Ormai avrai probabilmente sentito che gli astronomi hanno prodotto la prima mappa meteorologica globale per una nana marrone. (In caso contrario, puoi trovare la storia qui.) Può darsi che tu abbia persino costruito il modello a cubo o il modello a palloncino origami della superficie del nano marrone Luhman 16B fornito dai ricercatori (qui).
Dato che uno dei miei cappelli è quello di ufficiale di informazione pubblica presso il Max Planck Institute for Astronomy, dove ha avuto luogo gran parte della creazione di mappe, sono stato coinvolto nella stesura di un comunicato stampa sul risultato. Ma un aspetto che ho trovato particolarmente interessante non ha avuto molta copertura lì. È che questo particolare pezzo di ricerca è un buon esempio di come l'astronomia frenetica possa essere in questi giorni e, più in generale, mostra come funziona la ricerca astronomica. Quindi ecco uno sguardo dietro le quinte - se possibile, una modifica - per la prima mappa della superficie nana marrone (vedi immagine a destra).
Come in altre scienze, se vuoi diventare un astronomo di successo, devi fare qualcosa di nuovo e andare oltre ciò che è stato fatto prima. Dopo tutto, questo è ciò che riguarda i nuovi risultati pubblicabili. A volte, tale progresso è guidato da telescopi più grandi e strumenti più sensibili che diventano disponibili. A volte, si tratta di sforzo e pazienza, come il rilevamento di un gran numero di oggetti e trarre conclusioni dai dati che hai vinto.
L'ingegno gioca un ruolo significativo. Pensa ai telescopi, agli strumenti e ai metodi analitici sviluppati dagli astronomi come strumenti in una cassetta degli attrezzi in costante crescita. Un modo per ottenere nuovi risultati è combinare questi strumenti in nuovi modi o applicarli a nuovi oggetti.
Ecco perché la nostra scena di apertura non è niente di speciale in astronomia: mostra Ian Crossfield, ricercatore post-dottorato presso il Max Planck Institute for Astronomy, e un certo numero di colleghi (incluso il direttore dell'istituto Thomas Henning) all'inizio di marzo 2013, discutendo della possibilità di applicando un metodo particolare di mappatura di superfici stellari a una classe di oggetti che non erano mai stati mappati in questo modo prima.
Il metodo si chiama Doppler imaging. Si avvale del fatto che la luce proveniente da una stella rotante viene leggermente spostata in frequenza mentre la stella ruota. Man mano che passano diverse parti delle superfici stellari, trascinate dalla rotazione della stella, i cambiamenti di frequenza variano leggermente in base a dove si trova la regione che emette luce sulla stella. Da queste variazioni sistematiche, è possibile ricostruire una mappa approssimativa della superficie stellare, mostrando aree più scure e luminose. Le stelle sono troppo distanti anche per i più grandi telescopi attuali per discernere i dettagli della superficie, ma in questo modo è possibile ricostruire indirettamente una mappa di superficie.
Il metodo in sé non è nuovo. Il concetto di base fu inventato alla fine degli anni '50 e gli anni '80 videro diverse applicazioni su stelle luminose che ruotavano lentamente, con gli astronomi che utilizzavano l'imaging Doppler per mappare i punti di quelle stelle (macchie scure su una superficie stellare; analogo stellare alle macchie solari).
Crossfield e i suoi colleghi si chiedevano: questo metodo poteva essere applicato a un nano bruno - un intermediario tra pianeta e stella, più massiccio di un pianeta, ma con una massa insufficiente perché la fusione nucleare si accendesse nel nucleo dell'oggetto, trasformandolo in una stella? Purtroppo, alcuni rapidi calcoli, che tengono conto di ciò che gli attuali telescopi e strumenti possono e non possono fare, nonché le proprietà dei nani marroni noti, hanno dimostrato che non funzionerebbe.
Gli obiettivi disponibili erano troppo deboli e l'imaging Doppler ha bisogno di molta luce: per uno perché devi dividere la luce disponibile in una miriade di colori di uno spettro, e anche perché devi fare molte diverse misurazioni piuttosto brevi - dopotutto, tu è necessario monitorare il modo in cui i sottili cambiamenti di frequenza causati dall'effetto Doppler cambiano nel tempo.
