Πιστωτική εικόνα: JHU
Οι αστρονόμοι από το πανεπιστήμιο John Hopkins ανακοίνωσαν αρκετές εβδομάδες πριν, εάν κατά μέσο όρο το χρώμα όλων των αστεριών στο σύμπαν, το αποτέλεσμα θα ήταν ένα χρώμα γαλαζοπράσινης. Μόλις σφίγγισαν το σφάλμα, και έκαναν εκ νέου τους υπολογισμούς τους, το μέσο χρώμα ολόκληρου του σύμπαντος έγινε μπεζ.
Ποιο είναι το χρώμα του Σύμπαντος; Αυτή η φαινομενικά απλή ερώτηση δεν έχει απαντηθεί ποτέ από τους αστρονόμους. Είναι δύσκολο να γίνει ακριβής και πλήρης απογραφή όλου του φωτός στο Σύμπαν.
Ωστόσο, χρησιμοποιώντας το 2dF Galaxy Redshift Survey - μια νέα έρευνα για περισσότερους από 200.000 γαλαξίες που μετρά το φως από έναν μεγάλο όγκο του Σύμπαντος - καταφέραμε πρόσφατα να προσπαθήσουμε να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση. Κατασκευάσαμε αυτό που αποκαλούμε «Κοσμικό Φάσμα», το οποίο αντιπροσωπεύει όλο το άθροισμα της ενέργειας στον τοπικό όγκο του σύμπαντος που εκπέμπεται σε διαφορετικά οπτικά μήκη κύματος φωτός. Αυτό είναι το κοσμικό φάσμα:
Αυτό είναι ένα γράφημα της ενέργειας που εκπέμπεται στο Σύμπαν για διαφορετικά μήκη κύματος φωτός (δεδομένα εδώ). Το υπεριώδες και το μπλε φως είναι στα αριστερά και το κόκκινο φως στα δεξιά. Αυτό κατασκευάζεται με την προσθήκη όλων των επιμέρους φασμάτων των ξεχωριστών γαλαξιών στην έρευνα 2dF. Το άθροισμα αντιπροσωπεύει το φως όλων των αστεριών. Πιστεύουμε ότι επειδή η έρευνα 2dF είναι τόσο μεγάλη (φτάνοντας αρκετά δισεκατομμύρια έτη φωτός) που αυτό το φάσμα είναι πραγματικά αντιπροσωπευτικό. Μπορούμε επίσης να δείξουμε το κοσμικό φάσμα με αυτόν τον τρόπο:
Εδώ έχουμε τοποθετήσει στο κατά προσέγγιση χρώμα που θα βλέπει το μάτι σε κάθε μήκος κύματος του φωτός (αν και δεν μπορούμε να δούμε πολύ φως κάτω από περίπου 4000 Angstroms, το σχεδόν υπεριώδες. Και αυστηρά, οι οθόνες δεν μπορούν να εμφανίσουν με ακρίβεια μονοχρωματικά χρώματα, τα χρώματα του ουράνιου τόξου) .
Μπορείτε να το σκεφτείτε αυτό που θα βλέπει το μάτι εάν βάζουμε όλο το φως στο Σύμπαν μέσω ενός πρίσματος για να παράγει ένα ουράνιο τόξο. Η ένταση του χρώματος είναι ανάλογη με την ένταση στο Σύμπαν.
Ποιο είναι λοιπόν το μέσο χρώμα; δηλαδή το χρώμα που θα έβλεπε ένας παρατηρητής εάν είχε το Σύμπαν σε ένα κουτί και θα μπορούσε να δει όλο το φως ταυτόχρονα (και δεν κινείται, για έναν πραγματικό παρατηρητή στη γη, όσο πιο μακριά ένας γαλαξίας από εμάς τόσο περισσότερο είναι redshifted. Έχουμε απενεργοποιήσει όλο το φως πριν συνδυάσουμε).
