Care este culoarea Universului? – între demonstraţie şi exerciţiu de imaginaţie

Culoarea Universului, dimensiunile sale, galaxiile, miliardele de stelele, mecanismele şi ordinea astrală ce par a fi “desăvârşite”, “tăcerea” de deasupra noastră etc. sunt aspecte fascinante, care, din perspectiva observatorului de pe Pământ şi în pofida faptului că evoluţia tehnologică depăşeşte mereu noi graniţe, rămân intr-o zonă de incertitudine, făcându-ne să ne întrebăm, dincolo de teorii, legi, principii ştiinţifice, “Cum să ne imaginăm inimaginabilul?”.

Dacă privim cerul nopţii, vedem o mare de întuneric, punctată cu sclipirile de diamant ale stelelor, dacă îl privim într-o zi însorită, un albastru nesfârşit se arată ochilor noştri. Dacă ne-am întreba de ce este “noapte”, probabil că mulţi dintre noi ne-am gândi la mişcarea de rotaţie a Terrei în jurul axei sale, care face ca o parte a lumii noastre, când nu mai este orientată spre Soare, să se cufunde în întuneric.

Paradoxul lui Olbers sau “Paradoxul nopţii întunecate”, formulat în urmă cu peste un secol şi jumătate, de astronomul german de la care i se trage numele, spune că, într-un Univers infinit și omogen, fiecare linie proiectată de vederea noatră ar trebui să se termine pe suprafața unei stele, ceea ce ar însemna că cerul nopții ar trebui să fie complet luminos, nu întunecat. Totuși, observăm contrariul – cerul este în mare parte negru, cu doar câteva puncte luminoase (stelele și galaxiile vizibile).

Un răspuns la “Paradoxul lui Olbers” l-a oferit, în epoca modernă, astronomul Edward Harrisson, care spune că, dacă ar exista un număr infinit de stele, noaptea nu ar mai fi întunecată, pentru că ar exista câte o stea peste tot pe cer. Dar Universul a început în urmă cu circa 14 miliarde de ani, cu “explozia primordială”, stelele nu au existat “dintotdeauna”, iar lumina celor aflate mai departe de 14 miliarde de ani nu a avut timp să ajungă până la noi.

Ce spun cele mai recente studii despre culoarea Universului?

Cele mai recente studii, efectuate de astronomii Karl Glazebrook și Ivan Baldry, de la de la Universitatea Johns Hopkins, SUA, în care au analizat spectrele luminii emise de aproximativ 200 000 de galaxii şi au valorificat date dintr-un amplu proiect de cercetare, de la Observatorul Astronomic Australian (AAO), legate de “deplasarea spre roşu” (2dF Galaxy Redshift Survey/ Two-degree-Field Galaxy Redshift Survey) au determinat “culoarea Universului”, care este un bej deschis, cunoscut sub denumirea de „Cosmic Latte”, o nuanță deschisă, asemănătoare cafelei cu lapte.

Explicaţia ştiinţifică pe baza căreia s-a stabilit culoarea Universului are în vedere următoarele aspecte:

• Stelele emit lumină în diferite lungimi de undă, iar fiecare lungime de undă corespunde unei culori. Ceea ce percepem ca fiind culori sunt, de fapt, lungimi de undă diferite ale luminii vizibile – roșul și portocaliul, de exemplu, au lungimi de undă mai lungi, albastrul și violetul au lungimi de undă mai scurte.
• Galaxiile conțin stele de diverse vârste, de la stele tinere, albastre și fierbinți, până la stele mai bătrâne, roșii și reci.
• Dacă s-ar “aduna” toată această lumină, s-ar obţine o culoare medie (Cosmic Latte), care reflectă distribuția spectrală a tuturor stelelor din Univers.

Culoarea Universului – “Cosmic Latte” – nu este vizibilă direct pentru ochiul uman, deoarece cerul nopții este dominat de întuneric, iar lumina stelelor apare în nuanțe individuale. În acelaşi timp, atmosfera Pământului și distanțele uriașe dintre galaxii influențează percepția culorilor.

Această descoperire oferă o perspectivă interesantă asupra Universului – deși ne gândim la spațiul cosmic ca fiind negru (care înseamnă “absența luminii detectabile”), dacă am putea vedea lumina combinată a tuturor stelelor, am percepe un bej pal, cald și uniform.

“Deplasarea spre roşu” şi “culoarea Universului”

“Two-degree-Field Galaxy Redshift Survey”/ 2dF Galaxy Redshift Survey, referitor la fenomenul numit “deplasarea spre roşu”, pe baza căruia s-a stabilit “culoarea Universului”, este cel mai mare studiu al galaxiilor efectuat vreodată.

Combinând spectrele tuturor celor 200 000 de galaxii, echipa condusă de astronomii Karl Glazebrook și Ivan Baldry a reușit să creeze un spectru de lumină vizibilă, care a reprezentat cu mare precizie întregul Univers, cunoscut sub numele de “spectru cosmic” (suma întregii energii din Univers, emisă la diferite lungimi de undă).

Primele particule atomice (protoni, neutroni, electroni) au apărut la numai o sutime de secundă după “explozia primordială” (Big Bang), la capătul unei secunde au apărut necleele de deuteriu (izotop stabil al hidrogenului), apoi au apărut nucleele de heliu, după care ritmul “Creaţiei” s-a încetinit.