Fin qui tutto così ordinario. La maggior parte delle discussioni su come formulare osservazioni di un tipo completamente nuovo giungono probabilmente alla conclusione che non può essere fatto - o non può essere fatto ancora. Ma in questo caso, un altro driver del progresso astronomico è apparso: la scoperta di nuovi oggetti.
L'11 marzo, Kevin Luhman, astronomo della Penn State University, annunciò un'importante scoperta: utilizzando i dati del Wide Field Field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA, aveva identificato un sistema di due nane brune in orbita l'una attorno all'altra. Sorprendentemente, questo sistema era a una distanza di soli 6,5 anni luce dalla Terra. Solo il sistema stellare Alpha Centauri e la stella di Barnard sono più vicini alla Terra di così. In effetti, la stella di Barnard è stata l'ultima volta che un oggetto è stato scoperto così vicino al nostro sistema solare - e quella scoperta è stata fatta nel 1916.
Gli astronomi moderni non sono noti per aver escogitato nomi scattanti e il nuovo oggetto, che è stato designato WISE J104915.57-531906.1, non ha fatto eccezione. Ad essere onesti, questo non significa essere un vero nome; è una combinazione dello strumento di rilevazione WISE con le coordinate del sistema nel cielo. Successivamente, fu proposta la denominazione alternativa "Luhman 16AB" per il sistema, dato che questa era la 16esimo sistema binario scoperto da Kevin Luhman, con A e B che indicano i due componenti del sistema binario.
Oggi Internet offre alla comunità astronomica un accesso immediato a nuove scoperte non appena vengono annunciate. Molti, probabilmente la maggior parte degli astronomi, iniziano la loro giornata di lavoro sfogliando le recenti osservazioni su astro-ph, la sezione astrofisica di arXiv, un deposito internazionale di articoli scientifici. Con alcune eccezioni - alcune riviste insistono sui diritti di pubblicazione esclusivi per almeno un po '- è qui che, nella maggior parte dei casi, gli astronomi vedranno per la prima volta gli ultimi documenti di ricerca dei loro colleghi.
Luhman ha pubblicato il suo articolo "Scoperta di un nano bruno binario a 2 Parsecs dal sole" su astro-ph l'11 marzo. Per Crossfield e i suoi colleghi di MPIA, questo è stato un punto di svolta. Improvvisamente, ecco una nana marrone per la quale l'immaginazione Doppler potrebbe concepibilmente funzionare e produrre la prima mappa di superficie mai vista di una nana marrone.
Tuttavia, ci vorrebbe ancora il potere di raccolta della luce di uno dei più grandi telescopi del mondo per farlo accadere, e il tempo di osservazione su tali telescopi è molto richiesto. Crossfield e i suoi colleghi hanno deciso che dovevano applicare un altro test prima di applicare. Qualsiasi oggetto adatto all'imaging Doppler sfarfallerà leggermente, diventando leggermente più luminoso e più scuro a sua volta mentre le aree più luminose o più scure ruotano in vista. Lo sfarfallio di Luhman 16A o 16B - in termini astronomici - parlava: uno di loro, o forse entrambi, mostravano un'alta variabilità?
L'astronomia arriva con le sue scale temporali. La comunicazione via Internet è veloce. Ma se hai una nuova idea, di solito non puoi semplicemente aspettare che cada la notte e puntare il telescopio di conseguenza. Devi far accettare una proposta di osservazione e questo processo richiede tempo, in genere tra un anno e mezzo tra la tua proposta e le osservazioni effettive. Inoltre, l'applicazione è tutt'altro che una formalità. Strutture di grandi dimensioni, come i Very Large Telescopes dell'Osservatorio europeo meridionale, o i telescopi spaziali come l'Hubble, in genere ricevono applicazioni per oltre 5 volte la quantità di tempo di osservazione effettivamente disponibile.
Ma c'è una scorciatoia: un modo per completare progetti di osservazione particolarmente promettenti o critici in termini di tempo per essere completati molto più velocemente. È noto come "Tempo discrezionale del direttore", in quanto il direttore dell'osservatorio - o un deputato - ha il diritto di distribuire questa porzione di tempo di osservazione a propria discrezione.
