Nu kommer du förmodligen ha hört att astronomer har producerat den första globala väderkartan för en brun dvärg. (Om du inte gör det, kan du hitta historien här.) Kanske har du till och med byggt kubmodellen eller origamiballongmodellen på ytan på den bruna dvärgen Luhman 16B som forskarna tillhandahöll (här).
Eftersom en av mina hattar är den offentliga informationsansvarig vid Max Planck Institute for Astronomy, där de flesta av kartläggningen ägde rum, var jag med och skrev ett pressmeddelande om resultatet. Men en aspekt som jag tyckte särskilt intressant fick inte mycket täckning där. Det är så att denna speciella bit av forskning är ett bra exempel på hur snabb tempo astronomi kan vara i dag, och mer generellt visar det hur astronomisk forskning fungerar. Så här är en bakom kulisserna look - en om du vill - för den första bruna dvärgytan karta (se bilden till höger).
Liksom i andra vetenskaper, om du vill bli en framgångsrik astronom, måste du göra något nytt och gå utöver vad som har gjorts tidigare. Det är ju det som publiceras nya resultat handlar om. Ibland drivs sådana framsteg av att större teleskop och känsligare instrument blir tillgängliga. Ibland handlar det om ansträngning och tålamod, som att kartlägga ett stort antal objekt och dra slutsatser från de data du har vunnit.
Ingenuity spelar en viktig roll. Tänk på teleskop, instrument och analysmetoder som utvecklats av astronomer som verktygen i en ständigt växande verktygslåda. Ett sätt att få nya resultat är att kombinera dessa verktyg på nya sätt eller att använda dem på nya objekt.
Det är därför vår öppningsscen inte är något speciellt inom astronomi: Den visar Ian Crossfield, en forskarutbildare vid Max Planck Institute for Astronomy, och ett antal kollegor (inklusive institutdirektör Thomas Henning) i början av mars 2013, och diskuterade möjligheten att tillämpa en speciell metod för att kartlägga stjärnytor på en klass av objekt som aldrig har kartlagts på detta sätt tidigare.
Metoden kallas Doppler-avbildning. Det utnyttjar det faktum att ljus från en roterande stjärna förskjuts något i frekvens när stjärnan roterar. När olika delar av stjärnytorna går förbi, visade runt med stjärnans rotation, varierar frekvensförskjutningarna något annorlunda beroende på var det ljusemitterande området ligger på stjärnan. Från dessa systematiska variationer kan en ungefärlig karta över den stella ytan rekonstrueras, som visar mörkare och ljusare områden. Stjärnor är alldeles för långa för att även de största aktuella teleskopen ska kunna urskilja ytdetaljer, men på detta sätt kan en ytkarta rekonstrueras indirekt.
Metoden i sig är inte ny. Det grundläggande konceptet uppfanns i slutet av 1950-talet och på 1980-talet såg flera tillämpningar på ljusa, långsamt roterande stjärnor, med astronomer som använde Doppler-avbildning för att kartlägga dessa stjärners fläckar (mörka fläckar på en stellar yta; den stjärnanalog till solfläckarna).
Crossfield och hans kollegor undrade: Kan denna metod tillämpas på en brun dvärg - en mellanhand mellan planet och stjärna, mer massiv än en planet, men med otillräcklig massa för kärnfusion att antända i objektets kärna och förvandla den till en stjärna? Tyvärr visade några snabba beräkningar, med beaktande av vad nuvarande teleskop och instrument kan och inte kan göra, liksom egenskaperna hos kända bruna dvärgar, att det inte skulle fungera.
De tillgängliga målen var för svaga, och Doppler-avbildning behöver mycket ljus: för en för att du måste dela upp det tillgängliga ljuset i de otaliga färgerna i ett spektrum, och också för att du måste göra många olika ganska korta mätningar - ju måste övervaka hur de subtila frekvensförändringarna som orsakas av Doppler-effekten förändras över tid.
Hittills så vanligt. De flesta diskussioner om hur man gör observationer av en helt ny typ kommer sannolikt till slutsatsen att det inte kan göras - eller inte kan göras än. Men i detta fall gjorde en annan drivkraft för astronomiska framsteg en uppfattning: Upptäckten av nya föremål.
Den 11 mars tillkännagav Kevin Luhman, en astronom vid Penn State University, en betydande upptäckt: Med hjälp av data från NASA: s Wide-Infrared Survey Explorer (WISE) hade han identifierat ett system med två bruna dvärgar som kretsar kring varandra. Det är anmärkningsvärt att detta system låg på bara 6,5 ljusår från jorden. Endast Alpha Centauri-stjärnsystemet och Barnards stjärna är närmare jorden än det. I själva verket var Barnards stjärna förra gången ett objekt upptäcktes vara så nära vårt solsystem - och denna upptäckt gjordes 1916.
Moderna astronomer är inte kända för att ha kommit med smarta namn, och det nya objektet, som utsågs WISE J104915.57-531906.1, var inget undantag. För att vara rättvis är detta inte avsett att vara ett riktigt namn; det är en kombination av upptäcktsinstrumentet WISE med systemets koordinater på himlen. Senare föreslogs den alternativa beteckningen "Luhman 16AB" för systemet, eftersom detta var den 16th binärt system upptäckt av Kevin Luhman, med A och B betecknar det binära systemets två komponenter.
