A estas alturas, probablemente habrá escuchado que los astrónomos han producido el primer mapa meteorológico global para una enana marrón. (Si no lo ha hecho, puede encontrar la historia aquí.) Puede ser que incluso haya construido el modelo de cubo o el modelo de globo de origami de la superficie de la enana marrón Luhman 16B que proporcionaron los investigadores (aquí).
Como uno de mis sombreros es el de oficial de información pública en el Instituto Max Planck de Astronomía, donde se realizó la mayor parte de la cartografía, estuve involucrado en la redacción de un comunicado de prensa sobre el resultado. Pero un aspecto que encontré particularmente interesante no obtuvo mucha cobertura allí. Es que esta investigación en particular es un buen ejemplo de lo rápido que puede ser la astronomía en estos días y, en general, muestra cómo funciona la investigación astronómica. Así que aquí hay una mirada detrás de escena, una creación, por así decirlo, para el primer mapa de superficie enana marrón (ver imagen a la derecha).
Como en otras ciencias, si quieres ser un astrónomo exitoso, debes hacer algo nuevo e ir más allá de lo que se ha hecho antes. Después de todo, de eso se tratan los nuevos resultados publicables. A veces, tal progreso es impulsado por telescopios más grandes y por instrumentos más sensibles disponibles. A veces, se trata de esfuerzo y paciencia, como inspeccionar una gran cantidad de objetos y sacar conclusiones de los datos que ha ganado.
El ingenio juega un papel importante. Piense en los telescopios, instrumentos y métodos analíticos desarrollados por los astrónomos como las herramientas en una caja de herramientas en constante crecimiento. Una forma de obtener nuevos resultados es combinar estas herramientas de nuevas maneras o aplicarlas a nuevos objetos.
Es por eso que nuestra escena inicial no es nada especial en astronomía: muestra a Ian Crossfield, un investigador postdoctoral en el Instituto Max Planck de Astronomía, y varios colegas (incluido el director del instituto Thomas Henning) a principios de marzo de 2013, discutiendo la posibilidad de aplicando un método particular de mapear superficies estelares a una clase de objetos que nunca antes se habían mapeado de esta manera.
El método se llama imagen Doppler. Aprovecha el hecho de que la luz de una estrella giratoria cambia ligeramente de frecuencia a medida que la estrella gira. A medida que pasan diferentes partes de las superficies estelares, movidas por la rotación de la estrella, los cambios de frecuencia varían ligeramente dependiendo de dónde se encuentre la región emisora de luz en la estrella. A partir de estas variaciones sistemáticas, se puede reconstruir un mapa aproximado de la superficie estelar, mostrando áreas más oscuras y brillantes. Las estrellas están demasiado distantes para que incluso los telescopios actuales más grandes puedan discernir los detalles de la superficie, pero de esta manera, un mapa de superficie se puede reconstruir indirectamente.
El método en sí no es nuevo. El concepto básico se inventó a fines de la década de 1950, y en la década de 1980 se observaron varias aplicaciones a estrellas brillantes que giraban lentamente, con astrónomos que utilizaron imágenes Doppler para mapear los puntos de esas estrellas (manchas oscuras en una superficie estelar; el análogo estelar de los puntos solares).
Crossfield y sus colegas se preguntaban: ¿Podría este método aplicarse a una enana marrón, un intermediario entre el planeta y la estrella, más masivo que un planeta, pero con una masa insuficiente para que la fusión nuclear se encienda en el núcleo del objeto y lo convierta en una estrella? Lamentablemente, algunos cálculos rápidos, teniendo en cuenta lo que los telescopios e instrumentos actuales pueden y no pueden hacer, así como las propiedades de las enanas marrones conocidas, mostraron que no funcionaría.
Los objetivos disponibles eran demasiado tenues, y las imágenes Doppler necesitan mucha luz: por una parte, porque necesita dividir la luz disponible en la miríada de colores de un espectro, y también porque necesita tomar muchas medidas diferentes y cortas, después de todo, usted es necesario controlar cómo cambian los cambios de frecuencia sutiles causados por el efecto Doppler con el tiempo.
