Кредит изображения: JHU
Астрономы из Университета Джона Хопкинса объявили несколько недель назад, что, если вы усредните цвет всех звезд во вселенной, результатом будет аквамариновый цвет. После того, как они уничтожили ошибку и перевели свои расчеты, средний цвет всей вселенной стал бежевым.
Какого цвета Вселенная? На этот, казалось бы, простой вопрос астрономы так и не ответили. Трудно провести точную и полную перепись всего света во Вселенной.
Однако, используя 2dF Galaxy Redshift Survey - новый обзор более 200 000 галактик, который измеряет свет от большого объема Вселенной - мы недавно смогли попытаться ответить на этот вопрос. Мы построили то, что мы называем «Космическим спектром», который представляет всю сумму всей энергии в локальном объеме Вселенной, излучаемой на разных оптических длинах волн света. Вот как выглядит космический спектр:
Это график энергии, излучаемой во Вселенной для разных длин волн света (данные приведены здесь). Ультрафиолетовый и синий свет слева и красный свет справа. Это строится путем сложения всех отдельных спектров отдельных галактик в обзоре 2dF. Сумма представляет свет всех звезд. Мы полагаем, что поскольку съемка 2dF настолько велика (охватывает несколько миллиардов световых лет), что этот спектр является действительно репрезентативным. Мы также можем показать космический спектр следующим образом:
Здесь мы поместили приблизительный цвет, который глаз будет видеть на каждой длине волны света (хотя мы не можем реально увидеть много света ниже 4000 Ангстремов, ближнего ультрафиолета; строго говоря, мониторы не могут точно отображать монохроматические цвета, цвета радуги) ,
Вы можете думать об этом как о том, что увидит глаз, если мы направим весь свет во Вселенной через призму, чтобы создать радугу. Интенсивность цвета пропорциональна его интенсивности во Вселенной.
Так каков средний цвет? то есть цвет, который наблюдатель мог бы увидеть, если бы у него была Вселенная в коробке, и он мог видеть весь свет одновременно (и для реального наблюдателя на Земле он не двигался, чем дальше от нас галактика, тем больше она есть) Мы сместили весь наш свет перед объединением).
Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны вычислить среднюю реакцию человеческого глаза на эти цвета. Как мы выражаем этот цвет? Наиболее объективный способ - процитировать значения CIE x, y, которые определяют местоположение цвета на диаграмме цветности CIE и, следовательно, стимул, который увидит глаз. Любой спектр с одинаковыми x, y должен давать одинаковый воспринимаемый цвет. Эти числа равны (0,345,0,345), и они являются надежными, мы рассчитали их для разных подвыборок обследования 2dF, и они изменяются незначительно. Мы даже вычислили их для спектроскопической съемки Sloan Digital Sky Survey (которая превзойдет 2dFGRS как самое большое исследование красных смещений в 2002 году), и они практически одинаковы.
Но каков реальный цвет? Чтобы сделать это, мы должны сделать некоторые предположения о человеческом зрении и степени общего освещения. Нам также нужно знать, какой монитор вы, читатель, используете! Конечно, это невозможно, но мы можем сделать среднее предположение. Итак, вот цвета:
Каковы все эти цвета? Они представляют цвет вселенной для разных белых точек, которые представляют собой адаптацию человеческого глаза к различным видам освещения. Мы будем воспринимать разные цвета при разных обстоятельствах, и вид спектра, который выглядит «белым», будет разным. Общим стандартом является «D65», который близок к установлению дневного света (в слегка пасмурном небе) белым и по сравнению с которым вселенная выглядит красноватой. «Подсветка E» (точка с равной энергией белого) - это, пожалуй, то, что вы увидите для белого цвета при адаптации к темноте. «Источник света А» представляет собой освещение в помещении, по сравнению с которым Вселенная (и дневной свет) очень синего цвета. Мы также показываем цвет с гамма-коррекцией и без нее 2,2, что лучше всего подходит для отображения на обычных мониторах. Мы предоставляем линейный файл, так что вы можете применить свою собственную гамму, если хотите.
Почти наверняка вам нужно взглянуть на цветные пятна с надписью «гамма», но не все дисплеи одинаковы, поэтому ваш пробег может отличаться.
Так что же случилось с «бирюзой»?
Мы нашли ошибку в нашем коде! В наших первоначальных расчетах, которые вы, возможно, читали в прессе, мы использовали (добросовестно) программное обеспечение с нестандартной белой точкой. Скорее, он должен был использовать точку белого D65, но не применял ее. В результате получилась эффективная белая точка, несколько красная, чем у Иллюминанта Е (как будто вокруг было несколько красных неоновых огней) с 0,365,0,335. Хотя значения x, y Вселенной не изменились по сравнению с нашим первоначальным расчетом, сдвиг белой точки сделал вселенную «бирюзовой». (то есть x, y, остается тем же самым, но соответствующие эффективные значения RGB сдвигаются).
