Obrazový kredit: JHU
Astronómovia z John Hopkins University oznámili niekoľko týždňov späť, že ak ste spriemerovali farbu všetkých hviezd vo vesmíre, výsledkom by bola akvamarínová farba. Len čo prebili chybu a prehodnotili svoje výpočty, priemerná farba celého vesmíru sa stala béžovou.
Aká je farba vesmíru? Túto zdanlivo jednoduchú otázku astronómovia nikdy neodpovedali. Je ťažké urobiť presné a úplné sčítanie všetkého svetla vo vesmíre.
Avšak pomocou prieskumu Reddift Galaxy 2dF - nového prieskumu viac ako 200 000 galaxií, ktorý meria svetlo z veľkého objemu vesmíru - sme sa nedávno pokúsili odpovedať na túto otázku. Zostavili sme to, čo nazývame „Kozmické spektrum“, čo predstavuje všetok súčet všetkej energie v miestnom objeme vesmíru emitovanej pri rôznych optických vlnových dĺžkach svetla. Takto vyzerá kozmické spektrum:
Toto je graf energie emitovanej vo vesmíre pre rôzne vlnové dĺžky svetla (dáta tu). Ultrafialové a modré svetlo je vľavo a červené svetlo vpravo. Toto je skonštruované tak, že sa v prieskume 2dF spočítajú všetky individuálne spektrá samostatných galaxií. Súčet predstavuje svetlo všetkých hviezd. Sme presvedčení, že vzhľadom na to, že prieskum 2dF je taký veľký (dosahujúci niekoľko miliárd svetelných rokov), je toto spektrum skutočne reprezentatívne. Kozmické spektrum môžeme zobraziť aj týmto spôsobom:
Tu sme dali približnú farbu, ktorú by oko videli pri každej vlnovej dĺžke svetla (aj keď v skutočnosti nemôžeme vidieť veľa svetla pod asi 4 000 Angstromov, čo je ultrafialové; prísne monitory nemôžu presne zobrazovať monochromatické farby, farby dúhy). ,
Môžete si myslieť, že to, čo by oko videlo, keby sme dali všetko svetlo vo vesmíre hranolom, aby sme vytvorili dúhu. Intenzita farby je úmerná intenzite vo vesmíre.
Aká je priemerná farba? tj farba, ktorú by pozorovateľ videl, keby mal vesmír v krabici, a mohol by vidieť všetky svetlo naraz (a to sa nepohybovalo, pre skutočného pozorovateľa na Zemi, čím ďalej od nás galaxia, tým viac je to pred kombináciou sme de-redshifted všetky naše svetlo).
Na zodpovedanie tejto otázky musíme vypočítať priemernú odpoveď ľudského oka na tieto farby. Ako vyjadríme túto farbu? Najobjektívnejším spôsobom je citovať hodnoty CIE x, y, ktoré určujú umiestnenie farby v chromatickom diagrame CIE, a teda aj stimul, ktorý by oko videlo. Každé spektrum s rovnakým x, y musí dať rovnakú vnímanú farbu. Tieto čísla sú (0,345,0345) a sú robustné, vypočítali sme ich pre rôzne čiastkové vzorky prieskumu 2dF a líšia sa nevýznamne. Vypočítali sme ich dokonca pre spektroskopický prieskum Sloan Digital Sky Survey (ktorý predbehne 2dFGRS ako najväčší prieskum s červeným posunom niekedy v roku 2002) a sú v podstate rovnaké.
Aká je však skutočná farba? Aby sme to dosiahli, musíme urobiť určité predpoklady o ľudskom videní a stupni všeobecného osvetlenia. Potrebujeme tiež vedieť, čo monitor, čitateľ, používate! To je, samozrejme, nemožné, ale môžeme urobiť priemerný odhad. Takže tu sú farby:
Aké sú všetky tieto farby? Predstavujú farbu vesmíru pre rôzne biele body, ktoré predstavujú prispôsobenie ľudského oka rôznym druhom osvetlenia. Za rôznych okolností budeme vnímať rôzne farby a druh spektra, ktoré sa javí „biele“, sa bude líšiť. Bežným štandardom je „D65“, čo je blízko k nastaveniu denného svetla (na mierne zatiahnutej oblohe) ako biele a v porovnaní s ktorým sa vesmír javí červenkasto. „Illuminant E“ (biely bod s rovnakou energetickou hodnotou) je pravdepodobne to, čo by ste videli bielu, keď sa prispôsobí tme. „Illuminant A“ predstavuje vnútorné osvetlenie, v porovnaní s ktorým je vesmír (a denné svetlo) veľmi modrý. Zobrazujeme tiež farbu s gama korekciou 2,2 a bez nej, čo je najlepšia vec na zobrazenie na typických monitoroch. Poskytujeme lineárny súbor, takže môžete použiť svoju vlastnú gama, ak si budete priať.
Takmer určite sa musíte pozrieť na farebné škvrny označené ako „gama“, ale nie všetky displeje sú rovnaké, takže váš počet najazdených kilometrov sa môže líšiť.
Čo sa teda stalo s tyrkysom?
V našom kóde sme našli chybu! V našom pôvodnom výpočte, ktorý ste si možno prečítali v tlači, sme používali (v dobrej viere) softvér s neštandardným bielym bodom. Skôr mal použiť biely bod D65, ale neaplikoval ho. Výsledkom bol účinný biely bod o niečo červenší ako pri svietidle Illuminant E (akoby boli nejaké červené neónové svetlá okolo) pri 0,365,0335. Aj keď sú hodnoty x, y vesmíru nezmenené od nášho pôvodného výpočtu, posun v bielom bode spôsobil, že sa vesmír javil ako „tyrkysový“. (t.j. x, y, zostáva rovnaká, ale zodpovedajúci efekt RGB sa posunie).
