โอ๊ะ, จักรวาลนั้นเป็นสีเบจ

เครดิตภาพ: JHU

นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยจอห์นฮอปกิ้นส์ประกาศเมื่อหลายสัปดาห์ก่อนว่าถ้าคุณเฉลี่ยสีของดาวทุกดวงในเอกภพผลที่ได้จะเป็นสีน้ำทะเลสีฟ้า เมื่อพวกเขาได้แก้ไขข้อผิดพลาดแล้วทำการคำนวณใหม่อีกครั้งสีเฉลี่ยของเอกภพทั้งหมดก็กลายเป็นสีเบจ

สีของจักรวาลคืออะไร? คำถามที่ดูเหมือนง่าย ๆ นี้ไม่เคยได้รับคำตอบจากนักดาราศาสตร์เลย เป็นการยากที่จะสำรวจสำมะโนประชากรของแสงในจักรวาลให้ถูกต้องและครบถ้วน

อย่างไรก็ตามการใช้ 2dF Galaxy Redshift Survey - การสำรวจใหม่ของกาแลคซีมากกว่า 200,000 แห่งซึ่งทำการวัดแสงจากจักรวาลจำนวนมาก - เมื่อไม่นานมานี้เราได้ลองตอบคำถามนี้แล้ว เราสร้างสิ่งที่เราเรียกว่า "The Cosmic Spectrum" ซึ่งแสดงถึงผลรวมทั้งหมดของพลังงานทั้งหมดในปริมาตรท้องถิ่นของจักรวาลที่ปล่อยออกมาในช่วงความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกัน นี่คือลักษณะของสเปกตรัมจักรวาล:

นี่คือกราฟของพลังงานที่ปล่อยออกมาในจักรวาลสำหรับความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสง (ข้อมูลที่นี่) แสงอัลตร้าไวโอเล็ตและสีน้ำเงินอยู่ทางซ้ายและไฟสีแดงอยู่ทางขวา สิ่งนี้สร้างขึ้นโดยการรวมสเปคตรัมของกาแลคซีแต่ละแห่งเข้าด้วยกันในแบบสำรวจ 2dF ผลรวมแสดงถึงแสงสว่างของดวงดาวทุกดวง เราเชื่อว่าเนื่องจากการสำรวจ 2dF นั้นมีขนาดใหญ่มาก (เข้าถึงหลายพันล้านปีแสง) ซึ่งสเปกตรัมนี้เป็นตัวแทนอย่างแท้จริง เรายังสามารถแสดงสเปกตรัมจักรวาลด้วยวิธีนี้:

ที่นี่เราใส่สีโดยประมาณที่ดวงตาจะมองเห็นในแต่ละช่วงความยาวคลื่นของแสง (แม้ว่าเราจะไม่สามารถมองเห็นแสงด้านล่างได้มากประมาณ 4,000 อังสตรอม, อัลตร้าไวโอเล็ตใกล้และอย่างเคร่งครัดจอภาพไม่สามารถแสดงสีเดียวสีรุ้ง) .

คุณสามารถคิดได้ว่านี่เป็นสิ่งที่ดวงตาจะมองเห็นถ้าเราให้แสงสว่างทั้งหมดในจักรวาลผ่านปริซึมเพื่อสร้างรุ้ง ความเข้มของสีเป็นสัดส่วนกับความเข้มของสีในจักรวาล

ดังนั้นสีเฉลี่ยคืออะไร เช่นสีที่ผู้สังเกตการณ์เห็นว่าพวกเขามีจักรวาลอยู่ในกล่องหรือไม่และสามารถมองเห็นแสงทั้งหมดได้ในคราวเดียว (และมันไม่ได้เคลื่อนไหวเพื่อผู้สังเกตการณ์ที่แท้จริงบนโลกนี้ยิ่งห่างจากกาแลคซียิ่งห่างจากเรามากเท่าใด redshifted เราได้ลดแสงทั้งหมดก่อนที่จะรวมเข้าด้วยกัน