Για να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση πρέπει να υπολογίσουμε τη μέση απόκριση του ανθρώπινου ματιού σε αυτά τα χρώματα. Πώς εκφράζουμε αυτό το χρώμα; Ο πιο αντικειμενικός τρόπος είναι να αναφέρω τις τιμές CIE x, y που καθορίζουν τη θέση του χρώματος στο διάγραμμα χρωματικότητας CIE και ως εκ τούτου το ερέθισμα που θα βλέπει το μάτι. Οποιοδήποτε φάσμα με το ίδιο x, y πρέπει να δίνει το ίδιο αντιληπτό χρώμα. Αυτοί οι αριθμοί είναι (0,345,0,345) και είναι ισχυροί, τους έχουμε υπολογίσει για διαφορετικά υπο-δείγματα της έρευνας 2dF και διαφέρουν ασήμαντα. Έχουμε ακόμη υπολογίσει για τη φασματοσκοπική έρευνα της Sloan Digital Sky Survey (η οποία θα ξεπεράσει το 2dFGRS ως τη μεγαλύτερη έρευνα redshift κάποια στιγμή το 2002) και ουσιαστικά είναι τα ίδια.
Αλλά ποιο είναι το πραγματικό χρώμα; Λοιπόν, για να το κάνουμε αυτό, πρέπει να κάνουμε κάποιες υποθέσεις σχετικά με την ανθρώπινη όραση και τον βαθμό γενικού φωτισμού. Πρέπει επίσης να γνωρίζουμε ποια οθόνη παρακολουθείτε εσείς, ο αναγνώστης! Φυσικά αυτό είναι αδύνατο, αλλά μπορούμε να κάνουμε μια μέση εικασία. Εδώ είναι τα χρώματα:
Ποια είναι όλα αυτά τα χρώματα; Αντιπροσωπεύουν το χρώμα του σύμπαντος για διαφορετικά λευκά σημεία, τα οποία αντιπροσωπεύουν την προσαρμογή του ανθρώπινου ματιού σε διαφορετικά είδη φωτισμού. Θα αντιληφθούμε διαφορετικά χρώματα υπό διαφορετικές συνθήκες και το είδος του φάσματος που εμφανίζεται «λευκό» θα ποικίλει. Ένα κοινό πρότυπο είναι το "D65", το οποίο πλησιάζει το φως της ημέρας (σε έναν ελαφρώς συννεφιασμένο ουρανό) ως λευκό και σε σύγκριση με το οποίο το σύμπαν εμφανίζεται κοκκινωπό. Το "Illuminant E" (λευκό σημείο ίσης ενέργειας) είναι ίσως αυτό που θα βλέπετε για το λευκό όταν προσαρμόζεται το σκοτάδι. Το «Φωτιστικό Α» αντιπροσωπεύει εσωτερικό φωτισμό, σε σύγκριση με το οποίο το Σύμπαν (και το φως της ημέρας) είναι πολύ μπλε. Δείχνουμε επίσης το χρώμα με και χωρίς διόρθωση γάμμα 2,2, το οποίο είναι το καλύτερο που πρέπει να κάνετε για προβολή σε τυπικές οθόνες. Παρέχουμε το γραμμικό αρχείο, οπότε μπορείτε να εφαρμόσετε το δικό σας γάμμα εάν το επιθυμείτε.
Σχεδόν σίγουρα θα πρέπει να κοιτάξετε τα έμπλαστρα χρώματος με την ένδειξη «γάμμα», αλλά δεν είναι όλες οι οθόνες οι ίδιες, ώστε να διαφέρει η χιλιομετρική σας απόσταση.
Τι συνέβη λοιπόν με το "τυρκουάζ";
Βρήκαμε ένα σφάλμα στον κώδικα μας! Στον αρχικό μας υπολογισμό, τον οποίο μπορεί να έχετε διαβάσει στον τύπο, χρησιμοποιήσαμε (με καλή πίστη) λογισμικό με ένα μη τυπικό λευκό σημείο. Μάλλον έπρεπε να χρησιμοποιήσει ένα λευκό σημείο D65, αλλά δεν το εφαρμόζει. Το αποτέλεσμα ήταν ένα αποτελεσματικό λευκό σημείο κάπως πιο κόκκινο από το Illuminant E (σαν να υπήρχαν μερικά κόκκινα φώτα νέον) στα 0.365.0.335. Αν και οι τιμές x, y του Σύμπαντος είναι αμετάβλητες από τον αρχικό μας υπολογισμό, η μετατόπιση στο λευκό σημείο έκανε το σύμπαν να εμφανίζεται «τυρκουάζ». (δηλ. x, y, παραμένει το ίδιο, αλλά αλλάζουν οι αντίστοιχες πραγματικές τιμές RGB).
