Sekarang, Anda mungkin akan mendengar bahwa para astronom telah menghasilkan peta cuaca global pertama untuk katai coklat. (Jika tidak, Anda dapat menemukan ceritanya di sini.) Mungkin Anda bahkan telah membangun model kubus atau model balon origami dari permukaan katai coklat Luhman 16B yang disediakan oleh para peneliti (di sini).
Karena salah satu topi saya adalah petugas informasi publik di Institut Max Planck untuk Astronomi, tempat sebagian besar pembuatan peta dilakukan, saya terlibat dalam penulisan siaran pers tentang hasilnya. Tetapi satu aspek yang saya temukan sangat menarik tidak mendapatkan banyak liputan di sana. Itu adalah bagian dari penelitian khusus ini adalah contoh yang baik tentang bagaimana astronomi yang bergerak cepat dewasa ini, dan, secara lebih umum, ini menunjukkan bagaimana penelitian astronomi bekerja. Jadi di sini adalah tampilan di belakang layar - pembuatan, jika Anda mau - untuk peta permukaan katai coklat pertama (lihat gambar di sebelah kanan).
Seperti dalam ilmu lain, jika Anda ingin menjadi astronom yang sukses, Anda perlu melakukan sesuatu yang baru, dan melampaui apa yang telah dilakukan sebelumnya. Lagipula, itulah hasil baru yang bisa dipublikasikan. Terkadang, kemajuan seperti itu didorong oleh teleskop yang lebih besar dan instrumen yang lebih sensitif menjadi tersedia. Terkadang, ini tentang upaya dan kesabaran, seperti mensurvei sejumlah besar objek dan menarik kesimpulan dari data yang Anda menangkan.
Kecerdasan memainkan peran penting. Pikirkan teleskop, instrumen, dan metode analitis yang dikembangkan oleh para astronom sebagai alat dalam kotak alat yang terus berkembang. Salah satu cara untuk mendapatkan hasil baru adalah dengan menggabungkan alat-alat ini dengan cara-cara baru, atau menerapkannya pada objek-objek baru.
Itu sebabnya adegan pembuka kami tidak ada yang istimewa dalam astronomi: Ini menunjukkan Ian Crossfield, seorang peneliti pasca-doktoral di Institut Max Planck untuk Astronomi, dan sejumlah rekan (termasuk direktur institut Thomas Henning) pada awal Maret 2013, membahas kemungkinan menerapkan satu metode khusus pemetaan permukaan bintang ke kelas objek yang belum pernah dipetakan dengan cara ini sebelumnya.
Metode ini disebut pencitraan Doppler. Itu memanfaatkan fakta bahwa cahaya dari bintang yang berputar sedikit berubah frekuensinya ketika bintang itu berputar. Ketika bagian-bagian berbeda dari permukaan bintang melewatinya, berputar-putar oleh rotasi bintang, pergeseran frekuensi sedikit berbeda tergantung pada di mana wilayah pemancar cahaya berada di bintang. Dari variasi sistematis ini, perkiraan peta permukaan bintang dapat direkonstruksi, menunjukkan area yang lebih gelap dan lebih terang. Bintang-bintang jauh terlalu jauh bahkan untuk teleskop terbesar saat ini untuk tidak melihat detail permukaan, tetapi dengan cara ini, peta permukaan dapat direkonstruksi secara tidak langsung.
Metode itu sendiri bukan hal baru. Konsep dasar diciptakan pada akhir 1950-an, dan 1980-an melihat beberapa aplikasi untuk bintang yang terang dan berotasi, dengan astronom menggunakan pencitraan Doppler untuk memetakan bintik-bintik bintang (bercak gelap pada permukaan bintang; analog bintang dengan bintik Matahari).
Crossfield dan rekan-rekannya bertanya-tanya: Bisakah metode ini diterapkan pada katai coklat - perantara antara planet dan bintang, lebih masif dari planet, tetapi dengan massa yang tidak mencukupi untuk fusi nuklir untuk menyala di inti objek, mengubahnya menjadi bintang? Sayangnya, beberapa perhitungan cepat, dengan mempertimbangkan apa yang bisa dan tidak bisa dilakukan teleskop dan instrumen saat ini serta sifat-sifat dari katai coklat yang dikenal, menunjukkan bahwa itu tidak akan berhasil.
