حقوق الصورة: JHU
أعلن علماء الفلك من جامعة جون هوبكنز قبل عدة أسابيع أنه إذا قمت بمتوسط لون جميع النجوم في الكون ، فستكون النتيجة لون الزبرجد. بمجرد أن ينقروا على الخلل ، ويعيدوا حساباتهم ، يصبح متوسط لون الكون بأكمله بيج.
ما هو لون الكون؟ لم يسبق لعلماء الفلك أن أجابوا على هذا السؤال الذي يبدو بسيطًا. من الصعب إجراء إحصاء دقيق وكامل لجميع الضوء في الكون.
ولكن باستخدام مسح 2dF Galaxy Redshift - مسح جديد لأكثر من 200.000 مجرة يقيس الضوء من حجم كبير من الكون - تمكنا مؤخرًا من محاولة الإجابة عن هذا السؤال. لقد بنينا ما نسميه "الطيف الكوني" ، الذي يمثل كل مجموع الطاقة في الحجم المحلي للكون المنبعث في أطوال موجية ضوئية مختلفة من الضوء. هذا ما يبدو عليه الطيف الكوني:
هذا رسم بياني للطاقة المنبعثة في الكون لأطوال موجية مختلفة من الضوء (البيانات هنا). الضوء فوق البنفسجي والأزرق على اليسار والضوء الأحمر على اليمين. يتم إنشاء ذلك عن طريق إضافة جميع أطياف المجرات المنفصلة معًا في مسح 2dF. يمثل المجموع ضوء كل النجوم. نعتقد أنه نظرًا لأن المسح 2dF كبير جدًا (يصل إلى عدة مليارات من السنوات الضوئية) ، فإن هذا الطيف يمثل حقًا. يمكننا أيضًا إظهار الطيف الكوني بهذه الطريقة:
لقد وضعنا هنا اللون التقريبي الذي ستراه العين عند كل طول موجي للضوء (على الرغم من أننا لا نستطيع حقًا رؤية الكثير من الضوء تحت حوالي 4000 Angstroms ، وهو الأشعة فوق البنفسجية القريبة ؛ وبشكل صارم ، لا يمكن للشاشات عرض الألوان أحادية اللون بدقة ، ألوان قوس قزح) .
يمكنك التفكير في هذا على أنه ما ستراه العين إذا وضعنا كل الضوء في الكون من خلال منشور لإنتاج قوس قزح. تتناسب شدة اللون مع شدته في الكون.
إذن ما هو متوسط اللون؟ أي اللون الذي سيراه المراقب إذا كان لديه الكون في صندوق ، ويمكنه رؤية كل الضوء دفعة واحدة (ولم يكن يتحرك ، بالنسبة لمراقب حقيقي على الأرض ، كلما ابتعدت المجرة عنا أكثر كلما زادت لقد نقلنا كل الضوء من الضوء قبل الجمع).
للإجابة على هذا السؤال يجب أن نحسب متوسط استجابة العين البشرية لهذه الألوان. كيف نعبر عن هذا اللون؟ الطريقة الأكثر موضوعية هي اقتباس قيم CIE x، y التي تحدد موقع اللون في الرسم البياني اللوني CIE وبالتالي التحفيز الذي ستراه العين. أي طيف بنفس x ، y يجب أن يعطي نفس اللون المدرك. هذه الأرقام هي (0.345،0.345) وهي قوية ، وقد حسبناها لعينات فرعية مختلفة من المسح 2dF وهي تختلف بشكل طفيف. لقد قمنا حتى بحسابها للمسح الطيفي لمسح Sloan Digital Sky Survey (الذي سيتجاوز 2dFGRS كأكبر مسح للانزياح الأحمر في وقت ما في عام 2002) وهي في الأساس هي نفسها.
