Afbeelding tegoed: JHU
Astronomen van de John Hopkins University hebben enkele weken geleden aangekondigd dat als je de kleur van alle sterren in het heelal gemiddeld, het resultaat een aquamarijnkleur zou zijn. Zodra ze de bug hadden geplet en hun berekeningen opnieuw hadden uitgevoerd, werd de gemiddelde kleur van het hele universum beige.
Wat is de kleur van het heelal? Deze ogenschijnlijk eenvoudige vraag is door astronomen nooit echt beantwoord. Het is moeilijk om een nauwkeurige en volledige telling van al het licht in het heelal te maken.
Maar met behulp van de 2dF Galaxy Redshift Survey - een nieuwe enquête onder meer dan 200.000 sterrenstelsels die het licht van een groot volume van het heelal meten - hebben we onlangs kunnen proberen deze vraag te beantwoorden. We hebben geconstrueerd wat we "het kosmische spectrum" noemen, dat de som vertegenwoordigt van alle energie in het lokale volume van het universum dat wordt uitgezonden bij verschillende optische golflengten van licht. Zo ziet het kosmische spectrum eruit:
Dit is een grafiek van de energie die in het heelal wordt uitgezonden voor verschillende golflengten van licht (gegevens hier). Ultraviolet en blauw licht aan de linkerkant en rood licht aan de rechterkant. Dit wordt geconstrueerd door alle individuele spectra van de afzonderlijke sterrenstelsels bij elkaar te voegen in het 2dF-onderzoek. De som vertegenwoordigt het licht van alle sterren. Wij zijn van mening dat omdat het 2dF-onderzoek zo groot is (enkele miljarden lichtjaren), dit spectrum echt representatief is. We kunnen ook het kosmische spectrum op deze manier laten zien:
Hier hebben we de geschatte kleur aangebracht die het oog zou zien bij elke golflengte van licht (hoewel we niet echt veel licht kunnen zien onder ongeveer 4000 Angstroms, het nabije ultraviolet; en strikt genomen kunnen monitoren niet nauwkeurig monochromatische kleuren weergeven, de kleuren van de regenboog) .
Je kunt dit zien als wat het oog zou zien als we al het licht in het heelal door een prisma zouden laten gaan om een regenboog te produceren. De intensiteit van de kleur staat in verhouding tot de intensiteit in het heelal.
Dus wat is de gemiddelde kleur? dwz de kleur die een waarnemer zou zien als ze het heelal in een doos hadden en al het licht tegelijk konden zien (en het bewoog niet, voor een echte waarnemer op aarde, hoe verder een sterrenstelsel van ons verwijderd is, hoe meer het is) roodverschuiving. We hebben al ons licht van de roodverschuiving veranderd voordat we het combineren).
Om deze vraag te beantwoorden, moeten we de gemiddelde respons van het menselijk oog op deze kleuren berekenen. Hoe drukken we deze kleur uit? De meest objectieve manier is om de CIE x, y-waarden aan te halen die de locatie van de kleur specificeren in het CIE-chromaticiteitsdiagram en dus de stimulus die het oog zou zien. Elk spectrum met dezelfde x, y moet dezelfde waargenomen kleur geven. Deze cijfers zijn (0.345,0.345) en ze zijn robuust, we hebben ze berekend voor verschillende substeekproeven van de 2dF-enquête en ze variëren onbeduidend. We hebben ze zelfs berekend voor het Sloan Digital Sky Survey spectroscopische onderzoek (dat 2dFGRS ergens in 2002 zal inhalen als het grootste roodverschuivingsonderzoek) en ze zijn in wezen hetzelfde.
Maar wat is de werkelijke kleur? Om dit te doen, moeten we enkele aannames doen over het menselijk gezichtsvermogen en de mate van algemene verlichting. We moeten ook weten welke monitor u, de lezer, gebruikt! Dit is natuurlijk onmogelijk, maar we kunnen een gemiddelde schatting maken. Hier zijn de kleuren:
Wat zijn al deze kleuren? Ze vertegenwoordigen de kleur van het universum voor verschillende witte punten, die de aanpassing van het menselijk oog aan verschillende soorten verlichting vertegenwoordigen. We zullen verschillende kleuren waarnemen onder verschillende omstandigheden en het soort spectrum dat ‘wit’ lijkt, zal variëren. Een veel voorkomende standaard is 'D65', die het daglicht (in een licht bewolkte hemel) bijna als wit instelt en waarmee het universum roodachtig lijkt. ‘Illuminant E’ (gelijke energie witpunt) is misschien wat je zou zien voor wit als het donker is aangepast. ‘Illuminant A’ staat voor binnenverlichting, in vergelijking waarmee het heelal (en daglicht) erg blauw is. We tonen ook de kleur met en zonder een gammacorrectie van 2,2, wat het beste is om te doen voor weergave op typische monitoren. Wij leveren het lineaire bestand, zodat u desgewenst uw eigen gamma kunt toepassen.
U moet vrijwel zeker naar de kleurvlakken met het label ‘gamma’ kijken, maar niet alle beeldschermen zijn hetzelfde, dus uw aantal kilometers kan variëren.
Dus wat is er gebeurd met "turkoois"?
We hebben een bug gevonden in onze code! In onze oorspronkelijke berekening, die u misschien in de pers hebt gelezen, hebben we (te goeder trouw) software met een niet-standaard witpunt gebruikt. Het zou eerder een D65-witpunt gebruiken, maar dit niet toepassen. Het resultaat was een effectieve witpunt die iets roder was dan Illuminant E (alsof er enkele rode neonlichten in de buurt waren) op 0,365,0,335. Hoewel de x-, y-waarden van het heelal ongewijzigd zijn ten opzichte van onze oorspronkelijke berekening, zorgde de verschuiving in het witte punt ervoor dat het heelal ‘turkoois’ leek. (d.w.z. x, y, blijft hetzelfde, maar de overeenkomstige effectieve RGB-waarden verschuiven).
