Đến bây giờ, có lẽ bạn sẽ nghe nói rằng các nhà thiên văn học đã tạo ra bản đồ thời tiết toàn cầu đầu tiên cho một sao lùn nâu. (Nếu bạn trú ẩn, bạn có thể tìm thấy câu chuyện ở đây.) Có thể bạn đã từng xây dựng mô hình khối hoặc mô hình khinh khí cầu origami trên bề mặt của sao lùn nâu Luhman 16B mà các nhà nghiên cứu cung cấp (ở đây).
Vì một trong những chiếc mũ của tôi là của nhân viên thông tin công cộng tại Viện Thiên văn học Max Planck, nơi hầu hết việc tạo bản đồ diễn ra, tôi đã tham gia viết thông cáo báo chí về kết quả này. Nhưng một khía cạnh mà tôi thấy đặc biệt thú vị đã nhận được nhiều sự bảo hiểm ở đó. Nó nói rằng một chút nghiên cứu đặc biệt này là một ví dụ tốt về việc thiên văn học có thể phát triển nhanh như thế nào trong những ngày này, và nói chung hơn, nó cho thấy nghiên cứu thiên văn hoạt động như thế nào. Vì vậy, ở đây, một cái nhìn phía sau hậu trường - tạo nên, nếu bạn sẽ - cho bản đồ bề mặt sao lùn nâu đầu tiên (xem hình ảnh bên phải).
Giống như trong các ngành khoa học khác, nếu bạn muốn trở thành một nhà thiên văn học thành công, bạn cần phải làm một cái gì đó mới và vượt xa những gì mà Lát đã làm trước đây. Rốt cuộc, đó là những gì kết quả mới có thể xuất bản được tất cả về. Đôi khi, sự tiến bộ như vậy được thúc đẩy bởi các kính thiên văn lớn hơn và các dụng cụ nhạy cảm hơn trở nên có sẵn. Đôi khi, nó nói về nỗ lực và sự kiên nhẫn, chẳng hạn như khảo sát một số lượng lớn các đối tượng và rút ra kết luận từ dữ liệu mà bạn đã giành được.
Khéo léo đóng một vai trò quan trọng. Hãy nghĩ về các kính thiên văn, dụng cụ và phương pháp phân tích được phát triển bởi các nhà thiên văn học như các công cụ trong một hộp công cụ không ngừng phát triển. Một cách để có được kết quả mới là kết hợp các công cụ này theo những cách mới hoặc áp dụng chúng cho các đối tượng mới.
Đó là lý do tại sao cảnh mở đầu của chúng tôi không có gì đặc biệt trong thiên văn học: Nó cho thấy Ian Crossfield, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Thiên văn học Max Planck, và một số đồng nghiệp (bao gồm cả giám đốc viện Thomas Henning) vào đầu tháng 3 năm 2013, thảo luận về khả năng áp dụng một phương pháp đặc biệt để ánh xạ các bề mặt sao cho một lớp các đối tượng chưa từng được ánh xạ theo cách này trước đây.
Phương pháp này được gọi là hình ảnh Doppler. Nó sử dụng thực tế là ánh sáng từ một ngôi sao đang quay bị thay đổi tần số một chút khi ngôi sao quay. Khi các phần khác nhau của các bề mặt sao đi qua, xoay quanh vòng xoay sao, sự thay đổi tần số hơi khác nhau tùy thuộc vào vị trí của vùng phát sáng trên ngôi sao. Từ các biến thể có hệ thống này, một bản đồ gần đúng của bề mặt sao có thể được xây dựng lại, hiển thị các vùng tối hơn và sáng hơn. Các ngôi sao ở quá xa đối với các kính thiên văn lớn nhất hiện nay để phân biệt các chi tiết bề mặt, nhưng theo cách này, một bản đồ bề mặt có thể được tái tạo một cách gián tiếp.
Phương pháp này không phải là mới. Khái niệm cơ bản đã được phát minh vào cuối những năm 1950, và những năm 1980 đã chứng kiến một số ứng dụng cho các ngôi sao sáng, quay chậm, với các nhà thiên văn học sử dụng hình ảnh Doppler để ánh xạ các ngôi sao đó (các mảng tối trên bề mặt sao; tương tự sao với các điểm Mặt trời).
