Até agora, você provavelmente já deve ter ouvido falar que os astrônomos produziram o primeiro mapa meteorológico global para uma anã marrom. (Se não tiver, pode encontrar a história aqui.) Talvez você tenha construído o modelo de cubo ou o modelo de balão de origami da superfície da anã marrom Luhman 16B que os pesquisadores forneceram (aqui).
Como um dos meus chapéus é o do oficial de informações públicas do Instituto Max Planck de Astronomia, onde ocorreu a maior parte da elaboração de mapas, eu estava envolvido na redação de um comunicado de imprensa sobre o resultado. Mas um aspecto que achei particularmente interessante não teve muita cobertura por lá. É que essa parte específica da pesquisa é um bom exemplo de como a astronomia pode ser acelerada atualmente e, de maneira mais geral, mostra como a pesquisa astronômica funciona. Então, aqui está uma olhada nos bastidores - um making-of, se quiser - para o primeiro mapa de superfície da anã marrom (veja a imagem à direita).
Como em outras ciências, se você quer ser um astrônomo de sucesso, precisa fazer algo novo e ir além do que foi feito antes. Afinal, é disso que se trata os novos resultados publicáveis. Às vezes, esse progresso é impulsionado por telescópios maiores e instrumentos mais sensíveis disponíveis. Às vezes, trata-se de esforço e paciência, como pesquisar um grande número de objetos e tirar conclusões dos dados que você ganhou.
A engenhosidade desempenha um papel significativo. Pense nos telescópios, instrumentos e métodos analíticos desenvolvidos pelos astrônomos como ferramentas em uma caixa de ferramentas em constante crescimento. Uma maneira de obter novos resultados é combinar essas ferramentas de novas maneiras ou aplicá-las a novos objetos.
É por isso que nossa cena de abertura não é nada especial em astronomia: mostra Ian Crossfield, pesquisador de pós-doutorado no Instituto Max Planck de Astronomia, e vários colegas (incluindo o diretor do instituto Thomas Henning) no início de março de 2013, discutindo a possibilidade de aplicar um método específico de mapeamento de superfícies estelares a uma classe de objetos que nunca haviam sido mapeados dessa maneira antes.
O método é chamado de imagem Doppler. Ele faz uso do fato de que a luz de uma estrela em rotação é ligeiramente alterada em frequência à medida que a estrela gira. À medida que diferentes partes das superfícies estelares passam, levadas pela rotação da estrela, as mudanças de frequência variam um pouco diferentes dependendo de onde a região emissora de luz está localizada na estrela. A partir dessas variações sistemáticas, um mapa aproximado da superfície estelar pode ser reconstruído, mostrando áreas mais escuras e mais brilhantes. As estrelas estão muito distantes para que até os maiores telescópios atuais possam discernir detalhes da superfície, mas, dessa maneira, um mapa da superfície pode ser reconstruído indiretamente.
O método em si não é novo. O conceito básico foi inventado no final da década de 1950, e a década de 1980 viu várias aplicações em estrelas brilhantes e de rotação lenta, com astrônomos usando imagens Doppler para mapear os pontos dessas estrelas (manchas escuras em uma superfície estelar; o análogo estelar a manchas solares).
Crossfield e seus colegas estavam se perguntando: esse método poderia ser aplicado a uma anã marrom - um intermediário entre planeta e estrela, mais massivo que um planeta, mas com massa insuficiente para a fusão nuclear inflamar o núcleo do objeto, transformando-o em estrela? Infelizmente, alguns cálculos rápidos, levando em conta o que os telescópios e instrumentos atuais podem e não podem fazer, bem como as propriedades das anãs marrons conhecidas, mostraram que não funcionaria.
Os alvos disponíveis eram muito fracos e a imagem Doppler precisa de muita luz: por um, porque você precisa dividir a luz disponível nas inúmeras cores de um espectro, e também porque precisa fazer muitas medições bastante curtas - afinal, você É necessário monitorar como as mudanças sutis de frequência causadas pelo efeito Doppler mudam com o tempo.
