Credito d'immagine: JHU
Gli astronomi della John Hopkins University hanno annunciato diverse settimane fa che se si calcolasse la media del colore di tutte le stelle nell'universo, il risultato sarebbe un colore acquamarina. Una volta risolto il bug e ripetuto i loro calcoli, il colore medio dell'intero universo divenne beige.
Di che colore è l'Universo? Questa domanda apparentemente semplice non ha mai avuto una vera risposta da parte degli astronomi. È difficile fare un censimento accurato e completo di tutta la luce nell'Universo.
Tuttavia, utilizzando il 2dF Galaxy Redshift Survey - un nuovo sondaggio di oltre 200.000 galassie che misura la luce da un grande volume dell'Universo - siamo stati recentemente in grado di provare a rispondere a questa domanda. Abbiamo costruito quello che chiamiamo "The Cosmic Spectrum", che rappresenta tutta la somma di tutta l'energia nel volume locale dell'universo emessa a diverse lunghezze d'onda ottiche della luce. Ecco come appare lo spettro cosmico:
Questo è un grafico dell'energia emessa nell'Universo per diverse lunghezze d'onda della luce (dati qui). La luce ultravioletta e blu è sulla sinistra e la luce rossa sulla destra. Questo viene costruito sommando tutti gli spettri individuali delle galassie separate nel rilevamento 2dF. La somma rappresenta la luce di tutte le stelle. Riteniamo che poiché l'indagine 2dF è così ampia (raggiungendo diversi miliardi di anni luce) che questo spettro sia veramente rappresentativo. Possiamo anche mostrare lo spettro cosmico in questo modo:
Qui abbiamo messo il colore approssimativo che l'occhio vedrebbe ad ogni lunghezza d'onda della luce (anche se non possiamo davvero vedere molta luce sotto circa 4000 Angstrom, il vicino ultravioletto; e rigorosamente, i monitor non possono visualizzare accuratamente i colori monocromatici, i colori dell'arcobaleno) .
Puoi pensare a questo come ciò che l'occhio vedrebbe se mettessimo tutta la luce nell'Universo attraverso un prisma per produrre un arcobaleno. L'intensità del colore è proporzionale alla sua intensità nell'Universo.
Quindi qual è il colore medio? cioè il colore che un osservatore vedrebbe se avesse l'Universo in una scatola e vedesse tutta la luce in una volta (e non si muoveva, per un vero osservatore sulla terra, più distante da noi una galassia più è redshifted. Abbiamo de-redshifted tutta la nostra luce prima di combinare).
Per rispondere a questa domanda dobbiamo calcolare la risposta media dell'occhio umano a questi colori. Come esprimiamo questo colore? Il modo più obiettivo per citare i valori CIE x, y che specificano la posizione del colore nel diagramma di cromaticità CIE e quindi lo stimolo che l'occhio vedrebbe. Qualsiasi spettro con la stessa x, y deve dare lo stesso colore percepito. Questi numeri sono (0.345.0.345) e sono robusti, li abbiamo calcolati per diversi sottocampioni del sondaggio 2dF e variano in modo insignificante. Li abbiamo anche calcolati per il rilevamento spettroscopico Sloan Digital Sky Survey (che supererà il 2dFGRS come il più grande rilevamento del redshift nel 2002) e sono essenzialmente gli stessi.
Ma qual è il colore attuale? Bene, per fare questo dobbiamo fare alcune ipotesi sulla visione umana e sul grado di illuminazione generale. Dobbiamo anche sapere cosa stai monitorando tu, il lettore! Naturalmente questo è impossibile, ma possiamo fare un'ipotesi media. Quindi ecco i colori:
Quali sono tutti questi colori? Rappresentano il colore dell'universo per diversi punti bianchi, che rappresentano l'adattamento dell'occhio umano a diversi tipi di illuminazione. Percepiremo colori diversi in circostanze diverse e il tipo di spettro che appare "bianco" varierà. Uno standard comune è "D65", che è vicino a impostare la luce del giorno (in un cielo leggermente nuvoloso) come bianca, e rispetto alla quale l'universo appare rossastro. "Illuminante E" (uguale punto di energia bianca) è forse quello che vedresti per il bianco quando il buio si adatta. "Illuminante A" rappresenta l'illuminazione interna, rispetto alla quale l'Universo (e la luce del giorno) è molto blu. Mostriamo anche il colore con e senza una correzione gamma di 2.2, che è la cosa migliore da fare per la visualizzazione su monitor tipici. Forniamo il file lineare, quindi puoi applicare la tua gamma se lo desideri.
Quasi sicuramente devi guardare le patch di colore etichettate "gamma", ma non tutti i display sono uguali, quindi il tuo chilometraggio può variare.
Cosa è successo al "turchese"?
Abbiamo trovato un bug nel nostro codice! Nel nostro calcolo originale, che potresti aver letto sulla stampa, abbiamo usato (in buona fede) un software con un punto di bianco non standard. Piuttosto avrebbe dovuto usare un punto bianco D65, ma non lo ha applicato. Il risultato è stato un punto bianco efficace leggermente più rosso dell'illuminante E (come se fossero presenti alcune luci al neon rosse) a 0,365,0,335. Sebbene i valori x, y dell'Universo siano invariati rispetto al nostro calcolo originale, lo spostamento nel punto bianco ha fatto apparire l'universo "turchese". (ovvero x, y, rimane lo stesso, ma i corrispondenti valori RGB effettivi si spostano).