เพื่อตอบคำถามนี้เราต้องคำนวณการตอบสนองโดยเฉลี่ยของสายตามนุษย์ต่อสีเหล่านี้ เราจะแสดงสีนี้อย่างไร วิธีที่มีวัตถุประสงค์มากที่สุดคือการอ้างอิง CIE x, ค่า y ซึ่งระบุตำแหน่งของสีในแผนภาพ CIE chromaticity และด้วยเหตุนี้การกระตุ้นตาจะเห็น สเปกตรัมใด ๆ ที่มี x เท่ากันจะต้องให้สีที่เหมือนกัน ตัวเลขเหล่านี้คือ (0.345,0.345) และมีความทนทานเราได้ทำการคำนวณสำหรับตัวอย่างย่อยที่แตกต่างกันของการสำรวจ 2dF และมีความแตกต่างกันเล็กน้อย เราได้คำนวณพวกเขาสำหรับการสำรวจด้วยสโลน Digital Sky Survey (ซึ่งจะแซง 2dFGRS เป็นการสำรวจ redshift ที่ใหญ่ที่สุดในปี 2545) และพวกมันก็เหมือนกัน

แต่สีที่แท้จริงคืออะไร? การทำเช่นนี้เราต้องตั้งสมมติฐานบางอย่างเกี่ยวกับการมองเห็นของมนุษย์และระดับความส่องสว่างทั่วไป เราจำเป็นต้องรู้ว่าคุณผู้อ่านกำลังใช้งานอะไรอยู่! แน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้ แต่เราสามารถคาดเดาได้โดยเฉลี่ย ดังนั้นนี่คือสี:

สีเหล่านี้คืออะไร? พวกเขาเป็นตัวแทนของสีของจักรวาลสำหรับจุดสีขาวที่แตกต่างกันซึ่งเป็นตัวแทนของการปรับตัวของสายตามนุษย์เพื่อการส่องสว่างชนิดต่างๆ เราจะรับรู้สีที่แตกต่างภายใต้สถานการณ์ที่แตกต่างกันและชนิดของคลื่นความถี่ที่ปรากฏเป็น 'สีขาว' จะแตกต่างกันไป มาตรฐานทั่วไปคือ ‘D65’ ซึ่งใกล้เคียงกับการตั้งเวลากลางวัน (ในท้องฟ้าครึ้มเล็กน้อย) เป็นสีขาวและเมื่อเทียบกับที่จักรวาลปรากฏเป็นสีแดง ‘Illuminant E’ (จุดสีขาวพลังงานเท่ากัน) อาจเป็นสิ่งที่คุณเห็นสำหรับสีขาวเมื่อปรับความมืด 'Illuminant A' หมายถึงแสงในอาคารเมื่อเทียบกับจักรวาล (และกลางวัน) เป็นสีฟ้ามาก นอกจากนี้เรายังแสดงสีที่มีและไม่มีการแก้ไขแกมม่าที่ 2.2 ซึ่งเป็นสิ่งที่ดีที่สุดสำหรับการแสดงบนจอภาพทั่วไป เราให้บริการไฟล์เชิงเส้นเพื่อให้คุณสามารถใช้แกมม่าของคุณเองหากคุณต้องการ

เกือบจะแน่นอนคุณต้องดูแผ่นสีที่มีป้ายกำกับ 'gamma' แต่ไม่ใช่ทุกหน้าจอที่เหมือนกันดังนั้นระยะของคุณอาจแตกต่างกันไป

แล้วเกิดอะไรขึ้นกับ“ สีฟ้าคราม”?
เราพบข้อบกพร่องในรหัสของเรา! ในการคำนวณดั้งเดิมของเราซึ่งคุณอาจได้อ่านในหนังสือพิมพ์เราใช้ซอฟต์แวร์ (โดยสุจริต) ด้วยจุดสีขาวที่ไม่ได้มาตรฐาน มันควรจะใช้จุดสีขาว D65 แต่ไม่ได้ใช้ ผลลัพธ์ที่ได้คือจุดสีขาวที่มีประสิทธิภาพค่อนข้างแดงกว่า Illuminant E (ราวกับว่ามีไฟนีออนสีแดงอยู่รอบ ๆ ) ที่ 0.365,0.335 แม้ว่าค่า x, ค่า y ของจักรวาลจะไม่เปลี่ยนแปลงจากการคำนวณดั้งเดิมของเราการเปลี่ยนจุดสีขาวทำให้จักรวาลปรากฏเป็น 'สีฟ้าคราม' (เช่น x, y ยังคงเหมือนเดิม แต่การเปลี่ยนค่า RGB ที่สอดคล้องกัน)