Target yang tersedia terlalu samar, dan pencitraan Doppler membutuhkan banyak cahaya: untuk satu karena Anda perlu membagi cahaya yang tersedia menjadi berbagai warna spektrum, dan juga karena Anda perlu mengambil berbagai pengukuran yang agak pendek - setelah semua, Anda perlu memantau bagaimana perubahan frekuensi halus yang disebabkan oleh efek Doppler berubah seiring waktu.
Sejauh ini, sangat biasa. Sebagian besar diskusi tentang bagaimana melakukan pengamatan terhadap jenis yang sama sekali baru mungkin sampai pada kesimpulan bahwa itu tidak dapat dilakukan - atau tidak dapat dilakukan namun. Tetapi dalam kasus ini, pendorong kemajuan astronomi lainnya muncul: Penemuan benda baru.
Pada 11 Maret, Kevin Luhman, seorang astronom di Penn State University, mengumumkan penemuan penting: Menggunakan data dari Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) NASA, ia telah mengidentifikasi sistem dua katai coklat yang saling mengorbit. Hebatnya, sistem ini berada pada jarak hanya 6,5 tahun cahaya dari Bumi. Hanya sistem bintang Alpha Centauri dan bintang Barnard yang lebih dekat ke Bumi daripada itu. Faktanya, bintang Barnard adalah kali terakhir sebuah objek ditemukan sedekat itu dengan tata surya kita - dan penemuan itu dibuat pada tahun 1916.
Astronom modern tidak dikenal karena menghasilkan nama-nama yang tajam, dan objek baru, yang dinamai WISE J104915.57-531906.1, tidak terkecuali. Agar adil, ini tidak dimaksudkan untuk menjadi nama asli; itu adalah kombinasi dari instrumen penemuan WISE dengan koordinat sistem di langit. Kemudian, penunjukan alternatif "Luhman 16AB" untuk sistem diusulkan, karena ini adalah 16th sistem biner ditemukan oleh Kevin Luhman, dengan A dan B menunjukkan dua komponen sistem biner.
Hari-hari ini, Internet memberikan komunitas astronomi akses langsung ke penemuan baru segera setelah diumumkan. Banyak, mungkin sebagian besar astronom memulai hari kerja mereka dengan menelusuri kiriman terbaru ke astro-ph, bagian astrofisika dari arXiv, sebuah repositori internasional makalah ilmiah. Dengan beberapa pengecualian - beberapa jurnal menuntut hak publikasi eksklusif setidaknya untuk sementara waktu -, di sinilah, dalam kebanyakan kasus, para astronom akan mendapatkan pandangan pertama mereka dari makalah penelitian terbaru kolega mereka.
Luhman memposting makalahnya "Penemuan Binary Brown Dwarf di 2 Parsecs of the Sun" di astro-ph pada 11 Maret. Untuk Crossfield dan rekan-rekannya di MPIA, ini adalah game-changer. Tiba-tiba, di sini ada katai coklat tempat pencitraan Doppler bisa bekerja, dan menghasilkan peta permukaan pertama dari katai coklat.
Namun, masih dibutuhkan kekuatan pengumpul cahaya dari salah satu teleskop terbesar di dunia untuk mewujudkannya, dan waktu pengamatan pada teleskop semacam itu sangat diminati. Crossfield dan rekan-rekannya memutuskan bahwa mereka perlu menerapkan satu tes lagi sebelum mereka berlaku. Setiap objek yang cocok untuk pencitraan Doppler akan sedikit berkedip, tumbuh sedikit lebih terang dan lebih gelap pada gilirannya sebagai area permukaan yang lebih cerah atau lebih gelap berputar ke tampilan. Apakah Luhman 16A atau 16B berkedip - dalam bahasa astronom: apakah salah satu dari mereka, atau mungkin keduanya, menunjukkan variabilitas yang tinggi?
Astronomi hadir dengan skala waktunya sendiri. Komunikasi melalui internet cepat. Tetapi jika Anda memiliki ide baru, maka biasanya, Anda tidak bisa hanya menunggu malam jatuh dan mengarahkan teleskop Anda sesuai. Anda perlu menerima proposal pengamatan, dan proses ini membutuhkan waktu - biasanya antara setengah tahun dan satu tahun antara proposal Anda dan pengamatan aktual. Juga, melamar bukanlah formalitas. Fasilitas besar, seperti Very Large Telescopes European Southern Observatory, atau teleskop luar angkasa seperti Hubble, biasanya menerima aplikasi lebih dari 5 kali jumlah waktu pengamatan yang sebenarnya tersedia.