Até agora, tão comum. A maioria das discussões sobre como fazer observações de um tipo completamente novo provavelmente chega à conclusão de que isso não pode ser feito - ou não pode ser feito ainda. Mas, nesse caso, outro fator impulsionador do progresso astronômico apareceu: a descoberta de novos objetos.
Em 11 de março, Kevin Luhman, astrônomo da Penn State University, anunciou uma descoberta importante: usando dados do Wide Field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA, ele identificou um sistema de duas anãs marrons orbitando uma à outra. Notavelmente, esse sistema estava a uma distância de meros 6,5 anos-luz da Terra. Somente o sistema estelar Alpha Centauri e a estrela de Barnard estão mais próximos da Terra do que isso. De fato, a estrela de Barnard foi a última vez que um objeto foi descoberto tão perto do nosso sistema solar - e essa descoberta foi feita em 1916.
Os astrônomos modernos não são conhecidos por criar nomes rápidos, e o novo objeto, designado WISE J104915.57-531906.1, não foi exceção. Para ser justo, isso não pretende ser um nome real; é uma combinação do instrumento de descoberta WISE com as coordenadas do sistema no céu. Posteriormente, foi proposta a designação alternativa “Luhman 16AB” para o sistema, pois este era o 16º sistema binário descoberto por Kevin Luhman, com A e B denotando os dois componentes do sistema binário.
Atualmente, a Internet concede à comunidade astronômica acesso imediato a novas descobertas assim que são anunciadas. Muitos, provavelmente a maioria dos astrônomos começam seu dia de trabalho pesquisando artigos recentes sobre o astro-ph, a seção astrofísica do arXiv, um repositório internacional de artigos científicos. Com algumas exceções - alguns periódicos insistem em direitos de publicação exclusivos por pelo menos um tempo -, é aqui que, na maioria dos casos, os astrônomos obtêm o primeiro vislumbre dos últimos trabalhos de pesquisa de seus colegas.
Luhman publicou seu artigo “Descoberta de uma anã marrom binária a 2 parsecs do sol” no astro-ph em 11 de março. Para Crossfield e seus colegas da MPIA, isso mudou o jogo. De repente, aqui estava uma anã marrom para a qual a imagem Doppler poderia trabalhar, e produzir o primeiro mapa de superfície de uma anã marrom.
No entanto, ainda seria necessário o poder de captação de luz de um dos maiores telescópios do mundo para que isso acontecesse, e o tempo de observação nesses telescópios é muito procurado. Crossfield e seus colegas decidiram que precisavam aplicar mais um teste antes de aplicar. Qualquer objeto adequado para a imagem Doppler pisca levemente, ficando um pouco mais brilhante e mais escuro à medida que as áreas de superfície mais claras ou mais escuras são exibidas. Luhman 16A ou 16B tremeluziu - na fala dos astrônomos: um deles, ou talvez ambos, mostrou alta variabilidade?
A astronomia vem com suas próprias escalas de tempo. A comunicação via Internet é rápida. Mas se você tem uma nova idéia, normalmente não pode esperar a noite cair e apontar seu telescópio de acordo. Você precisa que uma proposta de observação seja aceita e esse processo leva tempo - normalmente entre meio ano e um ano entre a sua proposta e as observações reais. Além disso, aplicar é tudo menos uma formalidade. Grandes instalações, como os Very Large Telescopes do Observatório Europeu do Sul, ou telescópios espaciais como o Hubble, normalmente recebem aplicativos com mais de 5 vezes a quantidade de tempo de observação realmente disponível.
Mas existe um atalho - uma maneira de projetos de observação particularmente promissores ou com tempo crítico serem concluídos muito mais rapidamente. É conhecido como "Tempo discricionário do diretor", pois o diretor do observatório - ou um deputado - tem o direito de distribuir essa parte do tempo de observação a seu critério.