Onnodig te zeggen dat we sinds die eerste berekening veel correspondentie hebben gehad met kleurwetenschappers en nu onze eigen software hebben geschreven om een nauwkeurigere kleurwaarde te verkrijgen. We geven toe dat de kleur van het heelal een soort gimmick was, om te proberen ons verhaal over spectra toegankelijker te maken. Desalniettemin is het een echt berekenbaar iets, dus we vinden het belangrijk om het goed te doen.
We willen erop wijzen dat onze oorspronkelijke bedoeling slechts een amusante voetnoot in ons artikel was, het originele persverhaal blies boven onze stoutste verwachtingen uit! Het duurde even voordat de fout zich realiseerde en opspoorde. Slechts een handvol kleurwetenschappers had de expertise om de fout op te sporen. Een moraal van dit verhaal is dat we meer aandacht hadden moeten besteden aan het ‘kleurwetenschap’ aspect en dat er ook naar had gekeken.
Genoeg gepraat. Dus welke kleur heeft het universum?
Het antwoord is eigenlijk zo dicht bij wit, dat het moeilijk te zeggen is. Daarom had zo'n kleine fout zo'n groot effect. De meest voorkomende keuze voor wit is D65. Als men echter een bundel van kosmisch spectrum zou introduceren in een kamer die alleen sterk verlicht werd door gloeilampen (Illuminant A), zou hij erg blauw lijken, zoals hierboven getoond. Over het geheel genomen is Illuminant E waarschijnlijk het meest correct om van veraf in donkere omstandigheden naar het heelal te kijken. Dus onze nieuwe beste gok is:
BEIGE
Hoewel het betwistbaar is dat het er roze uitziet (zoals D65 hierboven). Veel succes als je het verschil tussen deze kleur en wit kunt zien! Je zou het gewoon moeten kunnen zien, maar als we de pagina-achtergrond zwart hadden gemaakt, zou het erg moeilijk zijn! We hebben talloze suggesties voor deze kleur gekregen. We hebben een top tien, en beschouwen de winnaar als "Cosmic Latte" omdat hij cafeïne bevooroordeeld is!
Een simulatie van het heelal
Vanwege al deze complexiteit hebben we besloten om het zelf te zien. Mark Fairchild van Munsell Color Laboratories in Rochester, NY werkt met ons samen om een simulatie van het kosmische spectrum te maken, ze kunnen lichtbronnen aansturen om precies dezelfde rood / groen / blauwe oogstimulatie te geven als je zou zien vanuit het kosmische spectrum. We zullen dit dan kunnen zien onder verschillende lichtomstandigheden, misschien in een diepe ruimte, en zelf de ware kleur van het heelal kunnen zien.
Het echte wetenschappelijke verhaal
Ons echte motief voor het berekenen van het kosmische spectrum was natuurlijk veel meer dan het produceren van deze mooie kleurenfoto's. De kleur is interessant, maar in feite is het kosmische spectrum rijk aan details en vertelt het ons veel meer over de geschiedenis van stervorming in het heelal. Het is je misschien al opgevallen dat het kosmische spectrum donkere lijnen en heldere banden bevat, deze komen overeen met de karakteristieke emissie en absorptie van verschillende elementen:
Deze kunnen u herinneren aan Fraunhofer-lijnen in het zonnespectrum. Precies hetzelfde proces van atoomabsorptie is aan het werk. De sterkte van de donkere lijnen wordt bepaald door de temperaturen van de sterren die bijdragen aan het kosmische spectrum. Oudere sterren hebben een koelere atmosfeer en produceren een andere reeks lijnen dan hete jonge sterren. Door het spectrum te analyseren, kunnen we de relatieve verhoudingen hiervan berekenen en proberen af te leiden wat de snelheid van stervorming was in de afgelopen eeuwen van het heelal. De bloederige details van deze analyse worden gegeven in Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Een eenvoudig beeld van onze afgeleide meest waarschijnlijke geschiedenissen van stervorming in het heelal wordt hier getoond:
Al deze modellen geven het juiste kosmische spectrum in de 2dF-enquête en ze zeggen allemaal dat de meeste sterren in het Space Magazine meer dan 5 miljard jaar geleden zijn gevormd. Dit houdt natuurlijk in dat de kleur van het heelal in het verleden anders zou zijn geweest toen er meer hete jonge blauwe sterren waren. In feite kunnen we uit ons best passende model berekenen wat dit zou zijn. De evolutie van de kleur van 13 miljard jaar geleden naar 7 miljard jaar in de toekomst ziet er zo uit onder onze verschillende aannames:
Het universum begon jong en blauw en werd geleidelijk roder naarmate de populatie van geëvolueerde 'rode' reuzensterren zich opbouwde. De snelheid van de vorming van nieuwe sterren is de afgelopen 6 miljard jaar sterk afgenomen als gevolg van de afname van de reserves van interstellair gas voor het vormen van nieuwe sterren. Naarmate de snelheid van stervorming afneemt en meer sterren rode reuzen worden, wordt de kleur van het heelal roder en roder. Uiteindelijk zullen alle sterren verdwijnen en blijft er niets over dan zwarte gaten. Ook deze zullen uiteindelijk verdampen via het Hawking-proces en er blijft niets over behalve oud licht, dat zelf rood wordt naarmate het heelal voor altijd uitdijt (in het huidige kosmologische model).
Oorspronkelijke bron: JHU-persbericht
