Tín dụng hình ảnh: JHU
Các nhà thiên văn học từ Đại học John Hopkins tuyên bố vài tuần trước rằng nếu bạn tính trung bình màu của tất cả các ngôi sao trong vũ trụ, kết quả sẽ là màu aquamarine. Một khi họ phun ra con bọ và chạy lại các tính toán của họ, màu trung bình của toàn bộ vũ trụ trở thành màu be.
Màu sắc của vũ trụ là gì? Câu hỏi có vẻ đơn giản này chưa bao giờ thực sự được trả lời bởi các nhà thiên văn học. Thật khó để có một cuộc điều tra chính xác và đầy đủ về tất cả các ánh sáng trong Vũ trụ.
Tuy nhiên, bằng cách sử dụng Khảo sát Redshift 2dF Galaxy - một khảo sát mới về hơn 200.000 thiên hà đo ánh sáng từ một khối lượng lớn của Vũ trụ - gần đây chúng tôi đã có thể thử và trả lời câu hỏi này. Chúng ta đã tạo ra thứ mà chúng ta gọi là Quang phổ vũ trụ, đại diện cho tất cả tổng năng lượng trong thể tích cục bộ của vũ trụ phát ra ở các bước sóng ánh sáng khác nhau. Đây là những gì phổ vũ trụ trông giống như:
Đây là biểu đồ năng lượng phát ra trong Vũ trụ cho các bước sóng ánh sáng khác nhau (dữ liệu ở đây). Tia cực tím và ánh sáng xanh ở bên trái và ánh sáng đỏ ở bên phải. Điều này được xây dựng bằng cách cộng tất cả các quang phổ riêng lẻ của các thiên hà riêng biệt trong khảo sát 2dF. Tổng đại diện cho ánh sáng của tất cả các ngôi sao. Chúng tôi tin rằng vì khảo sát 2dF quá lớn (đạt tới vài tỷ năm ánh sáng) nên phổ này thực sự là đại diện. Chúng ta cũng có thể chỉ ra phổ vũ trụ theo cách này:
Ở đây chúng ta đã đưa vào màu sắc gần đúng mà mắt sẽ nhìn thấy ở mỗi bước sóng ánh sáng (mặc dù chúng ta không thể thực sự nhìn thấy nhiều ánh sáng bên dưới khoảng 4000 Angstroms, gần tia cực tím và nghiêm ngặt, màn hình không thể hiển thị chính xác màu đơn sắc, màu của cầu vồng) .
Bạn có thể nghĩ về điều này như những gì mắt sẽ nhìn thấy nếu chúng ta đưa tất cả ánh sáng vào Vũ trụ thông qua lăng kính để tạo ra cầu vồng. Cường độ của màu tương ứng với cường độ của nó trong vũ trụ.
Vậy màu trung bình là gì? tức là màu sắc mà một người quan sát sẽ thấy nếu họ có Vũ trụ trong một cái hộp và có thể nhìn thấy tất cả ánh sáng cùng một lúc (và nó không chuyển động, đối với một người quan sát thực sự trên trái đất, càng xa một thiên hà thì chúng ta càng ở xa redshifted. Chúng tôi đã khử lại tất cả ánh sáng của chúng tôi trước khi kết hợp).
Để trả lời câu hỏi này, chúng ta phải tính toán phản ứng trung bình của mắt người với các màu này. Làm thế nào để chúng ta thể hiện màu này? Cách khách quan nhất là trích dẫn các giá trị CIE x, y chỉ định vị trí màu màu trong biểu đồ sắc độ CIE và do đó kích thích mắt sẽ nhìn thấy. Bất kỳ phổ nào có cùng x, y đều phải cho cùng màu nhận biết. Những con số này là (0,345,0.345) và chúng rất mạnh, chúng tôi đã tính toán chúng cho các mẫu phụ khác nhau của khảo sát 2dF và chúng thay đổi không đáng kể. Chúng tôi thậm chí đã tính toán chúng cho khảo sát phổ của Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan (sẽ vượt qua 2dFGRS như khảo sát dịch chuyển đỏ lớn nhất vào năm 2002) và về cơ bản chúng giống nhau.
