Дотепер ви, напевно, чули, що астрономи виготовили першу глобальну карту погоди для бурого карлика. (Якщо ви цього не зробили, ви можете знайти історію тут.) Можливо, ви навіть побудували модель куба або модель на балонці орігамі поверхні коричневого карлика Лумана 16В, представлені дослідниками (тут).
Оскільки один із моїх капелюхів - це офіцер з громадської інформації Інституту астрономії Макса Планка, де відбулася більша частина складання карт, я брав участь у написанні прес-релізу про результат. Але один аспект, який мені здався особливо цікавим, там не отримав особливого висвітлення. Саме цей конкретний біт досліджень є хорошим прикладом того, як швидко розвивається астрономія в наші дні, і, загалом, це показує, як працюють астрономічні дослідження. Тож ось кулуарний погляд - виготовлення, якщо ви хочете - для першої коричневої карликової поверхні (див. Зображення праворуч).
Як і в інших науках, якщо ви хочете бути успішним астрономом, вам потрібно зробити щось нове і вийти за рамки того, що було зроблено раніше. Це, зрештою, те, про що говорять нові результати. Іноді такий прогрес зумовлюється більшими телескопами та доступними більш чутливими інструментами. Іноді йдеться про зусилля та терпіння, наприклад, опитування великої кількості об'єктів та висновок із отриманих даних.
Винахідливість відіграє значну роль. Подумайте про телескопи, прилади та аналітичні методи, розроблені астрономами, як про інструменти в постійно зростаючій коробці інструментів. Один із способів отримання нових результатів - комбінувати ці інструменти по-новому або застосовувати їх до нових об’єктів.
Ось чому наша акторська сцена не є нічого особливого в астрономії: на ній показаний Іен Кросфілд, докторський науковий співробітник Інституту астрономії Макса Планка та ряд колег (включаючи директора інституту Томаса Геннінга) на початку березня 2013 року, обговорюючи можливість застосування одного конкретного методу відображення зоряних поверхонь до класу об'єктів, які раніше ніколи не були відображені таким чином.
Метод називається доплерографією. Користується тим, що світло від обертової зірки трохи зміщується по частоті в міру обертання зірки. По мірі того, як різні частини зоряних поверхонь проходять повз обертання зірки, частотні зсуви змінюються дещо по-різному в залежності від того, де на зорі розташована область випромінювання світла. З цих систематичних варіацій можна реконструювати приблизну карту зоряної поверхні, показуючи темніші та світліші ділянки. Зірки є занадто віддаленими навіть для найбільших сучасних телескопів, щоб помітити деталі поверхні, але таким чином карту поверхні можна реконструювати опосередковано.
Сам метод не новий. Основна концепція була винайдена наприкінці 1950-х, і у 1980-х роках було застосовано кілька застосувань для яскравих повільно обертових зірок, астрономи використовували доплерівське зображення для картографування плям цих зірок (темні плями на зоряній поверхні; зоряний аналог плям Сонця).
Кросфілд і його колеги цікавились: Чи можна застосувати цей метод до коричневого карлика - посередника між планетою і зіркою, більш масивного, ніж планета, але з недостатньою масою для ядерного синтезу, щоб запалити в ядрі об'єкта, перетворивши його на зірку? На жаль, деякі швидкі підрахунки, враховуючи, що сучасні телескопи та інструменти можуть, а що не можуть робити, а також властивості відомих коричневих карликів, показали, що це не спрацює.
Наявні цілі були надто слабкими, і доплеровізування потрібно багато світла: для одного тому, що вам потрібно розділити доступне світло на безліч кольорів спектру, а також тому, що вам потрібно зробити багато різних досить коротких вимірювань - адже ви необхідно контролювати, як з часом змінюються тонкі зміщення частоти, викликані ефектом Доплера.
Поки що таке звичайне. Більшість дискусій про те, як зробити спостереження абсолютно нового типу, напевно, прийшли до висновку, що цього зробити не можна - або не можна зробити поки що. Але в цьому випадку з'явився ще один рушій астрономічного прогресу: Відкриття нових об'єктів.
11 березня Кевін Луман, астроном з університету штату Пенн, оголосив знаменне відкриття: використовуючи дані Інфрачервоного обстежувача дослідників широкого поля NASA (WISE), він визначив систему двох коричневих карликів, що обходять один одного. Примітно, що ця система знаходилася на відстані всього 6,5 світлових років від Землі. Тільки зоряна система Альфа Кентаврі та зірка Барнард ближче до Землі. Насправді, зірка Барнарда була востаннє, коли виявлено, що об'єкт був наближеним до нашої Сонячної системи - і це відкриття було здійснено в 1916 році.
Сучасні астрономи не відомі тим, що придумали хитрі імена, і новий об’єкт, який отримав назву WISE J104915.57-531906.1, не став винятком. Якщо бути справедливим, це не означає справжнє ім'я; це поєднання інструменту виявлення WISE з координатами системи на небі. Пізніше було запропоновано альтернативне позначення для системи "Luhman 16AB", оскільки це було 16го бінарну систему, виявлену Кевіном Луманом, а A і B позначають два компоненти бінарної системи.