Περιττό να πούμε ότι από τον πρώτο αυτό υπολογισμό είχαμε πολλή αλληλογραφία με τους επιστήμονες χρωμάτων και τώρα έχουμε γράψει το δικό μας λογισμικό για να αποκτήσουμε μια πιο ακριβή τιμή χρώματος. Παραδεχόμαστε ότι το χρώμα του Σύμπαντος ήταν κάτι τέχνασμα, για να προσπαθήσουμε να κάνουμε την ιστορία μας στα φάσματα πιο προσιτή. Παρ 'όλα αυτά είναι ένα πραγματικό υπολογίσιμο πράγμα, γι' αυτό πιστεύουμε ότι είναι σημαντικό να το κάνουμε σωστό.
Θα θέλαμε να επισημάνουμε ότι η αρχική μας πρόθεση ήταν απλώς μια διασκεδαστική υποσημείωση στην εφημερίδα μας, η αρχική ιστορία του Τύπου ανατινάχθηκε πέρα από τις πιο τρελές προσδοκίες μας! Το λάθος χρειάστηκε λίγο χρόνο για να συνειδητοποιήσει και να εντοπίσει. Μόνο μια χούφτα έγχρωμων επιστημόνων είχαν την εμπειρία να εντοπίσουν το σφάλμα. Ένα ηθικό αυτής της ιστορίας είναι ότι θα έπρεπε να είχαμε δώσει περισσότερη προσοχή στην πτυχή της «επιστήμης των χρωμάτων» και να το διαιτητή επίσης.
Αρκετή συζήτηση. Τι χρώμα είναι λοιπόν το Σύμπαν;
Πραγματικά η απάντηση είναι τόσο κοντά στο λευκό, είναι δύσκολο να πούμε. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα τόσο μικρό σφάλμα είχε τόσο μεγάλο αποτέλεσμα. Η πιο κοινή επιλογή για το λευκό είναι D65. Ωστόσο, εάν κάποιος εισαγάγει μια δέσμη κοσμικού φάσματος σε ένα δωμάτιο που φωτίζεται έντονα μόνο από λαμπτήρες (Φωτιστικό Α), θα φαίνεται πολύ μπλε, όπως φαίνεται παραπάνω. Συνολικά, πιθανότατα το Illuminant E είναι το πιο σωστό, για το βλέμμα του Σύμπαντος από μακριά σε σκοτεινές συνθήκες. Έτσι, η νέα καλύτερη εικασία μας είναι:
ΜΠΕΖ
Αν και είναι αναμφισβήτητο ότι μπορεί να φαίνεται πιο ροζ (όπως το D65 παραπάνω). Καλή τύχη αν μπορείτε να δείτε τη διαφορά μεταξύ αυτού του χρώματος και του λευκού! Θα πρέπει να μπορείτε να το δείτε, ωστόσο, αν είχαμε κάνει το φόντο της σελίδας μαύρο, θα ήταν πολύ δύσκολο! Έχουμε πολλές προτάσεις για αυτό το χρώμα. Έχουμε τους πρώτους δέκα, και θεωρούμε ότι ο νικητής είναι «Cosmic Latte» που προκαλεί προκατάληψη την καφεΐνη!
Μια προσομοίωση του Σύμπαντος
Λόγω όλων αυτών των περιπλοκών έχουμε αποφασίσει να δούμε μόνοι μας. Ο Mark Fairchild στα Munsell Color Laboratories στο Ρότσεστερ της Νέας Υόρκης συνεργάζεται μαζί μας για να κάνει μια προσομοίωση του κοσμικού φάσματος, μπορούν να ελέγξουν τις πηγές φωτός για να δώσουν ακριβώς την ίδια διέγερση κόκκινων / πράσινων / μπλε ματιών όπως θα δείτε από το κοσμικό φάσμα. Τότε θα μπορέσουμε να το δούμε κάτω από μια ποικιλία συνθηκών φωτισμού, ίσως προσομοιώνοντας βαθύ χώρο, και να δούμε για εμάς το πραγματικό χρώμα του Σύμπαντος.