Crossfield và các đồng nghiệp của ông đã tự hỏi: Liệu phương pháp này có thể được áp dụng cho một sao lùn nâu - một trung gian giữa hành tinh và ngôi sao, nặng hơn một hành tinh, nhưng không đủ khối lượng để hợp hạch hạt nhân đốt cháy trong lõi vật thể, biến nó thành một ngôi sao? Đáng buồn thay, một số tính toán nhanh, có tính đến những gì các kính thiên văn và dụng cụ hiện tại có thể và không thể làm được cũng như các tính chất của các sao lùn nâu đã biết, cho thấy rằng nó sẽ hoạt động.
Các mục tiêu khả dụng quá mờ nhạt và hình ảnh Doppler cần rất nhiều ánh sáng: vì một vì bạn cần chia ánh sáng có sẵn thành vô số màu của quang phổ và cũng vì bạn cần thực hiện nhiều phép đo khá ngắn khác nhau - sau tất cả, bạn cần theo dõi sự thay đổi tần số tinh tế do hiệu ứng Doppler thay đổi theo thời gian.
Cho đến nay, rất bình thường. Hầu hết các cuộc thảo luận về cách thực hiện các quan sát về một loại hoàn toàn mới có thể đi đến kết luận rằng nó không thể được thực hiện - hoặc không thể được thực hiện chưa. Nhưng trong trường hợp này, một động lực khác của tiến bộ thiên văn đã xuất hiện: Việc phát hiện ra các vật thể mới.
Vào ngày 11 tháng 3, Kevin Luhman, một nhà thiên văn học tại Đại học bang Pennsylvania, đã công bố một khám phá quan trọng: Sử dụng dữ liệu từ Nhà thám hiểm hồng ngoại trường rộng của NASA (WISE), ông đã xác định được một hệ thống gồm hai sao lùn nâu quay quanh nhau. Đáng chú ý, hệ thống này ở cách Trái đất chỉ 6,5 năm ánh sáng. Chỉ có hệ thống sao Alpha Centauri và ngôi sao Barnard Hay ở gần Trái đất hơn thế. Trên thực tế, ngôi sao của Barnard, là lần cuối cùng một vật thể được phát hiện gần với hệ Mặt trời của chúng ta - và khám phá đó được thực hiện vào năm 1916.
Các nhà thiên văn học hiện đại không được biết đến với những cái tên linh hoạt, và vật thể mới, được chỉ định là WISE J104915.57-531906.1, cũng không ngoại lệ. Công bằng mà nói, đây không có nghĩa là một tên thật; nó là một sự kết hợp của công cụ khám phá WISE với hệ tọa độ của hệ thống trên bầu trời. Sau đó, chỉ định thay thế là Luhman 16AB 'cho hệ thống đã được đề xuất, vì đây là 16thứ tự hệ thống nhị phân được phát hiện bởi Kevin Luhman, với A và B biểu thị hệ thống nhị phân hai thành phần.
Ngày nay, Internet cho phép cộng đồng thiên văn truy cập ngay vào những khám phá mới ngay khi chúng được công bố. Nhiều người, có lẽ hầu hết các nhà thiên văn học bắt đầu ngày làm việc của họ bằng cách duyệt các bài nộp gần đây cho astro-ph, phần vật lý thiên văn của arXiv, một kho lưu trữ các bài báo khoa học quốc tế. Với một vài trường hợp ngoại lệ - một số tạp chí khăng khăng đòi quyền xuất bản độc quyền trong ít nhất một thời gian -, đây là nơi, trong hầu hết các trường hợp, các nhà thiên văn học sẽ có cái nhìn đầu tiên về các đồng nghiệp nghiên cứu mới nhất của họ.
