Bildkredit: JHU
Astronomer från John Hopkins University meddelade flera veckor sedan att om du i genomsnitt beräknar färgen på alla stjärnor i universum, skulle resultatet bli en akvarinfärg. När de kvittrade felet och ordnade sina beräkningar, blev hela universums medelfärg beige.
Vad är universums färg? Denna till synes enkla fråga har aldrig riktigt besvarats av astronomer. Det är svårt att ta en exakt och fullständig folkräkning av allt ljus i universum.
Men med hjälp av 2dF Galaxy Redshift Survey - en ny undersökning av mer än 200 000 galaxer som mäter ljuset från en stor volym av universum - har vi nyligen kunnat försöka besvara denna fråga. Vi har konstruerat det vi kallar ”The Cosmic Spectrum”, som representerar hela summan av all energi i den lokala volymen av universum som avges vid olika optiska våglängder för ljus. Så här ser det kosmiska spektrumet ut:
Detta är en graf över energin som släpps ut i universum för olika våglängder för ljus (data här). Ultraviolett och blått ljus är till vänster och rött ljus är till höger. Detta konstrueras genom att lägga till alla de individuella spektra för de separata galaxerna i 2dF-undersökningen. Summan representerar ljuset för alla stjärnor. Vi tror att eftersom 2dF-undersökningen är så stor (når flera miljarder ljusår) att detta spektrum verkligen är representativt. Vi kan också visa det kosmiska spektrumet på detta sätt:
Här har vi lagt in den ungefärliga färgen som ögat skulle se vid varje ljusvåglängd (även om vi inte riktigt kan se mycket ljus under cirka 4000 Ångström, den nästan ultravioletta; och skärmarna kan strikt inte visa monokromatiska färger, regnbågens färger) .
Du kan tänka på detta som vad ögat skulle se om vi lägger allt ljus i universum genom ett prisma för att producera en regnbåge. Färgens intensitet står i proportion till intensiteten i universum.
Så vad är den genomsnittliga färgen? dvs färgen en observatör skulle se om de hade universum i en låda och kunde se allt ljus på en gång (och det rörde sig inte, för en riktig observatör på jorden, ju längre bort en galax från oss desto mer är det redshifted. Vi har de-redshifted allt vårt ljus innan vi kombinerar).
För att besvara denna fråga måste vi beräkna det mänskliga ögats genomsvar på dessa färger. Hur uttrycker vi denna färg? Det mest objektiva sättet är att citera CIE x, y-värden som anger färgens placering i CIE-kromatisitetsdiagrammet och därmed stimulansen som ögat skulle se. Alla spektrum med samma x, y måste ge samma uppfattade färg. Dessa siffror är (0.345,0.345) och de är robusta, vi har beräknat dem för olika delprover av 2dF-undersökningen och de varierar obetydligt. Vi har till och med beräknat dem för den spektroskopiska undersökningen Sloan Digital Sky Survey (som kommer att förbi 2dFGRS som den största undersökningen för redshift någon gång under 2002) och de är i princip samma.
Men vad är den faktiska färgen? Tja för att göra detta måste vi göra några antaganden om människans syn och graden av allmän belysning. Vi måste också veta vilken bildskärm du, läsaren, använder! Naturligtvis är detta omöjligt, men vi kan göra en genomsnittlig gissning. Så här är färgerna:
Vad är alla dessa färger? De representerar universums färg för olika vita punkter, som representerar det mänskliga ögats anpassning till olika slags belysning. Vi kommer att förstå olika färger under olika omständigheter, och typen av spektrum som verkar "vitt" kommer att variera. En vanlig standard är 'D65', som är nära att ställa in dagsljus (i en något molnig himmel) som vit, och jämfört med vilket universum verkar rödaktigt. 'Illuminant E' (lika energi vit punkt) är kanske vad du skulle se för vitt när det är mörkt anpassat. 'Illuminant A' representerar inomhusbelysning, jämfört med vilket universum (och dagsljus) är mycket blått. Vi visar också färgen med och utan en gammakorrigering på 2,2, vilket är det bästa du kan göra för visning på vanliga bildskärmar. Vi tillhandahåller den linjära filen, så att du kan använda din egen gamma om du vill.
Nästan säkert måste du titta på färglapparna märkta 'gamma', men inte alla skärmar är desamma så din körsträcka kan variera.
Så vad hände med “turkos”?
Vi hittade ett fel i vår kod! I vår ursprungliga beräkning, som du kanske har läst i pressen, använde vi (i god tro) programvara med en icke-standardvit punkt. Snarare skulle den använda en vit D65-punkt, men använde den inte. Resultatet var en effektiv vit punkt något rödare än Illuminant E (som om några röda neonljus fanns runt) vid 0,365,0,335. Även om universumets x, y-värden är oförändrade från vår ursprungliga beräkning gjorde förändringen i den vita punkten att universum verkade "turkos". (dvs. x, y, förblir densamma, men motsvarande effektiva RGB-värden förskjuts).
