
Billerin ehdotus oli opiskella Luhman 16A ja 16B GROND-instrumentilla. Laite oli kehitetty tutkimaan gamma-säteilypurskeiksi kutsuttujen voimakkaiden, kaukaisten räjähdysten jälkivalaistuksia. Tavallisilla tähtitieteellisillä esineillä tähtitieteilijät voivat viettää aikansa. Nämä kohteet eivät muutu paljon muutaman tunnin aikana, jolloin tähtitieteilijä tekee havaintoja, käyttämällä ensin yhtä suodatinta yhden aallonpituusalueen kaappaamiseen (ajattele “yhden värin valo”), sitten toisen suodattimen toiselle aallonpituusalueelle. (Tähtitieteelliset kuvat kaappaavat yleensä yhden aallonpituusalueen - yhden värin - kerrallaan. Jos tarkastelet värikuvaa, se on yleensä havainnointisarjan tulos, yksi värisuodatin kerrallaan.)
Gammasätepurskaukset ja muut ohimenevät ilmiöt ovat erilaisia. Niiden ominaisuudet voivat muuttua minuutti-asteikolla, jättämättä aikaa peräkkäisiin havaintoihin. Siksi GROND mahdollistaa seitsemän eri värin samanaikaisen havainnoinnin.
Biller oli ehdottanut käyttää GRONDin ainutlaatuista ominaisuutta Luhman 16A: n ja 16B: n kirkkauden variaatioiden tallentamiseen seitsemässä eri värissä samanaikaisesti - eräänlainen mittaus, jota ei koskaan ollut tehty tässä mittakaavassa. Samaan aikaan samanaikaisesti informaatiotutkijat, jotka olivat saaneet ruskeasta kääpiöstä, olivat olleet kahdella eri aallonpituudella (Esther Buenzlin, silloin Arizonan yliopiston Steward-observatorion, ja kollegoiden työ). Biller oli menossa seitsemän. Koska hiukan erilaiset aallonpituusjärjestelmät sisältävät tietoa kaasusta hieman eri väreillä, tällaiset mittaukset lupasivat nähdä näiden ruskeiden kääpiöiden kerrosrakenteen - eri lämpötiloilla, jotka vastaavat erilaisia ilmakehän kerroksia eri korkeuksilla.
Crossfieldille ja hänen kollegoilleen - heidän joukossaan Billerille - tällaisen kirkkausvaihtelujen mittauksen pitäisi myös osoittaa, oliko yksi ruskeista kääpiöistä hyvä ehdokas Doppler-kuvantamiseen vai ei.
Kuten kävi ilmi, heidän ei tarvinnut edes odottaa niin kauan. Ryhmä tähtitieteilijöitä Michaël Gillonin ympärillä oli osoittanut Luhman 16AB: lle pienen robotteleskoopin TRAPPIST, joka on suunniteltu havaitsemaan eksoplaneettoja niiden aiheuttamien kirkkausvaihteluiden kautta, kun ne kulkevat isäntätähtensä ja maan tarkkailijan välillä. Samana päivänä, kun Biller oli hakenut ajan tarkkailua ja hänen hakemuksensa hyväksyttyä, TRAPPIST-ryhmä julkaisi paperin ”Nopeasti muuttuva sää kahden uuden subtellar-naapurimme tyylikkäimmälle”, kartoittaen Luhman 16B: n kirkkauden vaihtelut.
Tämä uutinen sai Crossfieldin tuhansien mailien päässä kotoa. Jotkut tähtitieteelliset havainnot eivät edellytä tähtitieteilijöiden poistumista viihtyisästä toimistostaan - ehdotus lähetetään yhdessä suurten kaukoputkien henkilökunnan tähtitieteilijöille, jotka tekevät havainnot olosuhteiden ollessa oikein ja lähettävät tiedot takaisin Internetin kautta. Mutta muun tyyppiset havainnot vaativat tähtitieteilijöiden matkustamista mihin tahansa teleskooppiin käytetään - esimerkiksi Chileen, esimerkiksi Havaijiin tai Havaijiin.
Kun Luhman 16B: n kirkkauden vaihtelut ilmoitettiin, Crossfield havaitsi Havaijilla. Hän ja hänen kollegansa tajusivat heti, että uusien tulosten vuoksi Luhman 16B on siirtynyt mahdollisesta Doppler-kuvantamistekniikan ehdokkaasta lupaavaksi. Lennolla Havaijilta takaisin Frankfurtiin Crossfield kirjoitti nopeasti kiireellisen tarkkailusehdotuksen johtajan harkinnanvaraisuudesta CRIRESiin, spektrografiin, joka oli asennettu yhteen 8 metrin erittäin suuresta teleskoopista (VLT) ESOn Paranal-observatoriossa Chilessä, jättäen hakemuksensa huhtikuussa. 5. Viisi päivää myöhemmin ehdotus hyväksyttiin.