Luhman đã đăng bài khám phá ra giấy của mình về một chú lùn nâu nhị phân tại 2 Parsec từ Sun Sun trên astro-ph vào ngày 11 tháng 3. Đối với Crossfield và các đồng nghiệp của anh ta tại MPIA, đây là một người thay đổi cuộc chơi. Đột nhiên, đây là một sao lùn nâu mà hình ảnh Doppler có thể hình dung được và có thể tạo ra bản đồ bề mặt đầu tiên của một sao lùn nâu.
Tuy nhiên, nó vẫn cần khả năng thu thập ánh sáng của một trong những kính thiên văn lớn nhất thế giới để thực hiện điều này và thời gian quan sát trên các kính thiên văn như vậy là rất cần thiết. Crossfield và các đồng nghiệp đã quyết định họ cần áp dụng thêm một bài kiểm tra trước khi họ áp dụng. Bất kỳ đối tượng nào phù hợp với hình ảnh Doppler sẽ nhấp nháy một chút, phát triển sáng hơn và tối hơn lần lượt khi các khu vực bề mặt sáng hơn hoặc tối hơn xoay vào tầm nhìn. Có phải Luhman 16A hoặc 16B nhấp nháy - trong nhà thiên văn học đã nói: một trong số họ, hoặc có lẽ cả hai, cho thấy sự biến động cao?
Thiên văn học đi kèm với quy mô thời gian của riêng mình. Truyền thông qua Internet là nhanh chóng. Nhưng nếu bạn có một ý tưởng mới, thì thông thường, bạn có thể chỉ cần đợi màn đêm buông xuống và hướng kính thiên văn của mình theo đó. Bạn cần phải chấp nhận một đề xuất quan sát và quá trình này cần có thời gian - thường là giữa nửa năm và một năm giữa đề xuất của bạn và các quan sát thực tế. Ngoài ra, áp dụng là bất cứ điều gì nhưng một hình thức. Các cơ sở lớn, như Kính thiên văn rất lớn Đài thiên văn Nam châu Âu, hoặc kính viễn vọng không gian như Hubble, thường nhận được các ứng dụng với thời gian quan sát thực tế gấp hơn 5 lần.
Nhưng có một đoạn ngắn - một cách để các dự án quan sát đặc biệt hứa hẹn hoặc có thời gian quan trọng sẽ được hoàn thành nhanh hơn nhiều. Nó được biết đến với cái tên là Giám đốc thời gian, tùy ý, Giám đốc đài quan sát - hay một phó giám đốc - có quyền phân phối khối thời gian quan sát này theo quyết định của họ.
Vào ngày 2 tháng 4, Beth Biller, một giáo sư hậu kỳ khác của MPIA (hiện đang ở Đại học Edinburgh), đã nộp đơn xin Giám đốc Thời gian tùy ý trên kính viễn vọng MPG / ESO 2.2 m tại đài thiên văn ESO Lôi La Silla ở Chile. Đề xuất đã được phê duyệt cùng ngày.
Đề xuất của Biller sườn là nghiên cứu Luhman 16A và 16B với một công cụ có tên GROND. Thiết bị này đã được phát triển để nghiên cứu các hậu quả của các vụ nổ mạnh, xa được gọi là vụ nổ tia gamma. Với các vật thể thiên văn thông thường, các nhà thiên văn học có thể dành thời gian của họ. Những vật thể này sẽ không thay đổi nhiều trong vài giờ mà một nhà thiên văn học quan sát, đầu tiên sử dụng một bộ lọc để thu được một phạm vi bước sóng (nghĩ ánh sáng của một màu màu), sau đó là một bộ lọc khác cho dải bước sóng khác. (Hình ảnh thiên văn thường thu được một phạm vi bước sóng - một màu - tại một thời điểm. Nếu bạn nhìn vào một hình ảnh màu, nó thường là kết quả của một loạt các quan sát, một bộ lọc màu tại một thời điểm.)
Vụ nổ tia gamma và các hiện tượng thoáng qua khác là khác nhau. Các thuộc tính của chúng có thể thay đổi theo thang thời gian của phút, không để thời gian quan sát liên tiếp. Đó là lý do tại sao GROND cho phép quan sát đồng thời bảy màu khác nhau.
