Bildekreditt: JHU
Astronomer fra John Hopkins University kunngjorde for flere uker tilbake at hvis du i gjennomsnitt regnet ut fargen til alle stjernene i universet, ville resultatet være en akvamarinfarge. Når de kløpet feilen og omberegnet beregningene sine, ble gjennomsnittsfargen på hele universet beige.
Hva er fargen på universet? Dette tilsynelatende enkle spørsmålet er aldri virkelig besvart av astronomer. Det er vanskelig å ta en nøyaktig og fullstendig folketelling av alt lyset i universet.
Men med 2dF Galaxy Redshift Survey - en ny undersøkelse av mer enn 200 000 galakser som måler lyset fra et stort volum av universet - har vi nylig kunnet prøve å svare på dette spørsmålet. Vi har konstruert det vi kaller “The Cosmic Spectrum”, som representerer all summen av all energien i det lokale volumet av universet som sendes ut med forskjellige optiske bølgelengder av lys. Slik ser det kosmiske spekteret ut:
Dette er en graf over energien som sendes ut i universet for forskjellige bølgelengder av lys (data her). Ultraviolett og blått lys er til venstre og rødt lys er på høyre side. Dette er konstruert ved å legge sammen alle individuelle spektre for de separate galakser i 2dF-undersøkelsen. Summen representerer lyset til alle stjernene. Vi tror at fordi 2dF-undersøkelsen er så stor (når ut til flere milliarder lysår) at dette spekteret virkelig er representativt. Vi kan også vise det kosmiske spekteret på denne måten:
Her har vi lagt inn den omtrentlige fargen øyet ville se på hver bølgelengde av lys (selv om vi ikke virkelig kan se mye lys under rundt 4000 Ångstrøm, den nær ultrafiolette; og strengt tatt kan ikke skjermer nøyaktig vise monokromatiske farger, regnbuens farger) .
Du kan tenke på dette som det øyet ville se om vi la alt lyset i universet gjennom et prisme for å produsere en regnbue. Fargenes intensitet står i forhold til intensiteten i universet.
Så hva er gjennomsnittlig farge? dvs. den fargen en observatør ville se om de hadde universet i en boks, og kunne se alt lyset på en gang (og det var ikke i bevegelse, for en ekte observatør på jorden, jo lenger bort en galakse fra oss, jo mer rødskiftet. Vi har fjernet rød lyset før vi kombinerer).
For å svare på dette spørsmålet må vi beregne det menneskelige øyes gjennomsnittlige respons på disse fargene. Hvordan uttrykker vi denne fargen? Den mest objektive måten å sitere på CIE x, y-verdiene som spesifiserer fargens plassering i CIE-kromatisitetsdiagrammet og derav stimulansen øyet vil se. Ethvert spektrum med samme x, y må gi den samme opplevde fargen. Disse tallene er (0.345,0.345) og de er robuste, vi har beregnet dem for forskjellige delprøver av 2dF-undersøkelsen, og de varierer ubetydelig. Vi har til og med beregnet dem for den spektroskopiske undersøkelsen Sloan Digital Sky Survey (som vil overgå 2dFGRS som den største røde skiftundersøkelsen en gang i 2002), og de er i hovedsak de samme.
Men hva er den faktiske fargen? Vel for å gjøre dette må vi gjøre noen antagelser om menneskets syn og graden av generell belysning. Vi må også vite hvilken skjerm du leseren bruker! Selvfølgelig er dette umulig, men vi kan gjette et gjennomsnitt. Så her er fargene:
Hva er alle disse fargene? De representerer fargen på universet for forskjellige hvite punkter, som representerer tilpasningen av det menneskelige øyet til forskjellige slags belysning. Vi vil oppfatte forskjellige farger under forskjellige omstendigheter, og det spekteret som vises 'hvitt' vil variere. En vanlig standard er ‘D65’, som er i nærheten av å stille dagslys (i en litt overskyet himmel) som hvitt, og sammenlignet med hvilket universet fremstår som rødlig. ‘Illuminant E’ (like energi hvitt punkt) er kanskje det du ville sett for hvitt når det er mørkt tilpasset. ‘Illuminant A’ representerer innendørsbelysning, sammenlignet med at Universet (og dagslyset) er veldig blått. Vi viser også fargen med og uten en gammakorreksjon på 2,2, som er det beste du kan gjøre for visning på typiske skjermer. Vi tilbyr den lineære filen, slik at du kan bruke din egen gamma hvis du ønsker det.
Nesten helt sikkert må du se på fargepatelene merket ‘gamma’, men ikke alle skjermer er like, slik at kjørelengden kan variere.
Så hva skjedde med “turkis”?
Vi fant en feil i koden vår! I vår opprinnelige beregning, som du kanskje har lest i pressen, brukte vi (i god tro) programvare med et ikke-standard hvitt punkt. Den skulle heller bruke et hvitt D65-punkt, men ikke bruke det. Resultatet var et effektivt hvitt punkt noe rødere enn Illuminant E (som om noen røde neonlys var rundt) ved 0.365,0.335. Selv om x, y-verdiene for universet er uendret fra vår opprinnelige beregning, skiftet i det hvite punktet fikk universet til å virke ‘turkis’. (dvs. x, y, forblir den samme, men de tilsvarende effektive RGB-verdiene skifter).