В наші дні Інтернет надає астрономічній спільноті негайний доступ до нових відкриттів, як тільки вони оголошені. Багато, напевно, більшість астрономів починають свій робочий день, переглядаючи нещодавні подання до астрофізики, астрофізичного розділу arXiv, міжнародного сховища наукових праць. За кількома винятками - деякі журнали наполягають на ексклюзивних правах на публікацію принаймні деякий час - саме там, у більшості випадків, астрономи отримають перший погляд на останні наукові праці своїх колег.
Лугон опублікував свою працю "Відкриття двійкового коричневого гнома на 2 парсеках від сонця" на астро-ph 11 березня. Для Кросфілда та його колег з MPIA це була зміна гри. Раптом тут з'явився коричневий карлик, над яким можна було б працювати допплерівські зображення, і отримати першу в історії карту поверхні коричневого гнома.
Однак для цього все-таки знадобиться потужність збору світла одного з найбільших телескопів у світі, і час спостереження на таких телескопах користується великим попитом. Кросфілд та його колеги вирішили, що потрібно застосувати ще один тест, перш ніж вони подадуть заявку. Будь-який об’єкт, придатний для доплерівського зображення, колись так блимає, роблячись трохи яскравішим і темнішим у свою чергу, оскільки світлі або темніші поверхні поверхонь обертаються. Чи мерехтіння Luhman 16A або 16B - астрономом говорило: чи виявляв один із них, чи, можливо, обидва?
Астрономія має свої масштаби часу. Спілкування через Інтернет швидко. Але якщо у вас є нова ідея, то, як правило, ви не можете просто чекати, коли впаде ніч, і відповідно навести свій телескоп. Потрібно прийняти пропозицію щодо спостереження, і цей процес потребує часу - зазвичай від півроку до року між вашою пропозицією та фактичними спостереженнями. Також подати заявку - це не що інше, як формальність. Великі споруди, як-от дуже великі телескопи Європейської південної обсерваторії або космічні телескопи, такі як Хаббл, зазвичай отримують додатки більш ніж у 5 разів більше, ніж фактично наявний час спостереження.
Але є ярлик - спосіб значно перспективніших або критично важливих для часу проектів спостереження буде завершено набагато швидше. Він відомий як «дискреційний час директора», оскільки директор обсерваторії - або заступник - має право розподіляти цю частину часу спостереження на власний розсуд.
2 квітня Бет Біллер, ще одна докторка MPIA (вона зараз знаходиться в Едінбургському університеті), подала заявку на дискреційний час директора на телескопі MPG / ESO 2,2 м у телескопі обстеження La Silla в Чилі. Пропозиція була затверджена того ж дня.
Пропозиція Біллера полягала в тому, щоб вивчити Луман 16А та 16В за допомогою інструменту під назвою GROND. Прилад був розроблений для вивчення наслідків потужних далеких вибухів, відомих як вибухи гамма-променів. Зі звичайними астрономічними об’єктами астрономи можуть зайняти свій час. Ці об’єкти не зміняться сильно протягом кількох годин, коли астроном здійснює спостереження, спочатку використовуючи один фільтр для зйомки одного діапазону довжин хвиль (подумайте «світло одного кольору»), потім інший фільтр для іншого діапазону довжин хвиль. (Астрономічні зображення зазвичай охоплюють один діапазон довжин хвиль - один колір - одночасно. Якщо ви подивитеся на кольорове зображення, це зазвичай результат ряду спостережень, один кольоровий фільтр одночасно.)
Вибухи гамма-променів та інші минущі явища різні. Їх властивості можуть змінюватися за часовою шкалою хвилин, не залишаючи часу для послідовних спостережень. Ось чому GROND дозволяє одночасно спостерігати сім різних кольорів.
Біллер запропонував використовувати унікальну можливість GROND для запису змін яскравості для Luhman 16A та 16B одночасно в семи різних кольорах - такий вимір, який ніколи раніше не робився в цій шкалі. Найбільш одночасні дослідники інформації, отримані від бурого карлика, були на двох різних довжинах хвилі (робота Естер Буензлі, потім в Обсерваторії Стюарда університету Арізони та колеги). Біллер збирався на сім. Оскільки дещо різні режими довжини хвилі містять інформацію про газ з дещо різними кольорами, такі вимірювання обіцяли зрозуміти структуру шарів цих бурих карликів - з різною температурою, що відповідає різним шарам атмосфери на різній висоті.
Для Кросфілда та його колег - серед них Біллер - таке вимірювання варіацій яскравості повинно також показувати, чи був хтось із коричневих карликів хорошим кандидатом у допплерівські знімки.
