Źródło zdjęcia: JHU
Astronomowie z Uniwersytetu Johna Hopkinsa ogłosili kilka tygodni temu, że jeśli uśrednisz kolor wszystkich gwiazd we wszechświecie, wynikiem będzie kolor akwamarynowy. Po usunięciu błędu i ponownym przeprowadzeniu obliczeń średni kolor całego wszechświata stał się beżowy.
Jakiego koloru jest Wszechświat? Na to pozornie proste pytanie astronomowie nigdy tak naprawdę nie odpowiedzieli. Trudno jest przeprowadzić dokładny i kompletny spis całego światła we Wszechświecie.
Jednak korzystając z 2dF Galaxy Redshift Survey - nowej ankiety obejmującej ponad 200 000 galaktyk, która mierzy światło z dużej objętości Wszechświata - ostatnio mogliśmy spróbować odpowiedzieć na to pytanie. Stworzyliśmy coś, co nazywamy „spektrum kosmicznym”, które reprezentuje całą sumę całej energii w lokalnej objętości wszechświata emitowanej przy różnych optycznych długościach fal światła. Tak wygląda spektrum kosmiczne:
To jest wykres energii emitowanej we Wszechświecie dla różnych długości fali światła (dane tutaj). Światło ultrafioletowe i niebieskie jest po lewej stronie, a światło czerwone po prawej stronie. Konstruuje się to poprzez zsumowanie wszystkich poszczególnych widm osobnych galaktyk w badaniu 2dF. Suma reprezentuje światło wszystkich gwiazd. Uważamy, że ponieważ badanie 2dF jest tak duże (sięgające kilku miliardów lat świetlnych), że to spektrum jest naprawdę reprezentatywne. Możemy również pokazać kosmiczne spektrum w ten sposób:
Tutaj umieściliśmy przybliżony kolor, który oko zobaczyłoby przy każdej długości fali światła (chociaż tak naprawdę nie widzimy dużo światła poniżej około 4000 angstremów, w pobliżu ultrafioletu; i ściśle, monitory nie mogą dokładnie wyświetlać kolorów monochromatycznych, kolorów tęczy) .
Możesz myśleć o tym jako o tym, co zobaczyłoby oko, gdybyśmy umieścili całe światło we Wszechświecie przez pryzmat, aby stworzyć tęczę. Intensywność koloru jest proporcjonalna do intensywności we Wszechświecie.
Więc jaki jest średni kolor? tzn. kolor, który obserwator zobaczyłby, gdyby mieli Wszechświat w pudełku i widziałby całe światło naraz (i nie poruszał się, dla prawdziwego obserwatora na Ziemi, im dalej od nas galaktyka, tym bardziej jest ona przesunięte na czerwono. Przed połączeniem cofnęliśmy przesunięcie całego światła).
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy obliczyć średnią odpowiedź ludzkiego oka na te kolory. Jak wyrażamy ten kolor? Najbardziej obiektywnym sposobem jest podanie wartości x, y CIE, które określają położenie koloru na schemacie chromatyczności CIE, a tym samym bodziec, który zobaczy oko. Każde widmo o tym samym x, y musi dawać ten sam postrzegany kolor. Liczby te wynoszą (0,345,0,345) i są solidne, obliczyliśmy je dla różnych podpróbek badania 2dF i różnią się nieznacznie. Obliczyliśmy je nawet dla badania spektroskopowego Sloan Digital Sky Survey (które wyprzedzi 2dFGRS jako największe badanie przesunięcia ku czerwieni w 2002 r.) I są zasadniczo takie same.