Η πραγματική επιστημονική ιστορία
Φυσικά, το πραγματικό μας κίνητρο για τον υπολογισμό του κοσμικού φάσματος ήταν πραγματικά πολύ περισσότερο από το να παράγουμε αυτές τις όμορφες έγχρωμες εικόνες. Το χρώμα είναι ενδιαφέρον, αλλά στην πραγματικότητα το κοσμικό φάσμα είναι πλούσιο σε λεπτομέρειες και μας λέει πολλά περισσότερα για την ιστορία του σχηματισμού αστεριών στο Σύμπαν. Μπορεί να έχετε παρατηρήσει παραπάνω ότι το κοσμικό φάσμα περιέχει σκοτεινές γραμμές και φωτεινές ζώνες, αυτά αντιστοιχούν στη χαρακτηριστική εκπομπή και απορρόφηση διαφορετικών στοιχείων:
Αυτά μπορεί να σας υπενθυμίσουν τις γραμμές Fraunhofer στο Solar Spectrum. Ακριβώς λειτουργεί η ίδια διαδικασία ατομικής απορρόφησης. Η ισχύς των σκοτεινών γραμμών καθορίζεται από τις θερμοκρασίες των αστεριών που συμβάλλουν στο κοσμικό φάσμα. Τα παλαιότερα αστέρια έχουν πιο δροσερή ατμόσφαιρα και παράγουν ένα διαφορετικό σύνολο γραμμών από τα καυτά νεαρά αστέρια. Αναλύοντας το φάσμα μπορούμε να επεξεργαστούμε τις σχετικές αναλογίες αυτών και να δοκιμάσουμε και να συμπεράνουμε ποιος ήταν ο ρυθμός σχηματισμού αστεριών στις προηγούμενες ηλικίες του Σύμπαντος. Οι φοβερές λεπτομέρειες αυτής της ανάλυσης δίδονται στους Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Μια απλή εικόνα των πιθανών ιστοριών σχηματισμού αστεριών στο Σύμπαν εμφανίζεται εδώ:
Όλα αυτά τα μοντέλα δίνουν το σωστό κοσμικό φάσμα στην έρευνα 2dF και όλα αυτά λένε ότι η πλειοψηφία των αστεριών στο Space Magazine σχηματίστηκε πριν από περισσότερα από 5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό φυσικά σημαίνει ότι το χρώμα του Σύμπαντος θα ήταν διαφορετικό στο παρελθόν όταν υπήρχαν πιο καυτά νεαρά μπλε αστέρια. Στην πραγματικότητα μπορούμε να υπολογίσουμε τι θα ήταν αυτό από το καλύτερο μοντέλο μας. Η εξέλιξη του χρώματος από 13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν σε 7 δισεκατομμύρια χρόνια στο μέλλον μοιάζει με αυτήν υπό τις διάφορες υποθέσεις μας:
Το σύμπαν ξεκίνησε νεαρό και μπλε, και μεγάλωσε σταδιακά πιο κόκκινο καθώς ο πληθυσμός των εξελιγμένων «κόκκινων» γιγαντιαίων αστεριών συσσωρεύτηκε. Ο ρυθμός σχηματισμού νέων αστεριών έχει μειωθεί κατακόρυφα τα τελευταία 6 δισεκατομμύρια χρόνια λόγω της μείωσης των αποθεμάτων των διαστρικών αερίων για τη δημιουργία νέων αστεριών. Καθώς ο ρυθμός σχηματισμού των αστεριών συνεχίζει να μειώνεται και περισσότερα αστέρια γίνονται γίγαντες, το χρώμα του Σύμπαντος θα γίνει πιο κόκκινο και πιο κόκκινο. Τελικά όλα τα αστέρια θα εξαφανιστούν και τίποτα δεν θα μείνει παρά μόνο μαύρες τρύπες. Και αυτοί τελικά θα εξατμιστούν μέσω της διαδικασίας Hawking και τίποτα δεν θα απομείνει εκτός από το παλιό φως, το οποίο το ίδιο θα κοκκινίσει καθώς το Σύμπαν επεκτείνεται για πάντα (στο σημερινό κοσμολογικό μοντέλο).
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων JHU