Biller đã đề xuất sử dụng khả năng độc đáo GROND xông để ghi lại các biến thể độ sáng cho Luhman 16A và 16B với bảy màu khác nhau - một loại phép đo chưa từng được thực hiện trước đây ở quy mô này. Các nhà nghiên cứu thông tin đồng thời nhất đã nhận được từ một sao lùn nâu đã ở hai bước sóng khác nhau (công trình của Esther Buenzli, sau đó tại Đài quan sát Đại học Arizona Stew Steward và các đồng nghiệp). Biller đã đi bảy. Do chế độ bước sóng hơi khác nhau chứa thông tin về khí ở các màu hơi khác nhau, các phép đo như vậy hứa hẹn cái nhìn sâu sắc về cấu trúc lớp của các sao lùn nâu này - với nhiệt độ khác nhau tương ứng với các tầng khí quyển khác nhau ở các độ cao khác nhau.
Đối với Crossfield và các đồng nghiệp của anh - Biller trong số họ -, một phép đo biến đổi độ sáng như vậy cũng sẽ cho thấy liệu một trong những sao lùn nâu có phải là ứng cử viên tốt cho hình ảnh Doppler hay không.
Khi nó bật ra, họ đã không phải chờ đợi lâu. Một nhóm các nhà thiên văn học xung quanh Michaël Gillon đã chĩa kính viễn vọng robot nhỏ TRAPPIST, được thiết kế để phát hiện các ngoại hành tinh bằng các biến đổi độ sáng mà chúng gây ra khi đi qua giữa ngôi sao chủ của chúng và một người quan sát trên Trái đất, đến Luhman 16AB. Cùng ngày mà Biller đã nộp đơn xin thời gian quan sát và đơn đăng ký của cô đã được chấp thuận, nhóm TRAPPIST đã xuất bản một tờ giấy Thời tiết phát triển nhanh để làm mát nhất trong hai nước láng giềng mới của chúng tôi, biểu đồ biến đổi độ sáng cho Luhman 16B.
Thông tin này bắt Crossfield hàng ngàn dặm từ nhà. Một số quan sát thiên văn không yêu cầu các nhà thiên văn rời khỏi các văn phòng ấm cúng của họ - đề xuất được gửi tới các nhà thiên văn học tại một trong những kính viễn vọng lớn, họ thực hiện các quan sát một khi điều kiện phù hợp và gửi lại dữ liệu qua Internet. Nhưng các loại quan sát khác đòi hỏi các nhà thiên văn học phải di chuyển đến bất kỳ kính viễn vọng nào đang được sử dụng - đến Chile, nói, hoặc đến Hawaii.
Khi các biến thể độ sáng cho Luhman 16B được công bố, Crossfield đang quan sát ở Hawaii. Ông và các đồng nghiệp của mình nhận ra ngay rằng, với kết quả mới, Luhman 16B đã chuyển từ việc trở thành một ứng cử viên có thể cho kỹ thuật hình ảnh Doppler trở thành một người đầy triển vọng. Trên chuyến bay từ Hawaii trở về Frankfurt, Crossfield đã nhanh chóng viết một đề xuất quan sát khẩn cấp về Thời gian tùy ý của Giám đốc trên CRIRES, một máy quang phổ được lắp đặt trên một trong các Kính viễn vọng rất lớn (VLT) dài 8 mét tại đài quan sát Paranal của ESO ở Chile, nộp đơn vào tháng Tư 5. Năm ngày sau, đề xuất đã được chấp nhận.
Vào ngày 5 tháng 5, chiếc gương khổng lồ dài 8 mét của Antu, một trong bốn Kính viễn vọng Đơn vị của Kính thiên văn Rất lớn, quay về phía chòm sao Vela (Cánh buồm của Tàu Tàu). Ánh sáng thu được được chiếu vào CRIRES, một máy quang phổ hồng ngoại có độ phân giải cao, được làm lạnh xuống khoảng -200 độ C (-330 Fahrenheit) để có độ nhạy tốt hơn.
Ba và hai tuần trước đó, các quan sát của Billeriên đã mang lại dữ liệu phong phú về sự biến đổi của cả hai sao lùn nâu trong bảy dải bước sóng khác nhau dự định.