Inutile dire che da quel primo calcolo abbiamo avuto molta corrispondenza con gli scienziati del colore e ora abbiamo scritto il nostro software per ottenere un valore del colore più accurato. Ammettiamo che il colore dell'Universo fosse una sorta di espediente, per cercare di rendere la nostra storia sugli spettri più accessibile. Tuttavia è una cosa calcolabile reale quindi crediamo che sia importante farlo bene.
Vorremmo sottolineare che la nostra intenzione originale era semplicemente una nota a piè di pagina divertente nel nostro documento, la storia della stampa originale è esplosa oltre le nostre più sfrenate aspettative! L'errore ha impiegato del tempo per realizzare e rintracciare. Solo una manciata di scienziati del colore aveva le competenze per individuare l'errore. Una morale di questa storia è che avremmo dovuto prestare maggiore attenzione all'aspetto della "scienza del colore" e che ci fosse stato anche quello.
Basta parlare. Quindi di che colore è l'Universo?
Davvero la risposta è così vicina al bianco, è difficile da dire. Ecco perché un errore così piccolo ha avuto un effetto così grande. La scelta più comune per il bianco è D65. Tuttavia, se si introducesse un raggio di spettro cosmico in una stanza fortemente illuminata solo da lampadine (Illuminante A) sembrerebbe molto blu, come mostrato sopra. Nel complesso, probabilmente l'illuminante E è il più corretto, per guardare l'Universo da lontano in condizioni di oscurità. Quindi la nostra nuova ipotesi migliore è:
BEIGE
Anche se è discutibile che potrebbe sembrare più rosato (come D65 sopra). Buona fortuna se riesci a vedere la differenza tra questo colore e il bianco! Dovresti essere in grado di vederlo, tuttavia se avessimo reso nero lo sfondo della pagina, sarebbe molto difficile! Abbiamo ricevuto numerosi suggerimenti per questo colore. Abbiamo una top ten e riteniamo che il vincitore sia “Cosmic Latte” essendo di parte influenzato dalla caffeina!
Una simulazione dell'Universo
A causa di tutte queste complessità abbiamo deciso di vedere da soli. Mark Fairchild dei Munsell Color Laboratories di Rochester, NY, sta lavorando con noi per fare una simulazione dello spettro cosmico, possono controllare le sorgenti luminose per dare esattamente la stessa stimolazione dell'occhio rosso / verde / blu che vedresti dallo spettro cosmico. Potremo quindi vederlo in una varietà di condizioni di illuminazione, magari simulando lo spazio profondo, e vedere di persona il vero colore dell'Universo.
La vera storia della scienza
Ovviamente, il nostro vero motivo per calcolare lo spettro cosmico era molto più che produrre queste belle immagini a colori. Il colore è interessante ma in effetti lo spettro cosmico è ricco di dettagli e ci dice molto di più sulla storia della formazione stellare nell'Universo. Come avrai notato sopra, lo spettro cosmico contiene linee scure e bande chiare, che corrispondono all'emissione caratteristica e all'assorbimento di diversi elementi:
Questi potrebbero ricordare le linee Fraunhofer nello spettro solare. Esattamente lo stesso processo di assorbimento atomico è al lavoro. La forza delle linee scure è determinata dalle temperature delle stelle che contribuiscono allo spettro cosmico. Le stelle più vecchie hanno atmosfere più fredde e producono un diverso insieme di linee rispetto alle giovani stelle calde. Analizzando lo spettro possiamo determinare le proporzioni relative di questi e cercare di dedurre quale fosse il tasso di formazione stellare nelle epoche passate dell'Universo. I dettagli cruenti di questa analisi sono riportati in Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Un semplice quadro delle nostre presunte storie più probabili sulla formazione stellare nell'Universo è mostrato qui:
Tutti questi modelli forniscono lo spettro cosmico corretto nel sondaggio 2dF e tutti affermano che la maggior parte delle stelle nella rivista Space si è formata più di 5 miliardi di anni fa. Questo ovviamente implica che il colore dell'Universo sarebbe stato diverso in passato quando ci fossero più giovani stelle blu calde. In effetti, possiamo calcolare quale sarebbe questo dal nostro modello più adatto. L'evoluzione del colore da 13 miliardi di anni fa a 7 miliardi di anni in futuro si presenta così sotto le nostre varie ipotesi:
L'universo iniziò giovane e blu, e divenne gradualmente più rosso man mano che la popolazione di stelle giganti "rosse" si sviluppava. Il tasso di formazione di nuove stelle è diminuito precipitosamente negli ultimi 6 miliardi di anni a causa del calo delle riserve di gas interstellare per la formazione di nuove stelle. Man mano che il tasso di formazione stellare continua a diminuire e più stelle diventano giganti rosse, il colore dell'Universo diventerà sempre più rosso. Alla fine tutte le stelle scompariranno e non rimarrà altro che buchi neri. Anche questi alla fine evaporeranno attraverso il processo di Hawking e nulla rimarrà tranne la vecchia luce, che si ridurrà man mano che l'Universo si espande per sempre (nell'attuale modello cosmologico).
Fonte originale: Comunicato stampa JHU
