Billedkredit: JHU
Astronomer fra John Hopkins University meddelte for flere uger tilbage, at hvis du gennemsnit farven på alle stjerner i universet, ville resultatet være en akvamarinfarve. Når de først havde klemt bugten og omdirigeret deres beregninger, blev den gennemsnitlige farve på hele universet beige.
Hvad er universets farve? Dette tilsyneladende enkle spørgsmål er aldrig rigtig blevet besvaret af astronomer. Det er vanskeligt at tage en nøjagtig og komplet folketælling af alt lys i universet.
Men ved hjælp af 2dF Galaxy Redshift Survey - en ny undersøgelse af mere end 200.000 galakser, som måler lyset fra et stort volumen af universet - har vi for nylig været i stand til at prøve at besvare dette spørgsmål. Vi har konstrueret det, vi kalder “The Cosmic Spectrum”, som repræsenterer al summen af al energien i det lokale volumen af universet, der udsendes ved forskellige optiske bølgelængder af lys. Sådan ser det kosmiske spektrum ud:
Dette er en graf over energien, der udsendes i universet til forskellige bølgelængder af lys (data her). Ultraviolet og blåt lys er til venstre og rødt lys til højre. Dette er konstrueret ved at tilføje alle de individuelle spektre for de separate galakser i 2dF-undersøgelsen. Summen repræsenterer lyset for alle stjerner. Vi tror, at fordi 2dF-undersøgelsen er så stor (når flere milliarder lysår), at dette spektrum virkelig er repræsentativt. Vi kan også vise det kosmiske spektrum på denne måde:
Her har vi lagt i den omtrentlige farve, øjet ville se ved hver bølgelængde af lys (skønt vi ikke rigtig kan se meget lys under omkring 4000 Ångstrøm, den næsten ultraviolette; og strengt taget kan skærme ikke nøjagtigt vise monokromatiske farver, regnbuens farver) .
Du kan tænke på dette som hvad øjet ville se, hvis vi lægger alt lyset i universet gennem et prisme til at producere en regnbue. Farveens intensitet står i forhold til intensiteten i universet.
Så hvad er den gennemsnitlige farve? dvs. den farve, en observatør ville se, hvis de havde universet i en kasse, og kunne se alt lyset på en gang (og det bevægede sig ikke, for en rigtig observatør på jorden, jo længere væk en galakse fra os er, jo mere er det redshifted. Vi har de-redshifted al vores lys, før de kombineres).
For at besvare dette spørgsmål skal vi beregne det menneskelige øjes gennemsnitlige respons på disse farver. Hvordan udtrykker vi denne farve? Den mest objektive måde at citere CIE x, y-værdierne på, der specificerer farverens placering i CIE-kromatisitetsdiagrammet og dermed den stimulus, som øjet vil se. Ethvert spektrum med det samme x, y skal give den samme opfattede farve. Disse tal er (0.345,0.345) og de er robuste, vi har beregnet dem for forskellige underprøver af 2dF-undersøgelsen, og de varierer ubetydeligt. Vi har endda beregnet dem til den spektroskopiske undersøgelse af Sloan Digital Sky Survey (som vil overhale 2dFGRS som den største rødskiftundersøgelse engang i 2002), og de er stort set de samme.
Men hvad er den faktiske farve? Nå for at gøre dette er vi nødt til at tage nogle antagelser om menneskets syn og graden af generel belysning. Vi er også nødt til at vide, hvilken skærm du, læseren, bruger! Naturligvis er dette umuligt, men vi kan komme med et gennemsnitligt gæt. Så her er farverne:
Hvad er alle disse farver? De repræsenterer universets farve for forskellige hvide punkter, som repræsenterer tilpasningen af det menneskelige øje til forskellige slags belysning. Vi vil opfatte forskellige farver under forskellige omstændigheder, og den type spektrum, der ser ud som 'hvid', vil variere. En almindelig standard er 'D65', der er tæt på at indstille dagslys (i en let overskyet himmel) som hvid, og sammenlignet med hvilket universet ser rødligt ud. 'Illuminant E' (lige energi hvidt punkt) er måske det, du ville se for hvidt, når det er mørkt tilpasset. 'Illuminant A' repræsenterer indendørs belysning, sammenlignet med hvilket universet (og dagslys) er meget blåt. Vi viser også farven med og uden en gammakorrektion på 2,2, hvilket er den bedste ting at gøre for visning på typiske skærme. Vi leverer den lineære fil, så du kan anvende din egen gamma, hvis du ønsker det.
Næsten helt sikkert skal du se på farveopdateringerne mærket 'gamma', men ikke alle skærme er ens, så din kilometertal kan variere.
Så hvad skete der med “turkis”?
Vi fandt en fejl i vores kode! I vores oprindelige beregning, som du måske har læst i pressen, brugte vi (i god tro) software med et ikke-standard hvidt punkt. Snarere skulle det bruge et hvidt D65 punkt, men anvendte det ikke. Resultatet var et effektivt hvidt punkt, der er noget rødere end Illuminant E (som om nogle røde neonlys var omkring) ved 0.365,0.335. Selvom x, y-værdierne for universet er uændrede fra vores oprindelige beregning, skiftede skiftet i det hvide punkt til, at universet forekommer 'turkis'. (dvs. x, y, forbliver den samme, men de tilsvarende effektive RGB-værdier skifter).