Tại thời điểm này, không quá hai tháng đã trôi qua giữa ý tưởng ban đầu và các quan sát. Tuy nhiên, châm biếm nổi tiếng của Edison, một nhà thiên văn học quan sát là 1% quan sát và 99% đánh giá, vì dữ liệu thô được phân tích, sửa chữa, so với các mô hình và suy luận về các tính chất của các vật thể quan sát được.
Để theo dõi đa bước sóng của Beth Biller, các biến thể độ sáng, việc này mất khoảng năm tháng. Đầu tháng 9, Biller và 17 đồng tác giả, Crossfield và nhiều đồng nghiệp MPIA khác trong số họ, đã gửi bài viết của họ tới Tạp chí vật lý thiên văn (ApJL) sau một số sửa đổi, nó đã được chấp nhận vào ngày 17 tháng 10. Từ ngày 18 tháng 10 trở đi, kết quả có thể truy cập trực tuyến tại astro-ph, và một tháng sau chúng được công bố trên trang web ApJL.
Vào cuối tháng 9, Crossfield và các đồng nghiệp đã hoàn thành phân tích hình ảnh Doppler của họ về dữ liệu CRIRES. Kết quả phân tích như vậy không bao giờ chắc chắn 100%, nhưng các nhà thiên văn học đã tìm thấy cấu trúc có thể xảy ra nhất của bề mặt Luhman 16B: một mô hình các điểm sáng hơn và tối hơn; những đám mây làm từ sắt và các khoáng chất khác trôi trên khí hydro.
Như thường lệ trong lĩnh vực này, văn bản họ gửi cho tạp chí Thiên nhiên đã được gửi tới một trọng tài - một nhà khoa học, người vẫn giấu tên và đưa ra khuyến nghị cho các biên tập viên của tạp chí có hay không một bài báo cụ thể nên được công bố. Hầu hết thời gian, ngay cả đối với một bài viết mà trọng tài cho rằng nên được công bố, anh ấy hoặc cô ấy có một số khuyến nghị để cải thiện. Sau một số sửa đổi, Thiên nhiên chấp nhận Crossfield et al. bài viết vào cuối tháng 12 năm 2013.
Với Thiên nhiên, bạn chỉ được phép xuất bản phiên bản cuối cùng, được sửa đổi trên astro-ph hoặc các máy chủ tương tự không dưới 6 tháng sau khi xuất bản trên tạp chí. Vì vậy, trong khi một số đồng nghiệp đã nghe về bản đồ sao lùn nâu vào ngày 9 tháng 1 tại một phiên họp tại Hội nghị lần thứ 223 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ, tại Washington, DC, cho cộng đồng thiên văn rộng lớn hơn, ấn phẩm trực tuyến, vào ngày 29 tháng 1 năm 2014 , sẽ là cái nhìn đầu tiên về kết quả mới này. Và bạn có thể đặt cược rằng, nhìn thấy bản đồ sao lùn nâu, một số người trong số họ sẽ bắt đầu nghĩ về những gì người khác có thể làm. Hãy theo dõi cho thế hệ kết quả tiếp theo.
Và bạn có nó: 10 tháng nghiên cứu thiên văn, từ ý tưởng đến xuất bản, dẫn đến bản đồ bề mặt đầu tiên của sao lùn nâu (Crossfield và cộng sự) và nghiên cứu bảy dải bước sóng đầu tiên về sự biến đổi độ sáng của hai sao lùn nâu (Biller và cộng sự). Kết hợp lại với nhau, các nghiên cứu cung cấp hình ảnh hấp dẫn về các kiểu thời tiết phức tạp trên một vật thể ở đâu đó giữa hành tinh và ngôi sao bắt đầu một kỷ nguyên mới cho nghiên cứu sao lùn nâu, và một bước quan trọng hướng tới một mục tiêu khác: bản đồ bề mặt chi tiết của các hành tinh khí khổng lồ xung quanh khác sao.
Trên một ghi chú cá nhân hơn, đây là thông cáo báo chí đầu tiên của tôi được Weather Channel chọn.