ไม่จำเป็นต้องพูดตั้งแต่การคำนวณครั้งแรกเรามีการติดต่อกับนักวิทยาศาสตร์ด้านสีจำนวนมากและตอนนี้ได้เขียนซอฟต์แวร์ของเราเองเพื่อให้ได้ค่าสีที่แม่นยำยิ่งขึ้น เรายอมรับสีของจักรวาลว่าเป็นกลไกที่จะลองและทำให้เรื่องราวของเราเกี่ยวกับสเปกตรัมเข้าถึงได้มากขึ้น อย่างไรก็ตามมันเป็นสิ่งที่คำนวณได้จริงดังนั้นเราเชื่อว่ามันเป็นสิ่งสำคัญที่จะทำให้ถูกต้อง

เราอยากจะชี้ให้เห็นว่าความตั้งใจดั้งเดิมของเราเป็นเพียงเชิงอรรถที่น่าขบขันในบทความของเราเรื่องราวข่าวต้นฉบับระเบิดขึ้นเกินความคาดหวังที่รุนแรงที่สุดของเรา! ความผิดพลาดนั้นใช้เวลาสักพักในการตระหนักและติดตาม มีนักวิทยาศาสตร์ด้านสีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่มีความเชี่ยวชาญในการตรวจสอบข้อผิดพลาด คุณธรรมอย่างหนึ่งของเรื่องนี้คือเราควรให้ความสำคัญกับ 'วิทยาศาสตร์สี' มากขึ้นและได้เป็นผู้ตัดสินเช่นกัน

พอคุยกัน จักรวาลเป็นสีอะไร?
คำตอบนั้นใกล้เคียงกับสีขาวมากและยากที่จะพูด นั่นคือสาเหตุที่ข้อผิดพลาดเล็กน้อยเช่นนั้นมีผลกระทบขนาดใหญ่ ตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดสำหรับสีขาวคือ D65 อย่างไรก็ตามหากมีใครแนะนำลำแสงสเปคตรัมคอสมิคเข้ามาในห้องที่ให้แสงสว่างอย่างแรงโดยหลอดไฟเท่านั้น (Illuminant A) มันจะปรากฏเป็นสีน้ำเงินมากดังที่แสดงไว้ด้านบน โดยรวมแล้วอิลลูมินันท์อีอาจเป็นสิ่งที่ถูกต้องที่สุดเมื่อมองดูจักรวาลจากระยะไกลในที่มืด ดังนั้นการคาดเดาที่ดีที่สุดใหม่ของเราคือ:

เบจ

แม้ว่าจะพิสูจน์ได้ว่ามันอาจมีลักษณะเป็นสีชมพูมากกว่า (เช่น D65 ด้านบน) โชคดีถ้าคุณเห็นความแตกต่างระหว่างสีนี้กับสีขาว! คุณควรจะสามารถเห็นได้ แต่ถ้าเราทำให้พื้นหลังของหน้าเป็นสีดำมันคงจะยากมาก! เรามีคำแนะนำมากมายสำหรับสีนี้ที่ส่งมาถึงเรา เรามีสิบอันดับแรกและถือว่าผู้ชนะคือ "Cosmic Latte" ที่มีคาเฟอีนลำเอียง!

แบบจำลองของจักรวาล
เนื่องจากความซับซ้อนเหล่านี้เราจึงตัดสินใจที่จะดูตัวเอง Mark Fairchild ที่ Munsell Color Laboratories ใน Rochester, NY กำลังทำงานร่วมกับเราในการจำลองสเปกตรัมของจักรวาลพวกเขาสามารถควบคุมแหล่งกำเนิดแสงเพื่อให้การกระตุ้นตาสีแดง / เขียว / น้ำเงินเหมือนกันอย่างที่คุณเห็นจากสเปกตรัมของจักรวาล จากนั้นเราจะสามารถดูสิ่งนี้ได้ภายใต้สภาพแสงที่หลากหลายบางทีอาจจำลองพื้นที่ห้วงลึกและมองเห็นสีที่แท้จริงของจักรวาล