Ale jaki jest rzeczywisty kolor? Cóż, aby to zrobić, musimy przyjąć pewne założenia dotyczące ludzkiej wizji i stopnia ogólnego oświetlenia. Musimy także wiedzieć, z jakiego monitora, czytelnika, korzystasz! Oczywiście jest to niemożliwe, ale możemy zgadywać średnio. Oto kolory:
Jakie są te wszystkie kolory? Reprezentują kolor wszechświata dla różnych białych punktów, które reprezentują dostosowanie ludzkiego oka do różnych rodzajów oświetlenia. Będziemy postrzegać różne kolory w różnych okolicznościach, a rodzaj widma, które wydaje się „białe”, będzie się różnić. Powszechnym standardem jest „D65”, który jest bliski ustawieniu światła dziennego (na lekko zachmurzonym niebie) jako białego, w porównaniu z którym wszechświat wydaje się czerwonawy. „Iluminant E” (punkt bieli o równej energii) jest prawdopodobnie tym, co zobaczyłbyś dla bieli, gdy zostanie zaadaptowany do ciemności. „Źródło światła A” reprezentuje oświetlenie wewnętrzne, w porównaniu z którym Wszechświat (i światło dzienne) jest bardzo niebieski. Pokazujemy również kolor z korekcją gamma 2,2 i bez niej, co najlepiej zrobić w przypadku wyświetlania na typowych monitorach. Zapewniamy plik liniowy, więc możesz zastosować własną gamma, jeśli chcesz.
Niemal na pewno musisz spojrzeć na kolorowe łaty oznaczone „gamma”, ale nie wszystkie wyświetlacze są takie same, więc przebieg może się różnić.
Co się stało z „turkusowym”?
Znaleźliśmy błąd w naszym kodzie! W naszych oryginalnych obliczeniach, które mogliście przeczytać w prasie, użyliśmy (w dobrej wierze) oprogramowania z niestandardowym białym punktem. Miał raczej użyć białego punktu D65, ale go nie zastosował. Rezultatem był skuteczny punkt bieli nieco bardziej czerwony niż iluminant E (tak jakby jakieś czerwone neony były w pobliżu) przy 0,365,0,335. Chociaż wartości x, y Wszechświata nie zmieniły się w stosunku do naszych pierwotnych obliczeń, przesunięcie w białym punkcie sprawiło, że wszechświat wyglądał na „turkusowy”. (tzn. x, y pozostaje taki sam, ale odpowiednie efektywne wartości RGB przesuwają się).
Nie trzeba dodawać, że od pierwszych obliczeń mieliśmy wiele korespondencji z naukowcami kolorów, a teraz napisaliśmy własne oprogramowanie, aby uzyskać dokładniejszą wartość kolorów. Przyznajemy, że kolor Wszechświata był czymś w rodzaju sztuczki, aby uczynić naszą historię widmową bardziej dostępną. Niemniej jednak jest to rzeczywista rzecz do obliczenia, dlatego uważamy, że ważne jest, aby zrobić to dobrze.
Chcielibyśmy zaznaczyć, że nasz pierwotny zamiar był tylko zabawnym przypisem w naszym artykule, oryginalna historia prasowa wybuchła ponad nasze najśmielsze oczekiwania! Błąd zajął trochę czasu, zanim zdał sobie sprawę i wyśledził. Tylko garstka naukowców zajmujących się kolorami dysponowała wiedzą specjalistyczną, aby wykryć błąd. Jednym z morałów tej historii jest to, że powinniśmy zwrócić większą uwagę na aspekt „nauki o kolorze”, a także o to, by ją sędziować.
Dość gadania. Jakiego koloru jest Wszechświat?
Naprawdę odpowiedź jest tak bliska bieli, że trudno powiedzieć. Dlatego tak mały błąd miał tak duży efekt. Najpopularniejszym wyborem dla bieli jest D65. Gdyby jednak wprowadzić wiązkę widma kosmicznego do pomieszczenia silnie oświetlonego tylko żarówkami (źródło światła A), wyglądałoby to na bardzo niebieskie, jak pokazano powyżej. Ogólnie rzecz biorąc, prawdopodobnie iluminant E jest najbardziej odpowiedni do patrzenia na Wszechświat z daleka w ciemności. Więc naszym nowym najlepszym przypuszczeniem jest:
BEŻOWY
Chociaż można argumentować, że może wyglądać bardziej różowo (jak powyżej D65). Powodzenia, jeśli widzisz różnicę między tym kolorem a bielą! Powinieneś być w stanie to zobaczyć, jednak gdybyśmy zrobili czarne tło strony, byłoby to bardzo trudne! Mamy wiele sugestii dotyczących tego koloru. Jesteśmy w pierwszej dziesiątce i uważamy, że zwycięzcą jest „Kosmiczny Latte”, który jest stronniczy!