Tetapi ada jalan pintas - cara agar proyek pengamatan yang menjanjikan atau kritis waktu diselesaikan lebih cepat. Ini dikenal sebagai "Waktu Wewenang Direktur", karena direktur observatorium - atau wakil - berhak untuk mendistribusikan potongan waktu pengamatan ini atas kebijaksanaan mereka.
Pada tanggal 2 April, Beth Biller, seorang post-doc MPIA lain (dia sekarang berada di Universitas Edinburgh), melamar untuk Discretionary Time Director pada teleskop MPG / ESO 2.2 m di observatorium La Silla ESO di Chili. Proposal itu disetujui pada hari yang sama.
Usulan Biller adalah mempelajari Luhman 16A dan 16B dengan instrumen yang disebut GROND. Instrumen telah dikembangkan untuk mempelajari efek ledakan kuat dan jauh yang dikenal sebagai semburan sinar gamma. Dengan objek astronomi biasa, para astronom dapat mengambil waktu mereka. Objek-objek ini tidak akan banyak berubah selama beberapa jam yang diamati oleh seorang astronom, pertama-tama menggunakan satu filter untuk menangkap satu rentang panjang gelombang (pikirkan "cahaya satu warna"), lalu filter lain untuk rentang panjang gelombang lain. (Gambar astronomi biasanya menangkap satu rentang panjang gelombang - satu warna - pada suatu waktu. Jika Anda melihat gambar warna, biasanya hasil dari serangkaian pengamatan, satu filter warna pada satu waktu.)
Semburan sinar gamma dan fenomena sementara lainnya berbeda. Properti mereka dapat berubah pada skala waktu beberapa menit, tanpa meninggalkan waktu untuk pengamatan berurutan. Itu sebabnya GROND memungkinkan untuk pengamatan simultan tujuh warna berbeda.
Biller telah mengusulkan untuk menggunakan kemampuan unik GROND untuk merekam variasi kecerahan untuk Luhman 16A dan 16B dalam tujuh warna berbeda secara bersamaan - semacam pengukuran yang belum pernah dilakukan sebelumnya pada skala ini. Informasi yang paling simultan yang didapat para peneliti dari katai coklat adalah pada dua panjang gelombang yang berbeda (karya Esther Buenzli, saat itu di Steward Observatory University, Arizona, dan rekannya). Biller pergi untuk tujuh. Karena rezim panjang gelombang yang sedikit berbeda berisi informasi tentang gas dengan warna yang sedikit berbeda, pengukuran semacam itu menjanjikan wawasan tentang struktur lapisan katai coklat ini - dengan temperatur yang berbeda sesuai dengan lapisan atmosfer yang berbeda pada ketinggian berbeda.
Untuk Crossfield dan rekan-rekannya - Biller di antara mereka -, pengukuran variasi kecerahan seperti itu juga harus menunjukkan apakah salah satu dari katai coklat adalah kandidat yang baik untuk pencitraan Doppler.
Ternyata, mereka bahkan tidak harus menunggu selama itu. Sekelompok astronom di sekitar Michaël Gillon telah menunjuk teleskop robot kecil TRAPPIST, yang dirancang untuk mendeteksi exoplanet dengan variasi kecerahan yang disebabkannya ketika melewati antara bintang induknya dan pengamat di Bumi, ke Luhman 16AB. Pada hari yang sama ketika Biller mengajukan permohonan untuk mengamati waktu, dan permohonannya disetujui, kelompok TRAPPIST menerbitkan sebuah makalah “Cuaca yang berkembang cepat untuk yang paling keren dari dua tetangga subtellar baru kami”, yang memetakan variasi kecerahan untuk Luhman 16B.
Berita ini menangkap Crossfield ribuan mil dari rumah. Beberapa pengamatan astronomi tidak mengharuskan para astronom untuk meninggalkan kantor mereka yang nyaman - proposal tersebut dikirimkan kepada staf astronom di salah satu teleskop besar, yang melakukan pengamatan begitu kondisinya tepat dan mengirim data kembali melalui Internet. Tetapi jenis pengamatan lain memang mengharuskan astronom melakukan perjalanan ke teleskop apa pun yang digunakan - ke Chili, katakanlah, ke atau ke Hawaii.
Ketika variasi kecerahan untuk Luhman 16B diumumkan, Crossfield sedang mengamati di Hawaii. Dia dan rekan-rekannya segera menyadari bahwa, mengingat hasil baru, Luhman 16B telah beralih dari kemungkinan menjadi kandidat untuk teknik pencitraan Doppler menjadi yang menjanjikan. Dalam penerbangan dari Hawaii kembali ke Frankfurt, Crossfield dengan cepat menulis proposal pengamatan mendesak untuk Discretionary Time Director on CRIRES, sebuah spektograf yang dipasang pada salah satu dari 8 meter Very Large Telescopes (VLT) di observatorium Paranal ESO di Chili, mengajukan aplikasi pada April 5. Lima hari kemudian, proposal diterima.