Dessa dagar ger Internet det astronomiska samhället omedelbar tillgång till nya upptäckter så snart de tillkännages. Många, förmodligen de flesta astronomer, börjar sin arbetsdag genom att bläddra bland de senaste inlämningarna till astro-ph, den astrofysiska delen av arXiv, ett internationellt arkiv med vetenskapliga artiklar. Med några få undantag - vissa tidskrifter insisterar på exklusiva publiceringsrättigheter under åtminstone ett tag - är det här, i de flesta fall, astronomer kommer att få sitt första glimt av sina kollegas senaste forskningsdokument.
Luhman publicerade sitt papper "Upptäckten av en Binary Brown Dwarf på 2 Parsecs from the Sun" på astro-ph den 11 mars. För Crossfield och hans kollegor på MPIA var detta en spelväxlare. Plötsligt fanns här en brun dvärg för vilken Doppler-avbildning kunde tänkas fungera och ge den första ytkartan över en brun dvärg.
Det skulle emellertid fortfarande ta ljusinsamlingskraften från ett av de största teleskoperna i världen för att få detta att hända, och observationstiden på sådana teleskoper är efterfrågad. Crossfield och hans kollegor bestämde sig för att de skulle behöva tillämpa ytterligare ett test innan de skulle ansöka. Alla objekt som är lämpliga för Doppleravbildning kommer att flimra någonsin så lätt och växa något ljusare och mörkare i sin tur när ljusare eller mörkare ytor roterar till sikten. Flimmerade Luhman 16A eller 16B - i astronom-tal: visade en av dem, eller kanske båda, hög variation?
Astronomin har sina egna tidsskalor. Kommunikation via Internet är snabb. Men om du har en ny idé, så kan du vanligtvis inte bara vänta på att natten faller och peka ditt teleskop i enlighet därmed. Du måste få ett observationsförslag accepterat, och den här processen tar tid - vanligtvis mellan ett halvt år och ett år mellan ditt förslag och de faktiska observationerna. Att tillämpa är allt annat än en formalitet. Stora anläggningar, som European Southern Observatory: s Very Large Telescopes, eller rymdteleskop som Hubble, tar vanligtvis ansökningar om mer än fem gånger så mycket observationstid som faktiskt finns tillgänglig.
Men det finns en genväg - ett sätt för att särskilt lovande eller tidskritiska observationsprojekt ska slutföras mycket snabbare. Det är känt som "Director's Discretionary Time", eftersom observatörens direktör - eller en biträdande - har rätt att distribuera denna bit av observationstiden efter eget gottfinnande.
Den 2 april ansökte Beth Biller, en annan postdokument från MPIA (hon är nu vid universitetet i Edinburgh) om Director's Discretionary Time på MPG / ESO 2,2 m-teleskopet vid ESO: s La Silla-observatorium i Chile. Förslaget godkändes samma dag.
Biller förslag var att studera Luhman 16A och 16B med ett instrument som heter GROND. Instrumentet hade utvecklats för att studera efterglödningarna av kraftfulla, avlägsna explosioner kända som gammastrålningsbrister. Med vanliga astronomiska föremål kan astronomer ta sig tid. Dessa objekt kommer inte att förändras mycket under de några timmar som en astronom gör observationer, först med ett filter för att fånga ett intervall våglängder (tänk ”ljus i en färg”), sedan ett annat filter för ett annat våglängdsområde. (Astronomiska bilder fångar vanligtvis ett intervall våglängder - en färg - åt gången. Om du tittar på en färgbild är det vanligtvis resultatet av en serie observationer, ett färgfilter i taget.)
Gamma ray bursts och andra övergående fenomen är olika. Deras egenskaper kan ändras på en tidsskala på minuter, vilket inte lämnar tid för på varandra följande observationer. Det är därför GROND tillåter samtidig observationer av sju olika färger.
Biller hade föreslagit att använda GRONDs unika förmåga för att spela in ljusstyrkavariationer för Luhman 16A och 16B i sju olika färger samtidigt - en slags mätning som aldrig hade gjorts tidigare på denna skala. Den mest samtidiga informationen som forskarna hade fått från en brun dvärg hade varit på två olika våglängder (arbete av Esther Buenzli, då vid University of Arizona Steward Observatory, och kollegor). Biller gick i sju. Eftersom lite olika våglängdsregimer innehåller information om gas i något olika färger, lovade sådana mätningar insikt i skiktstrukturen för dessa bruna dvärgar - med olika temperaturer som motsvarar olika atmosfäriska lager i olika höjder.
För Crossfield och hans kollegor - Biller bland dem - borde en sådan mätning av ljusstyrkavariationer också visa om en av de bruna dvärgarna var en bra kandidat för Doppler-avbildning.