Symulacja Wszechświata
Z powodu tych wszystkich złożoności postanowiliśmy sami się przekonać. Mark Fairchild z Munsell Color Laboratories w Rochester w stanie Nowy Jork współpracuje z nami w celu przeprowadzenia symulacji spektrum kosmicznego. Mogą kontrolować źródła światła, aby zapewnić dokładnie taką samą stymulację czerwono / zielono / niebieskiego oka, jaką można zobaczyć z widma kosmicznego. Będziemy wtedy mogli zobaczyć to w różnych warunkach oświetleniowych, być może symulując przestrzeń kosmiczną, i przekonać się o prawdziwym kolorze Wszechświata.
Prawdziwa historia nauki
Oczywiście naszym prawdziwym motywem do obliczenia spektrum kosmicznego było o wiele więcej niż tworzenie tych ładnych, kolorowych zdjęć. Kolor jest interesujący, ale w rzeczywistości spektrum kosmiczne jest bogate w szczegóły i mówi nam znacznie więcej o historii powstawania gwiazd we Wszechświecie. Być może zauważyłeś powyżej, że spektrum kosmiczne zawiera ciemne linie i jasne pasma, które odpowiadają charakterystycznej emisji i absorpcji różnych pierwiastków:
Mogą one przypominać linie Fraunhofera w spektrum słonecznym. Dokładnie ten sam proces absorpcji atomowej działa. Siła ciemnych linii zależy od temperatur gwiazd wpływających na spektrum kosmiczne. Starsze gwiazdy mają chłodniejszą atmosferę i wytwarzają inny zestaw linii niż gorące młode gwiazdy. Analizując widmo, możemy obliczyć ich względne proporcje i spróbować ustalić, jaka była szybkość powstawania gwiazd we wcześniejszych wiekach Wszechświata. Krwawe szczegóły tej analizy podano w Baldry, Glazebrook i in. 2002. Prosty obraz naszych wywnioskowanych najbardziej prawdopodobnych historii formowania się gwiazd we Wszechświecie pokazano tutaj:
Wszystkie te modele dają prawidłowe spektrum kosmiczne w badaniu 2dF i wszystkie z nich mówią, że większość gwiazd w Kosmicznym Magazynie powstało ponad 5 miliardów lat temu. To oczywiście oznacza, że kolor Wszechświata byłby inny w przeszłości, gdy było więcej gorących młodych niebieskich gwiazd. W rzeczywistości możemy obliczyć, co by to było z naszego najlepiej dopasowanego modelu. Ewolucja koloru od 13 miliardów lat temu do 7 miliardów lat w przyszłości wygląda tak przy naszych różnych założeniach:
Wszechświat zaczął się młodo i niebiesko i stopniowo stawał się coraz bardziej czerwony w miarę wzrostu populacji wyewoluowanych „czerwonych” gigantycznych gwiazd. Tempo powstawania nowych gwiazd gwałtownie spadło w ciągu ostatnich 6 miliardów lat z powodu spadku rezerw gazu międzygwiezdnego do tworzenia nowych gwiazd. W miarę jak tempo formowania się gwiazd spada, a coraz więcej gwiazd staje się czerwonymi gigantami, kolor Wszechświata będzie coraz bardziej czerwony. W końcu wszystkie gwiazdy znikną i nie pozostaną nic oprócz czarnych dziur. Te też ostatecznie wyparują w procesie Hawkinga i nie pozostanie nic oprócz starego światła, które samo zaczerwieni się, gdy Wszechświat rozszerzy się na zawsze (w obecnym modelu kosmologicznym).
Oryginalne źródło: JHU News Release