Toukokuun 5. päivänä Antu jättiläinen 8-metrinen peili, joka oli yksi erittäin suuren teleskoopin neljästä yksikköteleskoopista, kääntyi kohti Velan eteläistä tähdistöä (”Laivan purje”). Kerätty valo kanavoitiin CRIRES: iin, korkearesoluutioiseen infrapunaspektrografiin, joka jäähdytetään noin -200 celsiusasteeseen (-330 Fahrenheit) paremman herkkyyden saavuttamiseksi.
Kolme ja kaksi viikkoa aikaisemmin, Billerin havainnot olivat tuottaneet rikkaita tietoja molempien ruskeiden kääpiöiden vaihtelusta aiotulla seitsemällä eri aallonpituuskaistalla.
Tässä vaiheessa alkuperäisen idean ja havaintojen välillä oli kulunut enintään kaksi kuukautta. Mutta parafraasoimalla Edisonin kuuluisaa quipiä, havainnoiva tähtitiede on 1% havainto ja 99% arviointi, koska raakadataa analysoidaan, korjataan verrattuna malleihin ja havaintoihin havaittujen kohteiden ominaisuuksista.
Beth Billerin monen aallonpituuden valoisuusvaihtelujen seurantaan kesti noin viisi kuukautta. Syyskuun alussa Biller ja 17 yhteistyökumppania, Crossfield ja monet muut MPIA: n kollegat, esittivät artikkelinsa Astrofysikaaliset lehdenkirjeet (ApJL) joidenkin tarkistusten jälkeen se hyväksyttiin 17. lokakuuta. Alkaen 18. lokakuuta tulokset olivat saatavilla Internetissä astro-ph: llä, ja kuukautta myöhemmin ne julkaistiin ApJL: n verkkosivustolla.
Syyskuun lopulla Crossfield ja hänen kollegansa olivat suorittaneet CRIRES-tietojen Doppler-kuvaanalyysin. Tällaisen analyysin tulokset eivät ole koskaan 100% varmoja, mutta tähtitieteilijät olivat löytäneet Luhman 16B: n pinnan todennäköisimmän rakenteen: kirkkaampien ja tummempien pisteiden kuvio; vetykaasussa ajautuvat raudasta ja muista mineraaleista tehdyt pilvet.
Kuten kentän tavanomainen, tekstin he toimittivat päiväkirjaan luonto lähetettiin erotuomarille - tutkijalle, joka pysyy nimettömänä ja antaa suosituksia lehden toimittajille, julkaistaanko tietty artikkeli vai ei. Suurimman osan ajasta, jopa artikkelin suhteen, jonka tuomarin mielestä pitäisi julkaista, hänellä on joitain parannusehdotuksia. Joidenkin tarkistusten jälkeen luonto hyväksyivät Crossfield et ai. artikkeli joulukuun lopulla 2013.
Kanssa luonto, sinulla on oikeus julkaista lopullinen, tarkistettu versio astro-ph- tai vastaavissa palvelimissa vähintään 6 kuukauden kuluttua julkaisemisesta lehdessä. Joten vaikka joukko kollegoja on kuullut ruskeasta kääpiökartasta 9. tammikuuta istunnossa, joka pidettiin American Astronomical Society -järjestön 223. kokouksessa, Washington DC: ssä, laajemmalle tähtitieteelliselle yhteisölle, verkkojulkaisu, 29. tammikuuta 2014. , on ollut ensimmäinen välähdys uuteen tulokseen. Ja voit lyödä vetoa, että nähdessään ruskean kääpiökartan monet heistä ovat alkaneet miettiä, mitä muuta voisi tehdä. Pysy kuulolla seuraavan sukupolven tuloksiin.
Ja siellä sinulla se on: 10 kuukauden tähtitieteellinen tutkimus ideasta julkaisuun, jolloin tuloksena on ruskean kääpiön ensimmäinen pintakartta (Crossfield ym.) Ja ensimmäiset seitsemän aallonpituuskaistokatsaus kahden ruskean kääpiön kirkkauden variaatioista. (Biller et ai.). Yhdessä tutkimukset tarjoavat kiehtovan kuvan monimutkaisista sääkuvioista kohteesta jossain planeetan ja tähden välissä, uuden aikakauden alku ruskeille kääpiöille ja tärkeä askel kohti toista tavoitetta: yksityiskohtaiset pintakartat jättiläisistä kaasuplaneetoista muiden ympärillä tähteä.
Henkilökohtaisempana huomautuksena, tämä oli minun ensimmäinen lehdistötiedote, jonka Weather Channel on vastaanottanut.