Det visade sig att de inte ens behövde vänta så länge. En grupp astronomer runt Michaël Gillon hade pekat det lilla robotteleskopet TRAPPIST, utformat för att upptäcka exoplaneter genom ljusstyrkavariationer de orsakar när de passerar mellan deras värdstjärna och en observatör på jorden, till Luhman 16AB. Samma dag som Biller hade ansökt om observatörstid och hennes ansökan godkänts, publicerade TRAPPIST-gruppen ett papper ”Snabbt utvecklande väder för det coolaste av våra två nya grannar i gränsen” och kartlade ljusstyrkavariationer för Luhman 16B.
Denna nyhet fångade Crossfield tusentals mil hemifrån. Vissa astronomiska observationer kräver inte astronomer att lämna sina mysiga kontor - förslaget skickas till personalas astronomer vid ett av de stora teleskop som gör observationerna när förhållandena är korrekta och skickar tillbaka data via Internet. Men andra typer av observationer kräver astronomer att resa till vilket teleskop som används - till Chile, säger, till eller till Hawaii.
När ljusstyrkavariationerna för Luhman 16B tillkännagavs, observerade Crossfield på Hawaii. Han och hans kollegor insåg direkt att med tanke på de nya resultaten hade Luhman 16B flyttat från att vara en möjlig kandidat för Doppler-avbildningstekniken till att vara en lovande. På flyget från Hawaii tillbaka till Frankfurt skrev Crossfield snabbt ett akut observationsförslag för Director’s Discretionary Time on CRIRES, en spektrograf installerad på ett av de 8 meter Very Large Telescopes (VLT) vid ESOs Paranal Observatory i Chile, och lämnade in sin ansökan i april 5. Fem dagar senare godtogs förslaget.
Den 5 maj vände sig den jätte 8-metersspegeln från Antu, ett av de fyra enhetsteleskoparna i det mycket stora teleskopet, mot södra konstellationen Vela (”Sail of the Ship”). Ljuset som det samlades in trattades in i CRIRES, en högupplöst infraröd spektrograf som kyls ner till cirka -200 grader Celsius (-330 Fahrenheit) för bättre känslighet.
Tre respektive två veckor tidigare hade Billerens observationer gett rik data om variationen hos båda de bruna dvärgarna i de avsedda sju olika våglängdsbanden.
Vid denna tidpunkt hade inte mer än två månader gått mellan den ursprungliga idén och observationerna. Men parafraserar Edisons berömda quip, observations astronomi är 1% observation och 99% utvärdering, eftersom rådata analyseras, korrigeras, jämfört med modeller och slutsatser gjorda om de observerade objekternas egenskaper.
För Beth Billerys övervåg med flera våglängder av ljusstyrkavariationer tog det cirka fem månader. I början av september lade Biller och 17 coauthors, Crossfield och många andra MPIA-kollegor bland dem in sin artikel till Astrofysiska tidskriftsbrev (ApJL) efter några revideringar godkändes den 17 oktober. Från den 18 oktober och framåt var resultaten tillgängliga online på astro-ph, och en månad senare publicerades de på ApJL: s webbplats.
I slutet av september hade Crossfield och hans kollegor avslutat sin Doppler-bildanalys av CRIRES-uppgifterna. Resultaten av en sådan analys är aldrig 100% säkra, men astronomerna hade hittat den mest troliga strukturen på ytan på Luhman 16B: ett mönster av ljusare och mörkare fläckar; moln gjorda av järn och andra mineraler som driver på vätgas.
Som vanligt i fältet, den text de skickade till tidskriften Natur skickades ut till en domare - en forskare, som förblir anonym, och som ger rekommendationer till tidskriftens redaktörer om en viss artikel ska publiceras eller inte. Oftast för en artikel som domaren anser bör publiceras, har han eller hon några rekommendationer för förbättring. Efter några revideringar, Natur accepterade Crossfield et al. artikel i slutet av december 2013.
Med Natur, får du bara publicera den slutliga, reviderade versionen på astro-ph eller liknande servrar minst sex månader efter publiceringen i tidskriften. Så medan ett antal kollegor kommer att ha hört talas om den bruna dvärgkarta den 9 januari vid en session vid det 223: e mötet i American Astronomical Society, i Washington, DC, för det bredare astronomiska samfundet, online-publikationen, den 29 januari 2014 , kommer att ha varit det första glimt av detta nya resultat. Och du kan satsa på att när du ser den bruna dvärgkarta kommer ett antal av dem att ha börjat tänka på vad man annars kunde göra. Håll ögonen öppna för nästa generations resultat.
Och där har du det: tio månader astronomisk forskning, från idé till publicering, vilket resulterar i den första ytkartan av en brun dvärg (Crossfield et al.) Och de första sju våglängdsbanden - studier av ljusstyrkavariationer av två bruna dvärgar (Biller et al.). Sammantaget ger studierna fascinerande bild av komplexa vädermönster på ett objekt någonstans mellan en planet och en stjärna början på en ny era för brun dvärgstudie, och ett viktigt steg mot ett annat mål: detaljerade ytkartor över jätte gasplaneter runt andra stjärnorna.
På en mer personlig anmärkning var detta mitt första pressmeddelande någonsin som hämtades av Weather Channel.