เรื่องราววิทยาศาสตร์ที่แท้จริง
แน่นอนว่าแรงจูงใจที่แท้จริงของเราในการคำนวณสเปกตรัมคอสมิคนั้นมากกว่าการสร้างภาพสีสวย ๆ เหล่านี้ สีน่าสนใจ แต่อันที่จริงสเปกตรัมของจักรวาลนั้นอุดมไปด้วยรายละเอียดและบอกเรามากมายเกี่ยวกับประวัติของการก่อตัวดาวในจักรวาล คุณอาจสังเกตเห็นว่าคลื่นคอสมิคประกอบด้วยเส้นสีดำและแถบสว่างซึ่งสอดคล้องกับลักษณะการปล่อยและการดูดซับขององค์ประกอบต่าง ๆ :

สิ่งเหล่านี้อาจทำให้คุณนึกถึงสาย Fraunhofer ใน Solar Spectrum กระบวนการเดียวกันของการดูดซึมของอะตอมคือที่ทำงาน ความแข็งแกร่งของเส้นมืดนั้นพิจารณาจากอุณหภูมิของดาวฤกษ์ที่เอื้อต่อสเปกตรัมของจักรวาล ดาวอายุมากกว่านั้นมีบรรยากาศที่เย็นกว่าและสร้างเส้นต่าง ๆ ให้แก่ดาวอายุน้อยที่ร้อนแรง โดยการวิเคราะห์สเปกตรัมเราสามารถคำนวณสัดส่วนสัมพัทธ์ของสิ่งเหล่านี้และลองอนุมานว่าอัตราการก่อตัวดาวในยุคที่ผ่านมาของจักรวาลเป็นอย่างไร รายละเอียดเต็มไปด้วยเลือดของการวิเคราะห์นี้ได้รับใน Baldry, Glazebrook และอื่น ๆ 2002. ภาพง่ายๆของประวัติศาสตร์ที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดของการก่อตัวดาวในจักรวาลแสดงไว้ที่นี่:

แบบจำลองเหล่านี้ทั้งหมดให้สเปกตรัมของจักรวาลที่ถูกต้องในแบบสำรวจ 2dF และทุกคนบอกว่าดาวส่วนใหญ่ในนิตยสารอวกาศก่อตัวเมื่อ 5 พันล้านปีก่อน แน่นอนว่านี่หมายความว่าสีของจักรวาลจะแตกต่างกันไปในอดีตเมื่อมีดาวสีน้ำเงินร้อนแรงมากขึ้น ในความเป็นจริงเราสามารถคำนวณได้ว่าสิ่งนี้จะมาจากรูปแบบที่เหมาะสมที่สุดของเรา วิวัฒนาการของสีจาก 13 พันล้านปีก่อนถึง 7 พันล้านปีในอนาคตมีลักษณะเช่นนี้ภายใต้สมมติฐานต่าง ๆ ของเรา:

เอกภพเริ่มจากดาวอายุน้อยและสีน้ำเงินและค่อยๆเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะที่จำนวนประชากรของดาวยักษ์แดงที่วิวัฒนาการขึ้นมาสร้างขึ้น อัตราการก่อตัวของดาวดวงใหม่ได้ลดลงอย่างรวดเร็วในช่วง 6 พันล้านปีที่ผ่านมาเนื่องจากการลดลงของปริมาณก๊าซระหว่างดวงดาวเพื่อสร้างดาวดวงใหม่ ในขณะที่อัตราการก่อตัวดาวฤกษ์ยังคงลดลงเรื่อย ๆ และดาวฤกษ์กลายเป็นยักษ์ใหญ่สีแดงสีของจักรวาลก็จะกลายเป็นสีแดงและแดงมากขึ้น ในที่สุดดวงดาวทุกดวงก็จะหายไปและจะไม่มีสิ่งใดเหลือนอกจากหลุมดำ ในที่สุดสิ่งเหล่านี้ก็จะระเหยไปตามกระบวนการฮอว์คิงและจะไม่มีอะไรเหลือยกเว้นแสงเก่าซึ่งตัวมันเองจะกลายเป็นสีแดงเมื่อเอกภพขยายตัวตลอดกาล (ในแบบจำลองจักรวาลปัจจุบัน)

แหล่งต้นฉบับ: ข่าว JHU