Hasta ahora, tan ordinario. La mayoría de las discusiones sobre cómo hacer observaciones de un tipo completamente nuevo probablemente lleguen a la conclusión de que no se puede hacer, o no se puede hacer. todavía. Pero en este caso, apareció otro impulsor del progreso astronómico: el descubrimiento de nuevos objetos.
El 11 de marzo, Kevin Luhman, astrónomo de la Universidad Penn State, anunció un descubrimiento trascendental: utilizando datos del Explorador de reconocimiento de infrarrojos de campo amplio (WISE) de la NASA, había identificado un sistema de dos enanas marrones que orbitaban entre sí. Sorprendentemente, este sistema estaba a una distancia de solo 6.5 años luz de la Tierra. Solo el sistema estelar Alpha Centauri y la estrella de Barnard están más cerca de la Tierra que eso. De hecho, la estrella de Barnard fue la última vez que se descubrió que un objeto estaba tan cerca de nuestro sistema solar, y ese descubrimiento se realizó en 1916.
Los astrónomos modernos no son conocidos por encontrar nombres rápidos, y el nuevo objeto, que fue designado WISE J104915.57-531906.1, no fue la excepción. Para ser justos, esto no pretende ser un nombre real; es una combinación del instrumento de descubrimiento WISE con las coordenadas del sistema en el cielo. Más tarde, se propuso la designación alternativa "Luhman 16AB" para el sistema, ya que este era el 16th sistema binario descubierto por Kevin Luhman, con A y B que denotan los dos componentes del sistema binario.
En estos días, Internet brinda a la comunidad astronómica acceso inmediato a nuevos descubrimientos tan pronto como se anuncian. Muchos, probablemente la mayoría de los astrónomos, comienzan su jornada laboral explorando los envíos recientes a astro-ph, la sección astrofísica de arXiv, un depósito internacional de artículos científicos. Con algunas excepciones, algunas revistas insisten en derechos de publicación exclusivos durante al menos un tiempo, aquí es donde, en la mayoría de los casos, los astrónomos podrán ver por primera vez los últimos trabajos de investigación de sus colegas.
Luhman publicó su artículo "Descubrimiento de una enana marrón binaria a 2 Parsecs from the Sun" en astro-ph el 11 de marzo. Para Crossfield y sus colegas en MPIA, esto cambió las reglas del juego. De repente, aquí había una enana marrón para la cual las imágenes Doppler podrían funcionar, y producir el primer mapa de superficie de una enana marrón.
Sin embargo, aún se necesitaría el poder de captación de luz de uno de los telescopios más grandes del mundo para que esto suceda, y el tiempo de observación en tales telescopios es muy demandado. Crossfield y sus colegas decidieron que debían aplicar una prueba más antes de presentar la solicitud. Cualquier objeto adecuado para la captura de imágenes Doppler parpadeará muy levemente, volviéndose un poco más brillante y más oscuro a su vez a medida que las áreas de superficie más brillantes u oscuras roten a la vista. ¿Luhman 16A o 16B parpadeó, en el lenguaje de los astrónomos: uno de ellos, o quizás ambos, mostró una gran variabilidad?
La astronomía viene con sus propias escalas de tiempo. La comunicación a través de Internet es rápida. Pero si tiene una idea nueva, por lo general, no puede esperar a que caiga la noche y apuntar su telescopio en consecuencia. Necesita que se acepte una propuesta de observación, y este proceso lleva tiempo, generalmente entre medio año y un año entre su propuesta y las observaciones reales. Además, la aplicación es cualquier cosa menos una formalidad. Las instalaciones grandes, como los telescopios muy grandes del Observatorio Europeo Austral, o los telescopios espaciales como el Hubble, generalmente reciben aplicaciones por más de 5 veces la cantidad de tiempo de observación que está realmente disponible.
