Crédit d'image: JHU
Les astronomes de l'Université John Hopkins ont annoncé il y a plusieurs semaines que si vous étaliez la couleur de toutes les étoiles de l'univers, le résultat serait une couleur aigue-marine. Une fois qu'ils ont écrasé le bogue et ont réexécuté leurs calculs, la couleur moyenne de l'univers entier est devenue beige.
Quelle est la couleur de l'Univers? Cette question apparemment simple n'a jamais vraiment été répondue par les astronomes. Il est difficile de faire un recensement précis et complet de toute la lumière dans l'Univers.
Cependant, en utilisant le 2dF Galaxy Redshift Survey - un nouveau levé de plus de 200 000 galaxies qui mesure la lumière d'un grand volume de l'Univers - nous avons récemment pu essayer de répondre à cette question. Nous avons construit ce que nous appelons «le spectre cosmique», qui représente toute la somme de toute l'énergie dans le volume local de l'univers émise à différentes longueurs d'onde optiques de la lumière. Voici à quoi ressemble le spectre cosmique:
Il s'agit d'un graphique de l'énergie émise dans l'Univers pour différentes longueurs d'onde de lumière (données ici). La lumière ultraviolette et bleue est à gauche et la lumière rouge à droite. Ceci est construit en additionnant tous les spectres individuels des galaxies séparées dans le levé 2dF. La somme représente la lumière de toutes les étoiles. Nous pensons que parce que l'enquête 2dF est si grande (atteignant plusieurs milliards d'années-lumière) que ce spectre est vraiment représentatif. Nous pouvons également montrer le spectre cosmique de cette façon:
Ici, nous avons mis la couleur approximative que l'œil verrait à chaque longueur d'onde de la lumière (bien que nous ne puissions pas vraiment voir beaucoup de lumière en dessous d'environ 4000 angströms, le proche ultraviolet; et strictement, les moniteurs ne peuvent pas afficher avec précision les couleurs monochromatiques, les couleurs de l'arc-en-ciel) .
Vous pouvez penser à cela comme ce que l'œil verrait si nous mettions toute la lumière dans l'Univers à travers un prisme pour produire un arc-en-ciel. L'intensité de la couleur est proportionnelle à son intensité dans l'Univers.
Quelle est donc la couleur moyenne? c'est-à-dire la couleur qu'un observateur verrait s'il avait l'Univers dans une boîte et pouvait voir toute la lumière à la fois (et il ne bougeait pas, pour un véritable observateur sur terre, plus une galaxie est éloignée de nous, plus elle est Nous avons dé-décalé toute notre lumière avant de combiner).
Pour répondre à cette question, nous devons calculer la réponse moyenne de l'œil humain à ces couleurs. Comment exprimons-nous cette couleur? Le moyen le plus objectif est de citer les valeurs CIE x, y qui spécifient l'emplacement de la couleur dans le diagramme de chromaticité CIE et donc le stimulus que l'œil verrait. Tout spectre avec le même x, y doit donner la même couleur perçue. Ces chiffres sont (0,345,0,345) et ils sont robustes, nous les avons calculés pour différents sous-échantillons de l'enquête 2dF et ils varient de manière non significative. Nous les avons même calculés pour le relevé spectroscopique Sloan Digital Sky Survey (qui dépassera 2dFGRS comme le plus grand relevé de décalage vers le rouge en 2002) et ils sont essentiellement les mêmes.
Mais quelle est la couleur réelle? Eh bien, pour ce faire, nous devons faire quelques hypothèses sur la vision humaine et le degré d'éclairage général. Nous devons également savoir quel moniteur vous, le lecteur, utilisez! Bien sûr, cela est impossible, mais nous pouvons faire une estimation moyenne. Voici donc les couleurs:
Quelles sont toutes ces couleurs? Ils représentent la couleur de l'univers pour différents points blancs, qui représentent l'adaptation de l'œil humain à différents types d'éclairage. Nous percevrons différentes couleurs dans différentes circonstances, et le type de spectre qui apparaît «blanc» variera. Un standard commun est «D65», qui est proche de la mise à la lumière du jour (dans un ciel légèrement couvert) blanc, et par rapport à laquelle l’univers apparaît rougeâtre. «Illuminant E» (point blanc à énergie égale) est peut-être ce que vous verriez pour le blanc une fois sombre adapté. «Illuminant A» représente l'éclairage intérieur, par rapport auquel l'Univers (et la lumière du jour) est très bleu. Nous montrons également la couleur avec et sans correction gamma de 2,2, ce qui est la meilleure chose à faire pour l'affichage sur des moniteurs typiques. Nous fournissons le fichier linéaire, vous pouvez donc appliquer votre propre gamma si vous le souhaitez.
Vous devez presque certainement regarder les patchs de couleur étiquetés «gamma», mais tous les écrans ne sont pas identiques, votre kilométrage peut donc varier.
Qu'est-il donc arrivé au «turquoise»?
Nous avons trouvé un bug dans notre code! Dans notre calcul d'origine, que vous avez peut-être lu dans la presse, nous avons utilisé (de bonne foi) un logiciel avec un point blanc non standard. Il était plutôt censé utiliser un point blanc D65, mais ne l'a pas appliqué. Le résultat était un point blanc efficace un peu plus rouge que l'Illuminant E (comme si des néons rouges étaient autour) à 0,365,0,335. Bien que les valeurs x, y de l'Univers soient inchangées par rapport à notre calcul d'origine, le décalage du point blanc a fait apparaître l'univers «turquoise». (c'est-à-dire x, y, reste le même, mais les valeurs RVB effectives correspondantes se déplacent).