Il 2 aprile, Beth Biller, un'altra post-dottoressa MPIA (ora è all'Università di Edimburgo), ha fatto domanda per il Tempo discrezionale del direttore sul telescopio MPG / ESO 2.2 m presso l'osservatorio ESO di La Silla in Cile. La proposta è stata approvata lo stesso giorno.
La proposta di Biller era di studiare Luhman 16A e 16B con uno strumento chiamato GROND. Lo strumento era stato sviluppato per studiare gli ultimi bagliori di potenti e lontane esplosioni conosciute come esplosioni di raggi gamma. Con normali oggetti astronomici, gli astronomi possono prendersi il loro tempo. Questi oggetti non cambieranno molto nelle poche ore in cui un astronomo fa osservazioni, prima usando un filtro per catturare un intervallo di lunghezze d'onda (pensa a "luce di un colore"), poi un altro filtro per un altro intervallo di lunghezze d'onda. (Le immagini astronomiche di solito catturano una gamma di lunghezze d'onda - un colore alla volta. Se guardi un'immagine a colori, di solito è il risultato di una serie di osservazioni, un filtro di colore alla volta.)
I lampi di raggi gamma e altri fenomeni transitori sono diversi. Le loro proprietà possono cambiare su una scala temporale di minuti, senza lasciare tempo per osservazioni consecutive. Ecco perché GROND consente l'osservazione simultanea di sette colori diversi.
Biller aveva proposto di utilizzare la capacità unica di GROND per la registrazione simultanea di variazioni di luminosità per Luhman 16A e 16B in sette colori diversi, una sorta di misurazione che non era mai stata fatta prima su questa scala. I ricercatori di informazioni più simultanei che avevano ottenuto da una nana marrone erano stati a due diverse lunghezze d'onda (lavoro di Esther Buenzli, allora all'Osservatorio Steward dell'Università dell'Arizona e colleghi). Biller stava per sette. Dato che regimi di lunghezza d'onda leggermente diversi contengono informazioni sul gas con colori leggermente diversi, tali misurazioni hanno promesso informazioni dettagliate sulla struttura degli strati di queste nane brune - con temperature diverse corrispondenti a diversi strati atmosferici a diverse altezze.
Per Crossfield e i suoi colleghi, tra cui Biller, una tale misurazione delle variazioni di luminosità dovrebbe anche mostrare se uno dei nani marroni fosse un buon candidato per l'imaging Doppler.
Come si è scoperto, non hanno nemmeno dovuto aspettare così a lungo. Un gruppo di astronomi intorno a Michaël Gillon aveva puntato verso il piccolo telescopio robotico TRAPPIST, progettato per rilevare gli esopianeti dalle variazioni di luminosità che causano quando passano tra la loro stella ospite e un osservatore sulla Terra, verso Luhman 16AB. Lo stesso giorno in cui Biller aveva fatto domanda per l'osservazione del tempo, e la sua richiesta è stata approvata, il gruppo TRAPPIST ha pubblicato un documento "Meteo in rapida evoluzione per il più fresco dei nostri due nuovi vicini substellari", che traccia le variazioni di luminosità per Luhman 16B.
Questa notizia ha catturato Crossfield a migliaia di miglia da casa. Alcune osservazioni astronomiche non richiedono agli astronomi di lasciare i loro comodi uffici: la proposta viene inviata al personale astronomo presso uno dei grandi telescopi, che effettuano le osservazioni quando le condizioni sono giuste e rispediscono i dati via Internet. Ma altri tipi di osservazioni richiedono agli astronomi di viaggiare verso qualunque telescopio venga utilizzato - in Cile, per esempio, verso o alle Hawaii.
Quando furono annunciate le variazioni di luminosità per Luhman 16B, Crossfield osservava alle Hawaii. Lui e i suoi colleghi hanno capito subito che, visti i nuovi risultati, Luhman 16B era passato dall'essere un possibile candidato per la tecnica di imaging Doppler ad essere promettente. Durante il volo dalle Hawaii a Francoforte, Crossfield scrisse rapidamente una proposta di osservazione urgente per il Tempo discrezionale del regista su CRIRES, uno spettrografo installato su uno dei Very Large Telescopes (VLT) da 8 metri presso l'osservatorio Paranal dell'ESO in Cile, presentando la sua domanda di aprile 5. Cinque giorni dopo, la proposta è stata accettata.