Як виявилося, їм навіть не довелося так довго чекати. Група астрономів навколо Міхаеля Гіллона вказала на маленький робототехнічний телескоп TRAPPIST, призначений для виявлення екзопланет через зміни яскравості, які вони викликають при переході між зіркою-господарем та спостерігачем на Землі, на Луман 16AB. Того ж дня, коли Біллер подала заявку на спостереження за часом, і її заяву було схвалено, група TRAPPIST опублікувала документ «Швидко розвивається погода для прохолодних наших двох нових підзоряних сусідів», в якому намічаються зміни яскравості для Luhman 16B.
Ця новина зачепила Кросфілд за тисячі миль від дому. Деякі астрономічні спостереження не вимагають від астрономів залишати свої затишні кабінети - пропозиція надсилається штатним астрономам в одному з великих телескопів, які здійснюють спостереження, коли умови є правильними та надсилають дані назад через Інтернет. Але інші види спостережень вимагають від астрономів подорожувати будь-яким телескопом, який використовується, скажімо, до Чилі, до Гаваїв чи до Гаваїв.
Коли були оголошені зміни яскравості для Luhman 16B, Кросфілд спостерігав на Гаваях. Він та його колеги зрозуміли, що, враховуючи нові результати, Luhman 16B перейшов від можливого кандидата доплерівської методики зображення до перспективного. Під час рейсу з Гаваїв назад у Франкфурт Кросфілд швидко написав термінову пропозицію щодо спостереження за режимом дискреційного часу директора CRIRES, спектрографа, встановленого на одному з 8-метрових дуже великих телескопів (VLT) в обсерваторії Параналу в Чилі, подавши свою заяву в квітні 5. Через п’ять днів пропозиція була прийнята.
5 травня гігантське 8-метрове дзеркало Анту, один із чотирьох одиничних телескопів дуже великого телескопа, повернув у напрямку південного сузір'я Вела ("Вітрило корабля"). Світло, яке воно збирало, було направлене на CRIRES, інфрачервоний спектрограф високої роздільної здатності, який охолоджується приблизно до -200 градусів Цельсія (-330 Фаренгейта) для кращої чутливості.
На три і два тижні раніше, відповідно, спостереження Біллера дали багаті дані про мінливість обох бурих карликів у визначених семи різних діапазонах довжини хвилі.
У цей момент між початковою ідеєю та спостереженнями не минуло більше двох місяців. Але якщо перефразовувати відомий епізон Ейдісона, спостережлива астрономія - це 1% спостереження та 99% оцінювання, коли вихідні дані аналізуються, виправляються, порівнюються з моделями та висновками щодо властивостей спостережуваних об'єктів.
Для багатохвильового моніторингу яскравості Бет Біллер на це пішло близько п'яти місяців. На початку вересня Біллер та 17 співавторів, Кроссфілд та численні інші колеги з MPIA подали свою статтю до Листи астрофізичного журналу (ApJL) після деяких змін було прийнято 17 жовтня. З 18 жовтня результати були доступні в Інтернеті на веб-сайті astro-ph, а через місяць вони були опубліковані на веб-сайті ApJL.
Наприкінці вересня Кросфілд та його колеги закінчили аналіз допплерівського аналізу даних CRIRES. Результати такого аналізу ніколи не є на 100% певними, але астрономи виявили найбільш вірогідну структуру поверхні Лумана 16В: візерунок яскравіших і темніших плям; хмари із заліза та інших мінералів, що пливуть на водневому газі.
Як зазвичай у цій галузі, текст, який вони подали до журналу Природа було розіслано судді - вченому, який залишається анонімним і який дає рекомендації редакторам журналу, чи слід публікувати певну статтю чи ні. Здебільшого, навіть для статті, яку арбітр вважає, що повинна бути опублікована, у нього є деякі рекомендації щодо вдосконалення. Після деяких змін, Природа прийняли Crossfield та ін. стаття наприкінці грудня 2013 року.
З Природа, ви можете публікувати остаточну, переглянуту версію на astro-ph або подібних серверах не менше ніж через 6 місяців після публікації в журналі. Тож, коли низка колег почула про карту коричневого карлика 9 січня на сесії 223-ї зустрічі Американського астрономічного товариства у Вашингтоні, округ Колумбія, для широкого астрономічного співтовариства, онлайн-видання, 29 січня 2014 року , буде першим оглядом цього нового результату. І можна поставити під сумнів, що, побачивши карту карликового карлика, низка з них почала думати про те, що ще можна зробити. Слідкуйте за новими результатами наступного покоління.
І ось у вас це: 10 місяців астрономічних досліджень, від ідеї до публікації, в результаті чого з'явилася перша карта поверхні коричневого карлика (Crossfield та ін.) Та перша семихвильова смуга - дослідження змін яскравості двох коричневих карликів. (Біллер та ін.). У сукупності дослідження дають захоплююче зображення складних погодних зразків на об’єкті десь між планетою та зіркою - початок нової ери для дослідження коричневого карлика, і важливий крок до іншої мети: детальні карти поверхні на гігантських газових планетах навколо інших зірок.
Що стосується більш особистої уваги, це був мій перший прес-реліз, який коли-небудь взяв Метеоканал.