Pada tanggal 5 Mei, cermin raksasa 8 meter dari Antu, salah satu dari empat Unit Teleskop dari Teleskop Sangat Besar, berbelok ke arah konstelasi Vela Selatan ("Layar Kapal"). Cahaya yang dikumpulkannya disalurkan ke CRIRES, sebuah spektograf inframerah resolusi tinggi yang didinginkan hingga sekitar -200 derajat Celcius (-330 Fahrenheit) untuk sensitivitas yang lebih baik.
Tiga dan dua minggu sebelumnya, masing-masing, pengamatan Biller telah menghasilkan data yang kaya tentang variabilitas kedua katai coklat di tujuh pita gelombang yang berbeda.
Pada titik ini, tidak lebih dari dua bulan telah berlalu antara ide asli dan pengamatan. Tetapi mengutip ungkapan Edison yang terkenal, astronomi pengamatan adalah pengamatan 1% dan evaluasi 99%, karena data mentah dianalisis, diperbaiki, dibandingkan dengan model dan kesimpulan yang dibuat tentang sifat-sifat benda yang diamati.
Untuk pemantauan multi-panjang gelombang untuk variasi kecerahan, diperlukan waktu sekitar lima bulan. Pada awal September, Biller dan 17 rekan penulis, Crossfield dan sejumlah kolega MPIA lainnya di antara mereka, mengirimkan artikel mereka ke Surat Jurnal Astrofisika (ApJL) setelah beberapa revisi, diterima pada 17 Oktober. Dari 18 Oktober dan seterusnya, hasilnya dapat diakses online di astro-ph, dan sebulan kemudian mereka diterbitkan di situs web ApJL.
Pada akhir September, Crossfield dan rekan-rekannya telah menyelesaikan analisis pencitraan Doppler mereka dari data CRIRES. Hasil analisis semacam itu tidak pernah 100% pasti, tetapi para astronom telah menemukan struktur permukaan Luhman 16B yang paling memungkinkan: pola bintik-bintik yang lebih terang dan lebih gelap; awan yang terbuat dari besi dan mineral lainnya melayang di atas gas hidrogen.
Seperti biasa di lapangan, teks yang mereka kirimkan ke jurnal Alam dikirim ke wasit - seorang ilmuwan, yang tetap anonim, dan yang memberikan rekomendasi kepada editor jurnal apakah artikel tertentu harus diterbitkan. Sebagian besar waktu, bahkan untuk sebuah artikel yang menurut wasit harus diterbitkan, ia memiliki beberapa rekomendasi untuk perbaikan. Setelah beberapa revisi, Alam menerima Crossfield et al. artikel pada akhir Desember 2013.
Dengan Alam, Anda hanya diperbolehkan menerbitkan versi final, revisi pada server astro-ph atau yang sejenis tidak kurang dari 6 bulan setelah publikasi dalam jurnal. Jadi, sementara sejumlah rekan akan mendengar tentang peta katai coklat pada 9 Januari pada sesi di Pertemuan ke-223 American Astronomical Society, di Washington, DC, untuk komunitas astronomi yang lebih luas, publikasi online, pada 29 Januari 2014 , akan menjadi pandangan pertama dari hasil baru ini. Dan Anda dapat bertaruh bahwa, melihat peta katai coklat, sejumlah dari mereka akan mulai berpikir tentang apa lagi yang bisa dilakukan seseorang. Tetap disini untuk generasi hasil selanjutnya.
Dan begitulah: 10 bulan penelitian astronomi, dari ide hingga publikasi, menghasilkan peta permukaan pertama dari katai coklat (Crossfield et al.) Dan studi tujuh-gelombang-panjang gelombang pertama-studi tentang variasi kecerahan dua kerdil coklat (Biller et al.). Secara bersama-sama, penelitian ini memberikan gambar yang menarik dari pola cuaca kompleks pada objek di suatu tempat antara planet dan bintang awal era baru untuk penelitian katai coklat, dan langkah penting menuju tujuan lain: peta permukaan terperinci dari planet gas raksasa di sekitar lainnya bintang.
Pada catatan yang lebih pribadi, ini adalah siaran pers pertama saya yang diambil oleh Weather Channel.