Unødvendig å si siden den første beregningen har vi hatt mye korrespondanse med fargeforskere, og har nå skrevet vår egen programvare for å få en mer nøyaktig fargeverdi. Vi innrømmer at fargen på universet var noe av en gimmick, for å prøve å gjøre historien vår på spektra mer tilgjengelig. Likevel er det en faktisk beregnet ting, så vi tror det er viktig å få det til.
Vi vil påpeke at vår opprinnelige intensjon bare var en morsom fotnote i vår artikkel, den opprinnelige pressehistorien sprengte over våre villeste forventninger! Feilen tok litt tid å realisere og spore opp. Bare en håndfull fargeforskere hadde ekspertisen til å oppdage feilen. En moralsk ved denne historien er at vi burde ha lagt mer vekt på ‘fargeforskning’ -aspektet og hatt det også referert.
Nok snakk. Så hvilken farge er universet?
Egentlig er svaret så nært hvitt, det er vanskelig å si. Det var derfor en så liten feil hadde så stor effekt. Det vanligste valget for hvit er D65. Men hvis man skulle introdusere en stråle av kosmisk spektrum i et rom sterkt belyst av lyspærer (Illuminant A), ville den virke veldig blå, som vist ovenfor. Totalt sett er nok Illuminant E den mest korrekte, for å se på universet langveisfra under mørke forhold. Så vår nye beste gjetning er:
BEIGE
Selv om det kan diskuteres at det kan se mer rosa ut (som D65 ovenfor). Lykke til hvis du kan se forskjellen mellom denne fargen og hvit! Du skulle kunne se det, men hvis vi hadde gjort bakgrunn i siden svart, ville det være veldig vanskelig! Vi har hatt mange forslag til denne fargen som er sendt til oss. Vi har topp ti, og anser at vinneren er “Cosmic Latte” som koffein partisk!
En simulering av universet
På grunn av alle disse kompleksitetene har vi bestemt oss for å se selv. Mark Fairchild ved Munsell Color Laboratories i Rochester, NY jobber med oss for å lage en simulering av det kosmiske spekteret, de kan kontrollere lyskilder for å gi nøyaktig den samme røde / grønne / blå øyestimuleringen som du ville sett fra det kosmiske spekteret. Vi vil da kunne se dette under en rekke lysforhold, kanskje simulere dyp plass, og se for oss den sanne fargen på universet.
Den virkelige vitenskapshistorien
Naturligvis var vårt virkelige motiv for å beregne det kosmiske spekteret virkelig mye mer enn å produsere disse pene fargebildene. Fargen er interessant, men faktisk er det kosmiske spekteret rikt på detaljer og forteller oss mye mer om stjernedannelsens historie i universet. Du har kanskje lagt merke til over at det kosmiske spekteret inneholder mørke linjer og lyse bånd, disse tilsvarer den karakteristiske utslipp og absorpsjon av forskjellige elementer:
Disse kan minne deg om Fraunhofer-linjer i Solar Spectrum. Akkurat den samme prosessen med atomabsorpsjon er på jobb. Styrken til de mørke linjene bestemmes av temperaturene til stjernene som bidrar til det kosmiske spekteret. Eldre stjerner har kjøligere atmosfærer og produserer et annet sett linjer enn varme unge stjerner. Ved å analysere spekteret kan vi finne ut de relative proporsjonene til disse og prøve å utlede hva stjernedannelsesfrekvensen var i tidligere tidsaldre av universet. De gorye detaljene i denne analysen er gitt i Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Et enkelt bilde av våre utledede mest sannsynlige historier om stjernedannelse i universet vises her:
Alle disse modellene gir riktig kosmisk spekter i 2dF-undersøkelsen, og alle sier at flertallet av stjernene i Space Magazine dannet for mer enn 5 milliarder år siden. Dette innebærer selvfølgelig at fargen på universet ville vært annerledes i det siste når det var mer varme unge blå stjerner. Faktisk kan vi beregne hva dette ville være fra vår best passende modell. Utviklingen av fargen fra 13 milliarder år siden til 7 milliarder år i fremtiden ser slik ut under våre forskjellige forutsetninger:
Universet startet unge og blå, og ble gradvis rødere etter hvert som befolkningen i utviklede ‘røde’ kjempestjerner bygde seg opp. Dannelsen av nye stjerner har falt nedbørsmessig de siste 6 milliarder årene på grunn av nedgangen i reservene til interstellar gass for dannelse av nye stjerner. Når stjernedannelsesraten fortsetter å avta og flere stjerner blir røde giganter, vil fargen på universet bli rødere og rødere. Etter hvert vil alle stjerner forsvinne og ingenting vil være igjen enn sorte hull. Også disse vil til slutt fordampe via Hawking-prosessen, og ingenting vil være igjen bortsett fra gammelt lys, som selv vil rødnes når universet utvides for alltid (i den nåværende kosmologiske modellen).
Originalkilde: JHU News Release