Em 2 de abril, Beth Biller, outra pós-doutora em MPIA (atualmente está na Universidade de Edimburgo), solicitou o tempo discricionário da diretora no telescópio MPG / ESO de 2,2 m no observatório La Silla do ESO no Chile. A proposta foi aprovada no mesmo dia.
A proposta de Biller era estudar o Luhman 16A e 16B com um instrumento chamado GROND. O instrumento foi desenvolvido para estudar as sequências de explosões poderosas e distantes conhecidas como explosões de raios gama. Com objetos astronômicos comuns, os astrônomos podem demorar um pouco. Esses objetos não mudam muito nas poucas horas em que um astrônomo faz observações, primeiro usando um filtro para capturar uma faixa de comprimentos de onda (pense em “luz de uma cor”), depois outro filtro para outra faixa de comprimentos de onda. (As imagens astronômicas geralmente capturam um intervalo de comprimentos de onda - uma cor - de cada vez. Se você observar uma imagem colorida, geralmente é o resultado de uma série de observações, um filtro de cor por vez.)
Explosões de raios gama e outros fenômenos transitórios são diferentes. Suas propriedades podem mudar em uma escala de tempo de minutos, não deixando tempo para observações consecutivas. É por isso que o GROND permite observações simultâneas de sete cores diferentes.
Biller propôs usar a capacidade exclusiva da GROND para registrar variações de brilho para o Luhman 16A e 16B em sete cores diferentes simultaneamente - um tipo de medição que nunca havia sido feita antes nessa escala. As informações mais simultâneas que os pesquisadores obtiveram de uma anã marrom estiveram em dois comprimentos de onda diferentes (trabalho de Esther Buenzli, então no Observatório Steward da Universidade do Arizona e colegas). Biller estava indo para as sete. Como os regimes de comprimento de onda ligeiramente diferentes contêm informações sobre o gás em cores ligeiramente diferentes, essas medições prometeram uma visão da estrutura da camada dessas anãs marrons - com temperaturas diferentes correspondendo a diferentes camadas atmosféricas em diferentes alturas.
Para Crossfield e seus colegas - entre eles Biller -, essa medição das variações de brilho também deve mostrar se uma das anãs marrons era ou não uma boa candidata à imagem Doppler.
Como se viu, eles nem precisaram esperar tanto tempo. Um grupo de astrônomos ao redor de Michaël Gillon apontou o pequeno telescópio robótico TRAPPIST, projetado para detectar exoplanetas pelas variações de brilho que causam ao passar entre a estrela hospedeira e um observador na Terra, para Luhman 16AB. No mesmo dia em que Biller solicitou o tempo de observação e sua inscrição foi aprovada, o grupo TRAPPIST publicou um artigo “Clima em rápida evolução para os mais frescos de nossos dois novos vizinhos subcelulares”, registrando variações de brilho para o Luhman 16B.
Essa notícia pegou Crossfield a milhares de quilômetros de casa. Algumas observações astronômicas não exigem que os astrônomos deixem seus escritórios aconchegantes - a proposta é enviada aos astrônomos de um dos grandes telescópios, que fazem as observações quando as condições são adequadas e enviam os dados de volta pela Internet. Mas outros tipos de observações exigem que os astrônomos viajem para qualquer telescópio que esteja sendo usado - no Chile, digamos, ou no Havaí.
Quando as variações de brilho do Luhman 16B foram anunciadas, Crossfield estava observando no Havaí. Ele e seus colegas perceberam imediatamente que, dados os novos resultados, o Luhman 16B havia deixado de ser um possível candidato à técnica de imagem Doppler para um promissor. No voo do Havaí de volta a Frankfurt, Crossfield rapidamente escreveu uma proposta de observação urgente para o Tempo Discricionário do Diretor no CRIRES, um espectrógrafo instalado em um dos Very Large Telescopes (VLT) de 8 metros no Observatório Paranal do ESO, no Chile, enviando sua solicitação em abril 5. Cinco dias depois, a proposta foi aceita.