Il 5 maggio, il gigantesco specchio di 8 metri di Antu, uno dei quattro telescopi unitari del Very Large Telescope, si diresse verso la costellazione meridionale Vela (la "Vela della nave"). La luce raccolta è stata incanalata in CRIRES, uno spettrografo a infrarossi ad alta risoluzione che viene raffreddato a circa -200 gradi Celsius (-330 Fahrenheit) per una migliore sensibilità.
Tre e due settimane prima, rispettivamente, le osservazioni di Biller avevano prodotto dati ricchi sulla variabilità di entrambe le nane brune nelle sette diverse bande di lunghezze d'onda.
A questo punto, non sono trascorsi più di due mesi tra l'idea originale e le osservazioni. Ma parafrasando la famosa battuta di Edison, l'astronomia osservativa è l'1% di osservazione e la valutazione del 99%, poiché i dati grezzi vengono analizzati, corretti, confrontati con i modelli e le inferenze fatte sulle proprietà degli oggetti osservati.
Per il monitoraggio della lunghezza d'onda multipla di Beth Biller delle variazioni di luminosità, sono stati necessari circa cinque mesi. All'inizio di settembre, Biller e 17 coautori, Crossfield e numerosi altri colleghi MPIA, hanno presentato il loro articolo al Lettere astrofisiche del diario (ApJL) dopo alcune revisioni, è stato accettato il 17 ottobre. Dal 18 ottobre in poi, i risultati sono stati accessibili online su astro-ph, e un mese dopo sono stati pubblicati sul sito Web ApJL.
Alla fine di settembre, Crossfield e i suoi colleghi avevano terminato la loro analisi di imaging Doppler dei dati CRIRES. I risultati di tale analisi non sono mai certi al 100%, ma gli astronomi hanno trovato la struttura più probabile della superficie di Luhman 16B: uno schema di punti più luminosi e più scuri; nuvole fatte di ferro e altri minerali alla deriva sul gas idrogeno.
Come al solito nel campo, il testo che hanno inviato al giornale Natura è stato inviato a un arbitro - uno scienziato, che rimane anonimo e che fornisce raccomandazioni ai redattori della rivista sull'opportunità o meno di pubblicare un particolare articolo. Il più delle volte, anche per un articolo che l'arbitro ritiene debba essere pubblicato, ha dei consigli per migliorare. Dopo alcune revisioni, Natura ha accettato Crossfield et al. articolo a fine dicembre 2013.
Con Natura, è consentito pubblicare la versione finale rivista solo su server astro-ph o simili non meno di 6 mesi dopo la pubblicazione sul giornale. Quindi, mentre un certo numero di colleghi avrà sentito parlare della mappa dei nani bruni il 9 gennaio durante una sessione al 223 ° Meeting dell'American Astronomical Society, a Washington, DC, per la più ampia comunità astronomica, la pubblicazione online, il 29 gennaio 2014 , sarà stato il primo assaggio di questo nuovo risultato. E puoi scommettere che, vedendo la mappa nana marrone, alcuni di loro avranno iniziato a pensare a cos'altro si potrebbe fare. Resta sintonizzato per la prossima generazione di risultati.
E il gioco è fatto: 10 mesi di ricerche astronomiche, dall'idea alla pubblicazione, risultanti nella prima mappa di superficie di una nana marrone (Crossfield et al.) E nel primo studio a sette bande di lunghezza d'onda delle variazioni di luminosità di due nane marroni (Biller et al.). Nel loro insieme, gli studi forniscono un'immagine affascinante di complessi schemi meteorologici su un oggetto da qualche parte tra un pianeta e una stella, l'inizio di una nuova era per lo studio delle nane brune e un passo importante verso un altro obiettivo: mappe di superficie dettagliate di pianeti di gas giganti intorno ad altri stelle.
Su una nota più personale, questo è stato il mio primo comunicato stampa mai ricevuto dal Canale meteorologico.