Norii de hidrogen şi heliu au apărut, sub influenţa gravitaţiei, după un milion de ani, aceştia s-au condensat şi au dat naştere primelor galaxii, în interiorul cărora s-au născut primele protostele (o masă imensă de materie care se formează prin contracția gazului dintr-un nor gigant, aflat în mediul interstelar), iar stelele şi planetele, asa cum le ştim astăzi, s-au format la capătul a miliarde de ani (Terra, de exemplu, a apărut în urmă cu peste 4,6 miliarde de ani, adică la aproximativ 10 miliarde de ani după Big Bang).

Expansiunea Universului (Redshift cosmologic) determină îndepărtarea galaxiilor unele de altele şi, pe măsură ce lumina călătorește prin spațiu, lungimea sa de undă se întinde din cauza expansiunii, deplasându-se spre roșu (se “înroşeşte”).

Care ar fi fost culoarea Universului fără “deplasarea spre roșu”?

Deplasarea spre roşu este principala metodă prin care astronomii măsoară distanțele până la galaxiile îndepărtate, a fost o dovadă esențială pentru teoria Big Bang-ului, demonstrând că Universul se extinde şi îi ajută pe oamenii de ştiinţă să înţeleagă evoluția Universului, viteza de expansiune și chiar să estimeze vârsta Universului.

Deplasarea spre roșu a avut un rol important si în stabilirea culorii Universului, deoarece influenţează modul în care percepem lumina emisă de stele și galaxii. Pe măsură ce Universul se extinde, lumina de la galaxiile îndepărtate este deplasată spre roșu. Aceasta înseamnă că Universul era mai albastru în trecut, deoarece stelele tinere și fierbinți erau dominante. Pe măsură ce Universul a îmbătrânit, multe dintre acele stele albastre au murit, iar lumina combinată a devenit mai caldă, mai apropiată de bej – “Cosmic Latte”.

Dacă nu ar exista expansiune și deplasare spre roșu, lumina combinată a tuturor stelelor ar fi fost, asadar, mai albăstruie. Deplasarea spre roșu a schimbat această lumină spre tonuri mai calde, contribuind la culoarea pe care au determinat-o studiile recente – bej deschis/ cafea cu lapte.

Dacă aceeaşi lumină, necombinată, ar fi trecută printr-o prismă, ar produce un curcubeu cu aproape toate culorile pe care le vedem pe Pământ, de la violet intens, la roșu rubiniu, unele culori mai bine reprezentate, altele mai puţin (în funcţie de vârsta stelelor).

Aceste descoperiri sunt, implicit, şi un răspuns la Paradoxul lui Olbers, menţionat anterior – “Dacă Universul este infinit, static și plin de stele, de ce este cerul nopții întunecat?” şi, am putea adăuga, “De ce nu vedem culoarea Universului pe cer?”. Iar răspunsul din prezent, obţinut cu mijloace tehnice performante, este că, deși lumina combinată a tuturor stelelor ar avea o tentă bej-deschis, expansiunea Universului și limitele percepției noastre o fac invizibilă ochiului uman.

„Stâlpii Creației” si cromatica acestora

Probabil că ceea ce astronomii au numit “Cosmic Latte”- culoarea Universului – rezultată din lumina combinată a tuturor stelelor (cu ajutorul tehnologiei moderne) contrariază prin banalitatea ei, mai ales dupa ce, cu doar câtiva ani in urmă, in 2022, telescopul spațial al NASA, James Webb, a oferit imagini spectaculoase cu „Stâlpii Creației„, structuri spectaculoase de gaz și praf cosmic, aflate în Nebuloasa Vulturului (M16), la aproximativ 6 500 de ani-lumină de Pământ. Aceste coloane uriașe sunt regiuni de formare a stelelor, unde gazul dens și rece favorizează nașterea de noi sori.

Telescopul Spațial James Webb (JWST) a oferit imagini incredibile ale “Stâlpilor Creației” folosind lumina infraroșie, care poate penetra praful cosmic mai bine decât lumina vizibilă. Cromatica acestor imagini este rezultatul unei procesări științifice, deoarece JWST nu „vede” culorile așa cum le percepe ochiul uman.

Lumina infraroșie captată de JWST este transformată în culori vizibile, iar diferite lungimi de undă sunt atribuite unor culori artificiale, pentru a evidenția structura și compoziția gazului și prafului. Straturile de praf și regiunile unde se formează stele sunt accentuate prin nuanțe diferite (de exemplu, praful rece apare roșiatic, iar regiunile fierbinți sunt albastre sau aurii).

Dacă am putea privi “Stâlpii Creației” cu ochiul liber, nu i-am vedea la fel de spectaculos. În lumina vizibilă, praful cosmic blochează mare parte din detalii, oferind o imagine mai încețoșată și mai puțin definită. Doar folosind telescoape în infraroșu se poate pătrunde prin acest praf și pot fi observate procesele complexe din interiorul nebuloasei.

Imaginile obținute de James Webb sunt nu doar artistice, ci și științific valoroase, deoarece dezvăluie detalii despre formarea stelelor și structura materiei interstelare, într-un mod imposibil de realizat cu telescoapele optice tradiționale.

Un exerciţiu de imaginaţie…

Chiar şi această culoare a Universului identificată recent – “Cosmic Latte” – spun astronomii, va dura doar o perioadă, pentru că, pe măsură ce stelele mari, albastre îmbătrânesc și mor, va rămâne doar strălucirea roșie a stelelor pitice, iar în trilioane de ani şi lumina lor se va estompa, Universul devenind complet întunecat.

Deocamdată, culoarea Universului este una caldă – Cosmic Latte – şi, dacă am face un exerciţiu de imaginaţie, într-o noapte senină, cu străluciri alb-albăstrui ale stelelor, lângă lumina galben-portocalie a unui foc, savurând o cafea cu lapte, ne-am putea gândi că suntem scăldaţi în culori cosmice.