Inutile de dire que depuis ce premier calcul, nous avons eu beaucoup de correspondances avec les scientifiques de la couleur et avons maintenant écrit notre propre logiciel pour obtenir une valeur de couleur plus précise. Nous admettons que la couleur de l'Univers était en quelque sorte un gadget, pour essayer de rendre notre histoire sur les spectres plus accessible. Néanmoins, il s'agit d'une chose réellement calculable, nous pensons donc qu'il est important de bien faire les choses.
Nous tenons à souligner que notre intention initiale était simplement une note de bas de page amusante dans notre journal, l'histoire de la presse originale a explosé au-delà de nos attentes les plus folles! L'erreur a pris un certain temps pour se rendre compte et traquer. Seule une poignée de scientifiques de la couleur avaient l'expertise pour repérer l'erreur. Une morale de cette histoire est que nous aurions dû accorder plus d’attention à l’aspect «science des couleurs» et en faire également l’objet.
Assez parlé. Alors de quelle couleur est l'Univers?
Vraiment, la réponse est si proche du blanc, c'est difficile à dire. C'est pourquoi une si petite erreur a eu un si grand effet. Le choix le plus courant pour le blanc est le D65. Cependant, si l'on introduisait un faisceau de spectre cosmique dans une pièce fortement éclairée uniquement par des ampoules (Illuminant A), il apparaîtrait très bleu, comme indiqué ci-dessus. Dans l'ensemble, l'illuminant E est probablement le plus correct, pour regarder l'Univers de loin dans des conditions sombres. Notre nouvelle meilleure estimation est donc:
BEIGE
Bien qu'il soit discutable qu'il pourrait sembler plus rosé (comme D65 ci-dessus). Bonne chance si vous voyez la différence entre cette couleur et le blanc! Vous devriez pouvoir le voir, mais si nous avions rendu l'arrière-plan de la page noir, ce serait très difficile! Nous avons reçu de nombreuses suggestions pour cette couleur. Nous avons un top dix et considérons que le gagnant est «Cosmic Latte» étant biaisé en caféine!
Une simulation de l'Univers
En raison de toutes ces complexités, nous avons décidé de voir par nous-mêmes. Mark Fairchild des Munsell Color Laboratories à Rochester, NY travaille avec nous pour faire une simulation du spectre cosmique, ils peuvent contrôler les sources de lumière pour donner exactement la même stimulation oculaire rouge / verte / bleue que vous verriez du spectre cosmique. Nous serons alors en mesure de voir cela dans une variété de conditions d'éclairage, simulant peut-être l'espace profond, et de voir par nous-mêmes la vraie couleur de l'Univers.
La vraie histoire de la science
Bien sûr, notre véritable motif de calcul du spectre cosmique était bien plus que de produire ces jolies images en couleur. La couleur est intéressante mais en fait le spectre cosmique est riche en détails et nous en dit beaucoup plus sur l'histoire de la formation des étoiles dans l'Univers. Vous avez peut-être remarqué ci-dessus que le spectre cosmique contient des lignes sombres et des bandes lumineuses, celles-ci correspondent à l'émission et à l'absorption caractéristiques de différents éléments:
Ceux-ci peuvent vous rappeler les lignes Fraunhofer dans le spectre solaire. Exactement le même processus d'absorption atomique est à l'œuvre. La force des lignes sombres est déterminée par les températures des étoiles contribuant au spectre cosmique. Les étoiles plus anciennes ont des atmosphères plus fraîches et produisent un ensemble de lignes différent des jeunes étoiles chaudes. En analysant le spectre, nous pouvons déterminer les proportions relatives de ceux-ci et essayer de déduire quel était le taux de formation d'étoiles dans les âges passés de l'Univers. Les détails sanglants de cette analyse sont donnés dans Baldry, Glazebrook et al. 2002. Une image simple de nos histoires les plus probables inférées de la formation d'étoiles dans l'Univers est montrée ici:
Tous ces modèles donnent le spectre cosmique correct dans l'enquête 2dF et tous disent que la majorité des étoiles du Space Magazine se sont formées il y a plus de 5 milliards d'années. Cela implique bien sûr que la couleur de l'Univers aurait été différente dans le passé quand il y avait plus de jeunes étoiles bleues plus chaudes. En fait, nous pouvons calculer ce que ce serait à partir de notre meilleur modèle d'ajustement. L'évolution de la couleur d'il y a 13 milliards d'années à 7 milliards d'années ressemble à ceci sous nos différentes hypothèses:
L’univers a commencé jeune et bleu et est devenu progressivement plus rouge à mesure que la population d’étoiles géantes «rouges» évoluait. Le taux de formation de nouvelles étoiles a décliné de façon abrupte au cours des 6 derniers milliards d'années en raison de la baisse des réserves de gaz interstellaire pour la formation de nouvelles étoiles. Alors que le taux de formation d'étoiles continue de baisser et que plus d'étoiles deviennent des géantes rouges, la couleur de l'Univers deviendra de plus en plus rouge. Finalement, toutes les étoiles disparaîtront et il ne restera plus que des trous noirs. Celles-ci aussi finiront par s'évaporer via le processus de Hawking et rien ne restera à part la vieille lumière, qui elle-même rougira à mesure que l'Univers se développe pour toujours (dans le modèle cosmologique actuel).
Source d'origine: communiqué de presse de JHU