Излишне говорить, что после этого первого расчета мы много переписывались с учеными-колористами, и теперь мы написали наше собственное программное обеспечение для получения более точного значения цвета. Мы признаем, что цвет Вселенной был чем-то вроде уловки, чтобы попытаться сделать нашу историю о спектрах более доступной. Тем не менее, это действительно просчитываемая вещь, поэтому мы считаем, что важно сделать это правильно.
Мы хотели бы отметить, что наше первоначальное намерение было просто забавной сноской в нашей газете, оригинальная история в прессе превзошла все наши самые смелые ожидания! Ошибка заняла некоторое время, чтобы понять и отследить. Только горстка ученых-цветников имела опыт, чтобы определить ошибку. Мораль этой истории заключается в том, что мы должны были уделять больше внимания аспекту «науки о цвете», и это тоже нужно учитывать.
Хватит разговоров. Так какого цвета Вселенная?
На самом деле ответ так близок к белому, что сказать сложно. Вот почему такая маленькая ошибка имела такой большой эффект. Наиболее распространенным выбором для белого является D65. Однако, если бы кто-то вводил луч космического спектра в комнату, сильно освещенную только лампочками (источник света А), он бы выглядел очень синим, как показано выше. В целом, вероятно, наиболее правильно использовать Illuminant E, чтобы смотреть на Вселенную издалека в темноте. Итак, наша новая лучшая догадка:
БЕЖЕВЫЙ
Хотя можно утверждать, что он может выглядеть более розоватым (как D65 выше). Удачи, если вы видите разницу между этим цветом и белым! Вы должны увидеть его, однако, если бы мы сделали фон страницы черным, это было бы очень сложно! У нас было множество предложений по этому цвету по электронной почте нам. У нас есть десятка лучших, и мы считаем победителем «Космический латте» с пристрастием к кофеину!
Симуляция Вселенной
Из-за всех этих сложностей мы решили убедиться сами. Марк Фэйрчайлд из Munsell Color Laboratories в Рочестере, штат Нью-Йорк, работает с нами над моделированием космического спектра, они могут управлять источниками света, чтобы дать им ту же стимуляцию красных / зеленых / синих глаз, какую вы видели из космического спектра. Затем мы сможем увидеть это в различных условиях освещения, возможно, имитируя дальний космос, и сами увидим истинный цвет Вселенной.
Реальная научная история
Конечно, наш реальный мотив для расчета космического спектра был действительно намного больше, чем создание этих красивых цветных картинок. Цвет интересный, но на самом деле космический спектр богат деталями и говорит нам намного больше об истории звездообразования во Вселенной. Вы, возможно, заметили выше, что космический спектр содержит темные линии и яркие полосы, которые соответствуют характерному излучению и поглощению различных элементов:
Они могут напоминать вам линии Фраунгофера в Солнечном спектре. Точно такой же процесс атомной абсорбции работает. Сила темных линий определяется температурами звезд, способствующих космическому спектру. У более старых звезд более прохладная атмосфера, и они создают различные линии для горячих молодых звезд. Анализируя спектр, мы можем определить их относительные пропорции и попытаться определить, какой была скорость звездообразования в прошлые эпохи Вселенной. Кровавые подробности этого анализа приведены в Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Простая картина наших предполагаемых наиболее вероятных историй звездообразования во Вселенной показана здесь:
Все эти модели дают правильный космический спектр в обзоре 2dF, и все они говорят, что большинство звезд в космическом журнале образовалось более 5 миллиардов лет назад. Это, конечно, подразумевает, что цвет Вселенной был бы другим в прошлом, когда было больше горячих молодых голубых звезд. На самом деле мы можем рассчитать, что это будет из нашей наилучшей подходящей модели. Эволюция цвета с 13 миллиардов лет назад до 7 миллиардов лет в будущем выглядит следующим образом при наших различных предположениях:
Вселенная начиналась молодой и синей, и постепенно росла по мере того, как росла популяция эволюционировавших «красных» гигантских звезд. Скорость образования новых звезд резко снизилась за последние 6 миллиардов лет из-за сокращения запасов межзвездного газа для формирования новых звезд. По мере того, как скорость звездообразования продолжает снижаться, и все больше звезд становятся красными гигантами, цвет Вселенной станет краснее и краснее. В конце концов все звезды исчезнут, и ничего не останется, кроме черных дыр. Они тоже в конечном итоге испаряются в процессе Хокинга, и ничего не останется, кроме старого света, который сам покраснеет, поскольку Вселенная расширяется навсегда (в современной космологической модели).
Первоначальный источник: пресс-релиз JHU