Pero hay un atajo: una forma de que los proyectos de observación particularmente prometedores o críticos se completen mucho más rápido. Se conoce como "Tiempo discrecional del director", ya que el director del observatorio, o un diputado, tienen derecho a distribuir esta porción de tiempo de observación a su discreción.
El 2 de abril, Beth Biller, otra postdoctoral de MPIA (ahora está en la Universidad de Edimburgo), solicitó el Tiempo discrecional del director en el telescopio MPG / ESO de 2,2 m en el observatorio La Silla de ESO en Chile. La propuesta fue aprobada el mismo día.
La propuesta de Biller era estudiar a Luhman 16A y 16B con un instrumento llamado GROND. El instrumento había sido desarrollado para estudiar el resplandor de explosiones lejanas y poderosas conocidas como explosiones de rayos gamma. Con objetos astronómicos ordinarios, los astrónomos pueden tomarse su tiempo. Estos objetos no cambiarán mucho en las pocas horas que un astrónomo haga observaciones, primero usando un filtro para capturar un rango de longitudes de onda (piense "luz de un color"), luego otro filtro para otro rango de longitud de onda. (Las imágenes astronómicas generalmente capturan un rango de longitudes de onda, un color, a la vez. Si observa una imagen en color, generalmente es el resultado de una serie de observaciones, un filtro de color a la vez).
Las explosiones de rayos gamma y otros fenómenos transitorios son diferentes. Sus propiedades pueden cambiar en una escala de tiempo de minutos, sin dejar tiempo para observaciones consecutivas. Es por eso que GROND permite observaciones simultáneas de siete colores diferentes.
Biller había propuesto utilizar la capacidad única de GROND para registrar variaciones de brillo para Luhman 16A y 16B en siete colores diferentes simultáneamente, un tipo de medición que nunca antes se había hecho en esta escala. La información más simultánea que los investigadores habían obtenido de una enana marrón había sido en dos longitudes de onda diferentes (trabajo de Esther Buenzli, luego en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, y sus colegas). Biller iba por las siete. Como los regímenes de longitud de onda ligeramente diferentes contienen información sobre el gas en colores ligeramente diferentes, tales mediciones prometieron una visión de la estructura de capas de estas enanas marrones, con diferentes temperaturas correspondientes a diferentes capas atmosféricas a diferentes alturas.
Para Crossfield y sus colegas, Biller entre ellos, tal medición de las variaciones de brillo también debería mostrar si una de las enanas marrones era o no una buena candidata para la obtención de imágenes Doppler.
Al final resultó que, ni siquiera tuvieron que esperar tanto. Un grupo de astrónomos alrededor de Michaël Gillon había señalado el pequeño telescopio robótico TRAPPIST, diseñado para detectar exoplanetas por las variaciones de brillo que causan al pasar entre su estrella anfitriona y un observador en la Tierra, hacia Luhman 16AB. El mismo día en que Biller solicitó el tiempo de observación, y su solicitud fue aprobada, el grupo TRAPPIST publicó un documento titulado "Clima de evolución rápida para el más frío de nuestros dos nuevos vecinos subestelares", que registra las variaciones de brillo para Luhman 16B.
Esta noticia atrapó a Crossfield a miles de millas de su hogar. Algunas observaciones astronómicas no requieren que los astrónomos abandonen sus acogedoras oficinas: la propuesta se envía a los astrónomos del personal en uno de los grandes telescopios, que realizan las observaciones una vez que las condiciones son correctas y envían los datos de regreso a través de Internet. Pero otros tipos de observaciones requieren que los astrónomos viajen a cualquier telescopio que se esté utilizando, por ejemplo, a Chile, o hacia Hawai.
Cuando se anunciaron las variaciones de brillo para Luhman 16B, Crossfield estaba observando en Hawai. Él y sus colegas se dieron cuenta de inmediato de que, dados los nuevos resultados, Luhman 16B había pasado de ser un posible candidato para la técnica de imagen Doppler a ser prometedor. En el vuelo de Hawai de regreso a Frankfurt, Crossfield escribió rápidamente una propuesta de observación urgente para el Tiempo discrecional del director en CRIRES, un espectrógrafo instalado en uno de los 8 metros de Very Large Telescopes (VLT) en el Observatorio Paranal de ESO en Chile, presentando su solicitud en abril 5. Cinco días después, la propuesta fue aceptada.