Nhưng màu sắc thực tế là gì? Để làm được điều này, chúng ta phải đưa ra một số giả định về tầm nhìn của con người và mức độ chiếu sáng chung. Chúng tôi cũng cần biết những gì màn hình bạn, người đọc, đang sử dụng! Tất nhiên điều này là không thể, nhưng chúng ta có thể đoán trung bình. Vì vậy, đây là màu sắc:
Tất cả những màu này là gì? Chúng đại diện cho màu sắc của vũ trụ cho các điểm trắng khác nhau, đại diện cho sự thích nghi của mắt người với các loại chiếu sáng khác nhau. Chúng ta sẽ cảm nhận các màu sắc khác nhau trong các trường hợp khác nhau và loại phổ xuất hiện ‘màu trắng sẽ khác nhau. Một tiêu chuẩn phổ biến là ‘D65, gần với việc thiết lập ánh sáng ban ngày (trên bầu trời hơi u ám) là màu trắng và so với vũ trụ có vẻ hơi đỏ. Eumin sáng (điểm trắng năng lượng bằng nhau) có lẽ là những gì bạn sẽ thấy cho màu trắng khi tối thích nghi. Đèn chiếu sáng Một vật thể hiện ánh sáng trong nhà, so với vũ trụ (và ánh sáng ban ngày) rất xanh. Chúng tôi cũng hiển thị màu sắc có và không có hiệu chỉnh gamma 2.2, đây là điều tốt nhất để hiển thị trên màn hình thông thường. Chúng tôi cung cấp tệp tuyến tính, vì vậy bạn có thể áp dụng gamma của riêng mình nếu muốn.
Hầu như chắc chắn bạn cần xem các bản vá màu có nhãn ‘gamma, nhưng không phải tất cả các màn hình đều giống nhau để số dặm của bạn có thể thay đổi.
Vậy chuyện gì đã xảy ra với những người da màu ngọc lam?
Chúng tôi đã tìm thấy một lỗi trong mã của chúng tôi! Trong tính toán ban đầu của chúng tôi, mà bạn có thể đã đọc trên báo chí, chúng tôi đã sử dụng phần mềm (với thiện chí) với điểm trắng không chuẩn. Thay vào đó, nó được cho là sử dụng điểm trắng D65, nhưng không áp dụng nó. Kết quả là một điểm trắng hiệu quả có phần đỏ hơn Illuminant E (như thể có một số đèn neon màu đỏ ở xung quanh) ở mức 0,365,0.335. Mặc dù các giá trị x, y của Vũ trụ không thay đổi so với tính toán ban đầu của chúng tôi, sự thay đổi điểm trắng đã khiến vũ trụ xuất hiện ‘màu ngọc lam. (tức là x, y, vẫn giữ nguyên, nhưng thay đổi giá trị RGB hiệu quả tương ứng).
Không cần phải nói kể từ lần tính toán đầu tiên đó, chúng tôi đã có rất nhiều thư từ với các nhà khoa học màu sắc, và giờ đây đã viết phần mềm của riêng mình để có được giá trị màu chính xác hơn. Chúng tôi thừa nhận màu sắc của Vũ trụ là một thứ gì đó của một mánh lới quảng cáo, để thử và làm cho câu chuyện của chúng tôi trên quang phổ dễ tiếp cận hơn. Tuy nhiên, đây là một điều có thể tính toán được vì vậy chúng tôi tin rằng điều quan trọng là phải làm cho đúng.
Chúng tôi muốn chỉ ra rằng ý định ban đầu của chúng tôi chỉ là một chú thích thú vị trong bài báo của chúng tôi, câu chuyện báo chí ban đầu đã vượt quá mong đợi của chúng tôi! Lỗi đã mất một thời gian để nhận ra và theo dõi. Chỉ một số ít các nhà khoa học màu sắc có chuyên môn để phát hiện ra lỗi. Một đạo đức của câu chuyện này là chúng ta nên chú ý nhiều hơn đến khía cạnh ‘khoa học màu sắc và cũng được giới thiệu như vậy.
Nói đủ. Vậy vũ trụ có màu gì?
Thực sự câu trả lời rất gần với màu trắng, rất khó để nói. Đó là lý do tại sao một lỗi nhỏ như vậy có ảnh hưởng lớn như vậy. Sự lựa chọn phổ biến nhất cho màu trắng là D65. Tuy nhiên, nếu người ta đưa một chùm phổ vũ trụ vào một căn phòng được chiếu sáng mạnh chỉ bằng bóng đèn (Illuminant A) thì nó sẽ trông rất xanh, như hình trên. Nhìn chung, có lẽ Illuminant E là chính xác nhất, khi nhìn vào Vũ trụ từ xa trong điều kiện tối. Vì vậy, dự đoán tốt nhất mới của chúng tôi là:
BE
Mặc dù người ta cho rằng nó có thể trông có màu hồng hơn (như D65 ở trên). Chúc may mắn nếu bạn có thể thấy sự khác biệt giữa màu này và màu trắng! Bạn sẽ có thể chỉ nhìn thấy nó, tuy nhiên nếu chúng tôi đã làm cho nền trang màu đen, nó sẽ rất khó! Chúng tôi đã có rất nhiều gợi ý cho màu này được tô điểm cho chúng tôi. Chúng tôi có một trong mười người đứng đầu, và coi người chiến thắng là người được Cosmic Latte trộm bị thiên vị caffeine!