ولكن ما هو اللون الفعلي؟ حسنًا للقيام بذلك ، علينا أن نضع بعض الافتراضات حول الرؤية البشرية ودرجة الإضاءة العامة. نحتاج أيضًا إلى معرفة الشاشة التي تستخدمها ، أيها القارئ! بالطبع هذا مستحيل ، لكن يمكننا تخمين متوسط. حتى هنا الألوان:
ما هي كل هذه الألوان؟ إنها تمثل لون الكون لنقاط بيضاء مختلفة ، والتي تمثل تكييف العين البشرية لأنواع مختلفة من الإضاءة. سوف ندرك ألوانًا مختلفة في ظل ظروف مختلفة ، وسيختلف نوع الطيف الذي يظهر "أبيض". المعيار المشترك هو "D65" ، وهو قريب من ضبط ضوء النهار (في سماء ملبدة بالغيوم قليلاً) على أنه أبيض ، ومقارنته بالكون محمرًا. ربما يكون "Illuminant E" (النقطة البيضاء للطاقة المتساوية) هو ما قد تراه للأبيض عندما يتكيف الظلام. يمثل "Illuminant A" الإضاءة الداخلية ، مقارنة بالكون (وضوء النهار) الأزرق للغاية. نعرض أيضًا اللون مع تصحيح غاما وبدونه من 2.2 ، وهو أفضل شيء يمكن القيام به للعرض على الشاشات النموذجية. نحن نقدم الملف الخطي ، حتى تتمكن من تطبيق جاما الخاصة بك إذا كنت ترغب في ذلك.
من المؤكد أنك تحتاج إلى إلقاء نظرة على تصحيحات الألوان التي تحمل اسم "غاما" ، ولكن ليست كل الشاشات متشابهة لذلك قد تختلف المسافة المقطوعة.
إذن ماذا حدث لـ "الفيروز"؟
وجدنا خطأ في الكود الخاص بنا! في حساباتنا الأصلية ، التي ربما قرأتها في الصحافة ، استخدمنا (بحسن نية) برنامجًا بنقطة بيضاء غير قياسية. بدلاً من ذلك ، كان من المفترض استخدام نقطة بيضاء D65 ، لكنها لم تطبقها. كانت النتيجة نقطة بيضاء فعالة حمراء إلى حد ما من Illuminant E (كما لو كانت بعض أضواء النيون الحمراء حولها) عند 0.365،0.335. على الرغم من أن قيم x و y للكون لم تتغير من حسابنا الأصلي ، فإن التحول في النقطة البيضاء جعل الكون يبدو "فيروزي". (أي أن x ، y ، تظل كما هي ، ولكن تتغير قيم RGB الفعالة المقابلة).
وغني عن القول منذ ذلك الحساب الأول كان لدينا الكثير من المراسلات مع علماء الألوان ، وكتبنا الآن برنامجنا الخاص للحصول على قيمة لون أكثر دقة. نحن نعترف بأن لون الكون كان مجرد وسيلة للتحايل ، لمحاولة جعل قصتنا على الأطياف أكثر سهولة. ومع ذلك ، فهو أمر محسوب فعليًا ، لذا نعتقد أنه من المهم تصحيحه.
نود أن نشير إلى أن نيتنا الأصلية كانت مجرد حاشية مسلية في ورقتنا ، فقد انفجرت القصة الصحفية الأصلية خارج توقعاتنا الجامحة! استغرق الخطأ بعض الوقت لإدراجه ومتابعته. فقط حفنة من علماء الألوان لديهم الخبرة في اكتشاف الخطأ. أحد الأخلاقيات في هذه القصة هو أنه كان علينا أن نولي المزيد من الاهتمام لجانب "علم الألوان" وكان لدينا هذا الحكم أيضًا.
يكفي الحديث. إذن ما هو لون الكون؟
حقا الجواب قريب جدا من الأبيض ، من الصعب القول. هذا هو السبب في أن مثل هذا الخطأ الصغير كان له تأثير كبير. الخيار الأكثر شيوعًا للأبيض هو D65. ومع ذلك ، إذا كان على المرء إدخال حزمة من الطيف الكوني في غرفة مضاءة بقوة بمصابيح كهربائية فقط (Illuminant A) ، فسيظهر باللون الأزرق جدًا ، كما هو موضح أعلاه. بشكل عام ، ربما يكون Illuminant E هو الأكثر صحة ، بالنظر إلى الكون من بعيد في الظروف المظلمة. لذا أفضل تخميننا الجديد هو:
اللون البيج
على الرغم من أنه يمكن القول أنه قد يبدو أكثر وردية (مثل D65 أعلاه). حظا سعيدا إذا كنت تستطيع أن ترى الفرق بين هذا اللون والأبيض! يجب أن تكون قادرًا على رؤيتها فقط ، ولكن إذا جعلنا خلفية الصفحة سوداء ، فسيكون من الصعب جدًا! لدينا العديد من الاقتراحات لهذا اللون المرسومة لنا. لدينا العشرة الأوائل ، ونعتبر الفائز أن "Cosmic Latte" متحيز للكافيين!