El 5 de mayo, el espejo gigante de 8 metros de Antu, uno de los cuatro telescopios unitarios del Very Large Telescope, giró hacia la constelación meridional Vela (la "Vela del barco"). La luz que recogió se canalizó hacia CRIRES, un espectrógrafo infrarrojo de alta resolución que se enfría a aproximadamente -200 grados Celsius (-330 Fahrenheit) para una mejor sensibilidad.
Tres y dos semanas antes, respectivamente, las observaciones de Biller habían arrojado abundantes datos sobre la variabilidad de ambas enanas marrones en las siete bandas de longitud de onda previstas.
En este punto, no habían pasado más de dos meses entre la idea original y las observaciones. Pero parafraseando el famoso comentario de Edison, la astronomía observacional es 1% de observación y 99% de evaluación, ya que los datos en bruto se analizan, corrigen, comparan con modelos e inferencias hechas sobre las propiedades de los objetos observados.
Para el monitoreo de las variaciones de brillo de múltiples longitudes de onda de Beth Biller, esto tomó alrededor de cinco meses. A principios de septiembre, Biller y 17 coautores, Crossfield y muchos otros colegas de MPIA entre ellos, presentaron su artículo al Letras de revistas astrofísicas (ApJL) después de algunas revisiones, fue aceptado el 17 de octubre. Desde el 18 de octubre en adelante, los resultados fueron accesibles en línea en astro-ph, y un mes después se publicaron en el sitio web de ApJL.
A finales de septiembre, Crossfield y sus colegas habían terminado su análisis de imagen Doppler de los datos de CRIRES. Los resultados de dicho análisis nunca son 100% seguros, pero los astrónomos habían encontrado la estructura más probable de la superficie de Luhman 16B: un patrón de puntos más brillantes y más oscuros; nubes hechas de hierro y otros minerales que se desplazan sobre el hidrógeno gaseoso.
Como es habitual en el campo, el texto que enviaron a la revista Naturaleza fue enviado a un árbitro, un científico que permanece en el anonimato y que da recomendaciones a los editores de la revista sobre si un artículo en particular debe ser publicado o no. La mayoría de las veces, incluso para un artículo que el árbitro cree que debería publicarse, tiene algunas recomendaciones para mejorar. Después de algunas revisiones, Naturaleza aceptado el Crossfield et al. artículo a finales de diciembre de 2013.
Con Naturaleza, solo puede publicar la versión final revisada en astro-ph o servidores similares no menos de 6 meses después de la publicación en la revista. Entonces, aunque varios colegas habrán escuchado sobre el mapa de la enana marrón el 9 de enero en una sesión en la 223a Reunión de la Sociedad Astronómica Americana, en Washington, DC, para la comunidad astronómica en general, la publicación en línea, el 29 de enero de 2014 , habrá sido el primer vistazo de este nuevo resultado. Y puede apostar que, al ver el mapa de la enana marrón, algunos de ellos habrán comenzado a pensar en qué más se podría hacer. Estén atentos para la próxima generación de resultados.
Y ahí lo tiene: 10 meses de investigación astronómica, desde la idea hasta la publicación, que da como resultado el primer mapa de superficie de una enana marrón (Crossfield et al.) Y el primer estudio de siete bandas de longitud de onda de las variaciones de brillo de dos enanas marrones (Biller y col.). Tomados en conjunto, los estudios proporcionan una imagen fascinante de patrones climáticos complejos en un objeto en algún lugar entre un planeta y una estrella, el comienzo de una nueva era para el estudio de las enanas marrones, y un paso importante hacia otro objetivo: mapas detallados de la superficie de planetas gaseosos gigantes alrededor de otros estrellas.
En una nota más personal, este fue mi primer comunicado de prensa que fue recogido por el Weather Channel.