Naturligtvis sedan den första beräkningen har vi haft mycket korrespondens med färgforskare och har nu skrivit vår egen programvara för att få ett mer exakt färgvärde. Vi medger att universums färg var något av en gimmick, för att försöka göra vår historia om spektra mer tillgänglig. Ändå är det en verklig beräkningsbar sak så vi tror att det är viktigt att få det rätt.
Vi vill påpeka att vår ursprungliga avsikt bara var en underhållande fotnot i vårt papper, den ursprungliga presshistorien sprängde bortom våra vildaste förväntningar! Felet tog lite tid att inse och spåra. Endast en handfull färgforskare hade expertis för att upptäcka felet. En moral i denna berättelse är att vi borde ha ägnat mer uppmärksamhet åt "färgvetenskap" -aspekten och hade också refererat.
Tillräckligt med prat. Så vilken färg är universum?
Verkligen svaret är så nära vitt, det är svårt att säga. Därför hade ett så litet fel så stor effekt. Det vanligaste valet för vit är D65. Men om man skulle införa en stråle av kosmiskt spektrum i ett rum som endast är starkt upplyst av glödlampor (Illuminant A) verkar det mycket blått, som visas ovan. Sammantaget är förmodligen Illuminant E det mest korrekta, för att titta på universum på avstånd i mörka förhållanden. Så vår nya bästa gissning är:
BEIGE
Även om det kan diskuteras att det kan se mer rosa ut (som D65 ovan). Lycka till om du kan se skillnaden mellan denna färg och vit! Du borde kunna se det, men om vi hade gjort sidobakgrunden svart, skulle det vara mycket svårt! Vi har fått många förslag på den här färgen som vi fått. Vi har topp tio och anser att vinnaren är ”Cosmic Latte” som är partisk koffein!
En simulering av universum
På grund av alla dessa komplexiteter har vi beslutat att se själv. Mark Fairchild på Munsell Color Laboratories i Rochester, NY arbetar med oss för att göra en simulering av det kosmiska spektrumet, de kan kontrollera ljuskällor för att ge exakt samma röda / gröna / blå ögonstimulering som du skulle se från det kosmiska spektrumet. Vi kommer då att kunna se detta under en mängd olika ljusförhållanden, kanske simulera djupa rymden, och se för oss själva den verkliga färgen på universum.
Den verkliga vetenskapshistorien
Naturligtvis var vårt verkliga motiv för att beräkna det kosmiska spektrumet verkligen mycket mer än att producera dessa vackra färgbilder. Färgen är intressant men i själva verket är det kosmiska spektrumet rikt på detaljer och berättar mycket mer om stjärnbildningens historia i universum. Du kanske har märkt ovan att det kosmiska spektrumet innehåller mörka linjer och ljusa band, dessa motsvarar den karakteristiska emissionen och absorptionen av olika element:
Dessa kan komma att påminna dig om Fraunhofer-linjer i solspektrumet. Exakt samma process med atomabsorption arbetar. Styrkan hos de mörka linjerna bestäms av temperaturerna hos stjärnorna som bidrar till det kosmiska spektrumet. Äldre stjärnor har svalare atmosfärer och ger en annan uppsättning linjer än heta unga stjärnor. Genom att analysera spektrumet kan vi beräkna de relativa proportionerna av dessa och försöka dra slutsatsen vad stjärnbildningsgraden var under tidigare tidsåldrar av universum. De härliga detaljerna i denna analys ges i Baldry, Glazebrook, et al. 2002. En enkel bild av våra utdragna mest troliga historier om stjärnbildning i universum visas här:
Alla dessa modeller ger rätt kosmiskt spektrum i 2dF-undersökningen och alla säger att majoriteten av stjärnorna i Space Magazine bildade för mer än 5 miljarder år sedan. Detta innebär naturligtvis att universums färg skulle ha varit annorlunda tidigare när det fanns mer heta unga blå stjärnor. Vi kan faktiskt beräkna vad det här skulle vara från vår bästa passande modell. Utvecklingen av färgen från 13 miljarder år sedan till 7 miljarder år i framtiden ser ut så här under våra olika antaganden:
Universum började unga och blåa och blev gradvis rödare när befolkningen i utvecklade "röda" jättestjärnor byggdes upp. Bildningsgraden för nya stjärnor har minskat brant under de senaste 6 miljarder åren på grund av minskningen i reserver av interstellär gas för att bilda nya stjärnor. När stjärnbildningen fortsätter att sjunka och fler stjärnor blir röda jättar blir universums färg rödare och rödare. Så småningom försvinner alla stjärnor och ingenting blir kvar än svarta hål. Även dessa kommer så småningom att förångas via Hawking-processen och ingenting kommer att bli kvar förutom gammalt ljus, som själv kommer att röda när universum expanderar för evigt (i den nuvarande kosmologiska modellen).
Originalkälla: JHU News Release