محاكاة للكون
بسبب كل هذه التعقيدات قررنا أن نراها بأنفسنا. يعمل مارك فيرتشايلد في مختبرات Munsell Color في روتشستر ، نيويورك معنا لإجراء محاكاة للطيف الكوني ، يمكنهم التحكم في مصادر الضوء لإعطاء نفس تحفيز العين الأحمر / الأخضر / الأزرق بالضبط كما ستراه من الطيف الكوني. سنكون قادرين بعد ذلك على مشاهدة هذا في ظل مجموعة متنوعة من ظروف الإضاءة ، وربما محاكاة مساحة عميقة ، ونرى بأنفسنا اللون الحقيقي للكون.
قصة العلم الحقيقي
بالطبع ، كان دافعنا الحقيقي لحساب الطيف الكوني أكثر بكثير من إنتاج هذه الصور الملونة الجميلة. اللون مثير للاهتمام ولكن في الواقع الطيف الكوني غني بالتفاصيل ويخبرنا الكثير عن تاريخ تكوين النجوم في الكون. ربما لاحظت أعلاه أن الطيف الكوني يحتوي على خطوط داكنة ونطاقات مشرقة ، وهي تتوافق مع الانبعاث المميز وامتصاص العناصر المختلفة:
قد يذكرك هذا بخطوط فراونهوفر في الطيف الشمسي. بالضبط نفس عملية الامتصاص الذري في العمل. تتحدد قوة الخطوط المظلمة بدرجات حرارة النجوم التي تساهم في الطيف الكوني. النجوم القديمة لها أجواء أكثر برودة وتنتج مجموعة مختلفة من الخطوط للنجوم الفتية الساخنة. من خلال تحليل الطيف ، يمكننا تحديد النسب النسبية لهذه ومحاولة استنتاج ما كان معدل تكوين النجوم في العصور الماضية من الكون. يتم عرض التفاصيل الدامية لهذا التحليل في Baldry و Glazebrook et al. 2002. تظهر هنا صورة بسيطة لتاريخنا الأكثر استنتاجًا لتكوين النجوم في الكون:
كل هذه النماذج تعطي الطيف الكوني الصحيح في المسح 2dF وجميعهم يقولون أن غالبية النجوم في مجلة الفضاء تشكلت منذ أكثر من 5 مليارات سنة. هذا بالطبع يعني أن لون الكون كان يمكن أن يكون مختلفًا في الماضي عندما كان هناك المزيد من النجوم الزرقاء الشابة الساخنة. في الواقع ، يمكننا حساب ما سيكون هذا من أفضل نموذج مناسب لدينا. يبدو تطور اللون من 13 مليار سنة إلى 7 مليار سنة في المستقبل على هذا النحو في ظل افتراضاتنا المختلفة:
بدأ الكون صغيرًا وأزرقًا ، ونما بشكل أكثر احمرارًا مع نمو عدد النجوم العملاقة "الحمراء" المتطورة. انخفض معدل تكوين النجوم الجديدة بشكل كبير في الستة مليارات سنة الماضية بسبب انخفاض احتياطيات الغاز بين النجوم لتكوين نجوم جديدة. مع استمرار انخفاض معدل تكوين النجوم وأصبح المزيد من النجوم عمالقة حمراء ، سيصبح لون الكون أكثر احمرارًا وأحمرارًا. في النهاية ستختفي جميع النجوم ولن يبقى شيء سوى الثقوب السوداء. ستتبخر هذه أيضًا في نهاية المطاف عبر عملية هوكينج ولن يتم ترك أي شيء باستثناء الضوء القديم ، الذي سيحمر بنفسه مع توسع الكون إلى الأبد (في النموذج الكوني الحالي).
المصدر الأصلي: بيان صحفي JHU