Em 5 de maio, o gigante espelho de 8 metros de Antu, um dos quatro telescópios unitários do Very Large Telescope, virou-se para a constelação do sul Vela (a “vela do navio”). A luz coletada foi canalizada para o CRIRES, um espectrógrafo infravermelho de alta resolução que é resfriado a cerca de -200 graus Celsius (-330 Fahrenheit) para melhor sensibilidade.
Três e duas semanas antes, respectivamente, as observações de Biller produziram dados ricos sobre a variabilidade de ambas as anãs marrons nas sete faixas diferentes de comprimento de onda pretendidas.
Nesse ponto, não haviam passado mais de dois meses entre a ideia original e as observações. Mas, parafraseando a famosa piada de Edison, a astronomia observacional é 1% de observação e 99% de avaliação, à medida que os dados brutos são analisados, corrigidos, comparados com modelos e inferências feitas sobre as propriedades dos objetos observados.
Para o monitoramento de variações de brilho em vários comprimentos de onda de Beth Biller, isso levou cerca de cinco meses. No início de setembro, Biller e 17 co-autores, Crossfield e vários outros colegas da MPIA, entre eles, enviaram seu artigo ao Cartas astrofísicas do diário (ApJL) após algumas revisões, foi aceito em 17 de outubro. A partir de 18 de outubro, os resultados foram acessíveis on-line no astro-ph e, um mês depois, foram publicados no site da ApJL.
No final de setembro, Crossfield e seus colegas concluíram a análise por imagem Doppler dos dados do CRIRES. Os resultados dessa análise nunca são 100% certos, mas os astrônomos encontraram a estrutura mais provável da superfície do Luhman 16B: um padrão de pontos mais brilhantes e mais escuros; nuvens de ferro e outros minerais flutuando no gás hidrogênio.
Como é habitual no campo, o texto que eles enviaram à revista Natureza foi enviado a um árbitro - um cientista que permanece anônimo e que recomenda aos editores da revista se um determinado artigo deve ou não ser publicado. Na maioria das vezes, mesmo para um artigo que o árbitro acha que deveria ser publicado, ele ou ela tem algumas recomendações para melhorias. Após algumas revisões, Natureza aceitaram o Crossfield et al. artigo no final de dezembro de 2013.
Com Natureza, você só poderá publicar a versão final revisada em servidores astro-ph ou similares, pelo menos seis meses após a publicação no diário. Portanto, embora vários colegas tenham ouvido falar sobre o mapa da anã marrom em 9 de janeiro em uma sessão no 223º Encontro da Sociedade Astronômica Americana, em Washington, DC, para a comunidade astronômica mais ampla, a publicação on-line em 29 de janeiro de 2014 , terá sido o primeiro vislumbre desse novo resultado. E você pode apostar que, vendo o mapa da anã marrom, vários deles terão começado a pensar no que mais alguém poderia fazer. Fique atento à próxima geração de resultados.
E aí está: 10 meses de pesquisa astronômica, da ideia à publicação, resultando no primeiro mapa de superfície de uma anã marrom (Crossfield et al.) E no primeiro estudo de sete faixas de comprimento de onda das variações de brilho de duas anãs marrons (Biller et al.). Tomados em conjunto, os estudos fornecem uma imagem fascinante de padrões climáticos complexos em um objeto em algum lugar entre um planeta e uma estrela no início de uma nova era para o estudo de anãs marrons e um passo importante em direção a outro objetivo: mapas detalhados de superfície de planetas gigantes de gás em torno de outros estrelas.
Em uma nota mais pessoal, este foi o meu primeiro comunicado de imprensa a ser captado pelo Weather Channel.