Naturligvis har vi siden den første beregning haft en masse korrespondance med farveforskere og har nu skrevet vores egen software for at opnå en mere nøjagtig farveværdi. Vi indrømmer, at universets farve var noget af en gimmick, for at prøve at gøre vores historie om spektre mere tilgængelig. Ikke desto mindre er det en faktisk beregnet ting, så vi mener, det er vigtigt at få det rigtigt.
Vi vil gerne påpege, at vores oprindelige intention kun var en morsom fodnote i vores papir, den originale pressehistorie sprang ud over vores vildeste forventninger! Fejlen tog noget tid at realisere og spore. Kun en håndfuld farveforskere havde ekspertisen til at få øje på fejlen. En moralsk ved denne historie er, at vi burde have været mere opmærksomme på 'farvevidenskab' -aspektet og også havde bedømt det.
Nok tale. Så hvilken farve er universet?
Virkelig er svaret så tæt på hvidt, det er svært at sige. Derfor havde en så lille fejl så stor effekt. Det mest almindelige valg for hvid er D65. Men hvis man kun skulle indføre en stråle af kosmisk spektrum i et rum, der kun er stærkt belyst af lyspærer (Illuminant A), ville den se meget blå ud, som vist ovenfor. Alt i alt er Illuminant E sandsynligvis den mest korrekte, for at kigge på universet langvejs fra under mørke forhold. Så vores nye bedste gæt er:
BEIGE
Selvom det kan diskuteres, at det kan se mere lyserødt ud (som D65 ovenfor). Held og lykke, hvis du kan se forskellen mellem denne farve og hvid! Du skulle være i stand til bare at se det, men hvis vi havde gjort side baggrunden sort, ville det være meget vanskeligt! Vi har haft adskillige forslag til denne farve sendt til os. Vi har en top ti, og anser vinderen for at være ”Cosmic Latte”, der er partisk koffein!
En simulering af universet
På grund af alle disse kompleksiteter har vi besluttet at se selv. Mark Fairchild ved Munsell Color Laboratories i Rochester, NY arbejder sammen med os for at lave en simulering af det kosmiske spektrum, de kan kontrollere lyskilder for at give nøjagtigt den samme røde / grønne / blå øjestimulering, som du ville se fra det kosmiske spektrum. Vi vil derefter være i stand til at se dette under en række lysforhold, måske simulere dybe rum, og se for os selv den sande farve på universet.
Den virkelige videnskabshistorie
Naturligvis var vores virkelige motiv for beregning af det kosmiske spektrum virkelig meget mere end at fremstille disse smukke farvebilleder. Farven er interessant, men faktisk er det kosmiske spektrum rig på detaljer og fortæller os meget mere om stjernedannelsens historie i universet. Du har måske bemærket ovenfor, at det kosmiske spektrum indeholder mørke linjer og lyse bånd, disse svarer til den karakteristiske emission og absorption af forskellige elementer:
Disse minder dig muligvis om Fraunhofer-linjer i Solar Spectrum. Præcis den samme proces med atomabsorption er ved at arbejde. Styrken af de mørke linjer bestemmes af temperaturerne i stjernerne, der bidrager til det kosmiske spektrum. Ældre stjerner har køligere atmosfærer og producerer et andet sæt linjer end varme unge stjerner. Ved at analysere spektret kan vi finde ud af de relative andele af disse og prøve at udlede, hvad stjernedannelsesfrekvensen var i universets tidligere aldre. De gorye detaljer ved denne analyse er givet i Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Her vises et simpelt billede af vores udledte mest sandsynlige historie med stjernedannelse:
Alle disse modeller giver det rigtige kosmiske spektrum i 2dF-undersøgelsen, og alle siger, at størstedelen af stjernerne i Space Magazine dannede mere end 5 milliarder år siden. Dette indebærer naturligvis, at farven på universet ville have været anderledes i fortiden, når der var mere varme unge blå stjerner. Faktisk kan vi beregne, hvad det ville være fra vores bedste passende model. Udviklingen af farven fra 13 milliarder år siden til 7 milliarder år i fremtiden ser sådan ud under vores forskellige antagelser:
Universet startede unge og blå og voksede gradvist rødere, da befolkningen i udviklede 'røde' gigantiske stjerner blev opbygget. Dannelsen af nye stjerner er faldet præcist i de sidste 6 milliarder år på grund af faldet i reserver af interstellar gas til dannelse af nye stjerner. Når stjernedannelsesfrekvensen fortsætter med at falde og flere stjerner bliver røde giganter, vil universets farve blive rødere og rødere. I sidste ende forsvinder alle stjerner, og intet vil være tilbage end sorte huller. Også disse vil til sidst fordampe via Hawking-processen, og intet vil være tilbage bortset fra gammelt lys, som selv vil rødme, når universet udvides for evigt (i den nuværende kosmologiske model).
Original kilde: JHU News Release