Mô phỏng vũ trụ
Vì tất cả những phức tạp này, chúng tôi đã quyết định tự mình nhìn thấy. Mark Fairchild tại Phòng thí nghiệm màu Munsell ở Rochester, NY đang hợp tác với chúng tôi để thực hiện mô phỏng quang phổ vũ trụ, họ có thể điều khiển các nguồn ánh sáng để tạo ra sự kích thích mắt đỏ / xanh / xanh giống hệt như bạn nhìn thấy từ phổ vũ trụ. Sau đó chúng ta sẽ có thể xem điều này trong nhiều điều kiện ánh sáng, có thể mô phỏng không gian sâu thẳm và tự mình nhìn thấy màu sắc thực sự của Vũ trụ.
Câu chuyện khoa học thực sự
Tất nhiên, động lực thực sự của chúng tôi để tính toán phổ vũ trụ thực sự nhiều hơn rất nhiều so với việc tạo ra những bức ảnh màu đẹp này. Màu sắc rất thú vị nhưng trên thực tế, phổ vũ trụ rất chi tiết và cho chúng ta biết nhiều hơn về lịch sử hình thành sao trong Vũ trụ. Bạn có thể nhận thấy ở trên rằng phổ vũ trụ chứa các vạch tối và các dải sáng, chúng tương ứng với sự phát xạ và hấp thụ đặc trưng của các yếu tố khác nhau:
Những thứ này có thể nhắc nhở bạn về các dòng Fraunhofer trong Quang phổ mặt trời. Chính xác thì quá trình hấp thụ nguyên tử đang hoạt động. Sức mạnh của các vạch tối được xác định bởi nhiệt độ của các ngôi sao góp phần vào phổ vũ trụ. Những ngôi sao già có bầu khí quyển mát hơn và tạo ra một loạt các đường khác nhau cho những ngôi sao trẻ nóng bỏng. Bằng cách phân tích quang phổ, chúng ta có thể tìm ra tỷ lệ tương đối của những thứ này và thử và suy ra tỷ lệ hình thành sao trong các thời kỳ trước của Vũ trụ. Các chi tiết chính của phân tích này được đưa ra trong Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Một bức tranh đơn giản về lịch sử hình thành sao trong vũ trụ của chúng ta được trình bày ở đây:
Tất cả các mô hình này đưa ra phổ vũ trụ chính xác trong khảo sát 2dF và tất cả chúng đều nói rằng phần lớn các ngôi sao trong Tạp chí Vũ trụ hình thành hơn 5 tỷ năm trước. Điều này tất nhiên ngụ ý rằng màu sắc của Vũ trụ sẽ khác trước đây khi có nhiều ngôi sao trẻ màu xanh nóng bỏng hơn. Trong thực tế, chúng ta có thể tính toán cái này sẽ là gì từ mô hình phù hợp nhất của chúng ta. Sự phát triển của màu sắc từ 13 tỷ năm trước đến 7 tỷ năm trong tương lai trông giống như thế này theo các giả định khác nhau của chúng tôi:
Vũ trụ bắt đầu trẻ và xanh lam, và dần dần đỏ hơn khi dân số của những ngôi sao khổng lồ tiến hóa ‘đỏ được xây dựng. Tốc độ hình thành của các ngôi sao mới đã giảm nhanh chóng trong 6 tỷ năm qua do sự suy giảm trữ lượng khí giữa các vì sao để hình thành các ngôi sao mới. Khi tỷ lệ hình thành sao tiếp tục giảm và nhiều ngôi sao trở thành người khổng lồ đỏ, màu sắc của Vũ trụ sẽ ngày càng đỏ hơn. Cuối cùng, tất cả các ngôi sao sẽ biến mất và không còn gì ngoài những hố đen. Những thứ này cuối cùng cũng sẽ bốc hơi qua quá trình Hawking và sẽ không còn gì ngoài ánh sáng cũ, nó sẽ tự đỏ khi Vũ trụ giãn nở mãi mãi (theo mô hình vũ trụ hiện tại).
Nguồn gốc: JHU News Release