Netreba dodávať, že od tohto prvého výpočtu sme mali veľa korešpondencie s farebnými vedcami a teraz sme napísali vlastný softvér, aby sme získali presnejšiu farebnú hodnotu. Priznávame, že farba vesmíru bola niečo ako trik, aby sme sa pokúsili sprístupniť náš príbeh na spektrách. Napriek tomu je to skutočná vypočítateľná vec, preto sme presvedčení, že je dôležité napraviť to.
Chceli by sme zdôrazniť, že náš pôvodný zámer bol iba zábavnou poznámkou v našom dokumente, pôvodný tlačový príbeh vyletel nad rámec našich najdivokejších očakávaní! Táto chyba trvala nejaký čas, kým si to uvedomil a vystopoval. Iba hrsť farebných vedcov mala odborné znalosti na zistenie chyby. Jedným z morálnych aspektov tohto príbehu je, že sme mali venovať väčšiu pozornosť aspektu „farebnej vedy“ a mali by sme to tiež posudzovať.
Dosť hovoriť. Aká je teda farba vesmíru?
Naozaj odpoveď je tak blízko bielej, že je ťažké povedať. Preto taká malá chyba mala taký veľký účinok. Najbežnejšou voľbou pre bielu je D65. Ak by sme však zaviedli lúč kozmického spektra do miestnosti silne osvetlenej iba žiarovkami (iluminant A), vyzeralo by to veľmi modro, ako je uvedené vyššie. Celkovo je pravdepodobne Illuminant E najsprávnejší, keď sa pozeráme na vesmír zďaleka v tme. Náš nový najlepší odhad je teda:
BEIGE
Aj keď je možné, že by mohla vyzerať viac ružovkastá (ako D65 vyššie). Veľa šťastia, keď vidíte rozdiel medzi touto farbou a bielou! Mali by ste byť schopní to len vidieť. Ak by sme však pozadie stránky urobili čiernym, bolo by to veľmi ťažké! Na túto farbu sme dostali množstvo návrhov. Máme prvú desiatku a víťazom považujeme za „kozmického latte“ skreslenie kofeínu!
Simulácia vesmíru
Kvôli všetkým týmto zložitostiam sme sa rozhodli sami. Mark Fairchild v Munsell Color Laboratories v Rochesteru, NY, s nami pracuje na simulácii kozmického spektra, môžu ovládať svetelné zdroje tak, aby poskytovali presne rovnakú stimuláciu červených, zelených / modrých očí, ako by ste videli z kozmického spektra. Potom to budeme môcť vidieť za rôznych svetelných podmienok, napríklad simulujúcich hlboký priestor, a uvidíme pre seba skutočnú farbu vesmíru.
Skutočný vedecký príbeh
Náš skutočný motív pre výpočet kozmického spektra bol, samozrejme, oveľa viac než len výroba týchto pekných farebných obrázkov. Farba je zaujímavá, ale kozmické spektrum je v skutočnosti bohaté na detaily a hovorí nám oveľa viac o histórii formovania hviezd vo vesmíre. Možno ste si všimli vyššie, že kozmické spektrum obsahuje tmavé čiary a jasné pásy, ktoré zodpovedajú charakteristickej emisii a absorpcii rôznych prvkov:
Môže vám to pripomínať Fraunhoferove linky v solárnom spektre. Presne ten istý proces atómovej absorpcie funguje. Sila tmavých čiar je určená teplotou hviezd prispievajúcich do kozmického spektra. Staršie hviezdy majú chladnejšie ovzdušie a vytvárajú inú sadu línií ako horúce mladé hviezdy. Analýzou spektra môžeme zistiť ich relatívne proporcie a pokúsiť sa odvodiť, aká bola miera formovania hviezd v minulých vekoch vesmíru. Krvavé detaily tejto analýzy sú uvedené v Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Tu je uvedený jednoduchý obraz našich predpokladaných najpravdepodobnejších histórií formovania hviezd vo vesmíre:
Všetky tieto modely poskytujú správne kozmické spektrum v prieskume 2dF a všetky hovoria, že väčšina hviezd v časopise Space Magazine sa vytvorila pred viac ako 5 miliardami rokov. To samozrejme znamená, že farba vesmíru by sa v minulosti líšila, keď by bolo viac horúcich mladých modrých hviezd. V skutočnosti môžeme vypočítať, čo by to bolo z nášho najlepšie vhodného modelu. Vývoj farby z obdobia pred 13 miliardami rokov do 7 miliárd rokov v budúcnosti vyzerá podľa našich rôznych predpokladov takto:
Vesmír začal byť mladý a modrý a postupne sa sčervenal, keď sa vytvorila populácia vyvinutých „červených“ obrovských hviezd. Miera tvorby nových hviezd za posledných 6 miliárd rokov prudko poklesla v dôsledku poklesu zásob medzihviezdneho plynu na vytváranie nových hviezd. Keď rýchlosť formovania hviezd bude klesať a ďalšie hviezdy sa stanú červenými obrami, farba vesmíru bude červenšia a červenšia. Nakoniec zmiznú všetky hviezdy a nezostanú nič iné ako čierne diery. Aj tieto sa nakoniec odparia Hawkingovým procesom a nezostane nič, okrem starého svetla, ktoré sa samo začervená, keď sa vesmír bude navždy rozširovať (v súčasnom kozmologickom modeli).
Pôvodný zdroj: JHU News Release
