The universe bathes in a sea of light, from the blue-white flickering of young stars to the deep red glow of hydrogen clouds. Beyond the colors seen by human eyes, there are flashes of x-rays and gamma rays, powerful bursts of radio, and the faint, ever-present glow of the cosmic microwave background. The cosmos is filled with colors seen and unseen, ancient and new. But of all these, there was one color that appeared before all the others, the first color of the universe.

The universe began 13.8 billion years ago with the big bang. In its earliest moment, it was more dense and hot than it would ever be again. The big bang is often visualized as a brilliant flash of light appearing out of a sea of darkness, but that isn’t an accurate picture. The big bang didn’t explode into empty space. The big bang was an expanding space filled with energy.

At first, temperatures were so high that light didn’t exist. The cosmos had to cool for a fraction of a second before photons could appear. After about 10 seconds, the universe entered the photon epoch. Protons and neutrons had cooled into the nuclei of hydrogen and helium, and space was filled with a plasma of nuclei, electrons, and photons. At that time the temperature of the universe was about a billion degrees kelvin.

But even though there was light, there was not yet color. Color is something we can see, or at least some kind of eyes could see. During the photon-epoch temperatures were so high that light couldn’t penetrate the dense plasma. Color wouldn’t appear until the nuclei and electrons cooled enough to bind into atoms. It took 380,000 years for the universe to cool that much.

By then the observable universe was a transparent cosmic cloud of hydrogen and helium 84 million light-years across. By then, all those photons formed in the big bang were finally free to stream through space and time.

This is what we now see as the cosmic microwave background. That glow of light from a time when the universe could finally be seen. Over billions of years the glow has cooled to the point where it now has a temperature less than 3 degrees above absolute zero. When it first appeared, the universe was much warmer, about 3,000 K. The early universe was filled with a bright warm glow.

We have a good idea pf what that first color was. The early universe had an almost even temperature throughout, and its light had a distribution of wavelengths known as a blackbody. Many objects get their color from the type of material they are made of, but the color of a blackbody depends only on its temperature. A blackbody at about 3,000 K would have a bright orange-white glow, similar to the warm light of an old 60-watt light bulb.

Humans don’t see color very accurately. The color we perceive depends not only on the actual color of light but its brightness and whether our eyes are dark-adapted. If we could go back to the period of that first light, we would probably perceive an orange glow similar to firelight.

Over the next several hundred million years the faint orange glow would fade and redden as the universe continued to expand and cool. Eventually, the universe would fade to black. After about 400 million years the first stars began to appear, and new light appeared. Brilliant blue-white stars. As stars and galaxies appeared and evolved, the cosmos began to take on a new color.

In 2002 Karl Glazebrook and Ivan Baldry computed the average color from all the light we see from stars and galaxies today to determine the current color of the universe. It turned out to be a pale tan similar to the color of coffee with cream. They named the color cosmic latte.

Even this color will only last for a time. As large blue stars age and die, only the deep red glow of dwarf stars will remain. Finally, after trillions of years, even their light will fade, and the universe will become a sea of black. All colors fade in time, and time will carry us all into the dark.

But for now, the colors of the universe still paint us. And if you ever sit by a fire with a creamed coffee as you look up into the dark of night, know that you are bathed by cosmic colors. Past, present, and future.

Source: The 2dF galaxy redshift survey: Constraints on cosmic star formation history from the cosmic spectrum, by Baldry, et al.

Universul se scaldă într-o mare de lumină, de la albastrul alb-albastru al stelelor tinere până la strălucirea roșie profundă a norilor de hidrogen. Dincolo de culorile văzute de ochii umani, există licăriri de raze X și raze gamma, explozii puternice de radio și strălucirea slabă și permanentă a fundalului microundelor cosmice. Cosmosul este plin de culori văzute și nevăzute, antice și noi. Dar dintre toate acestea, a existat o singură culoare care a apărut înaintea tuturor celorlalte, prima culoare a universului.

Universul a început în urmă cu 13,8 miliarde de ani cu big bang-ul. În cel mai timpuriu moment, era mai dens și mai cald decât orice ne-am imagina. Big bang-ul este adesea vizualizat ca un fulger strălucitor de lumină care apare dintr-o mare de întuneric, dar aceasta nu este o imagine exactă. Big bang-ul nu a explodat în spațiul gol. Big bang-ul era un spațiu în expansiune plin de energie.

La început, temperaturile au fost atât de ridicate încât lumina nu a existat. Cosmosul a trebuit să se răcească pentru o fracțiune de secundă înainte să apară fotonii. După aproximativ 10 secunde, universul a intrat în epoca fotonului. Protonii și neutronii s-au răcit în nucleele de hidrogen și heliu, iar spațiul a fost umplut cu o plasmă de nuclee, electroni și fotoni. La acea vreme temperatura universului era de aproximativ un miliard de grade kelvin.

Dar, deși era lumină, încă nu exista culoare. Culoarea este ceva ce putem vedea, sau cel puțin un fel de ochi ar fi putut vedea. În timpul epocii foton temperaturile au fost atât de ridicate încât lumina nu a putut pătrunde în plasma densă. Culoarea nu va apărea până când nucleele și electronii nu s-au răcit suficient încât să se lege în atomi. A fost nevoie de 380.000 de ani pentru ca universul să răcească atât de mult.

Pe atunci universul observabil era un nor cosmic transparent de hidrogen și heliu, de 84 de milioane de ani-lumină. Până atunci, toți acei fotoni formați în big bang erau în sfârșit liberi să curgă prin spațiu și timp.

Aceasta este ceea ce vedem acum ca fundal cosmic de microunde. Acea strălucire de lumină dintr-o perioadă în care universul putea fi văzut în sfârșit. De-a lungul a miliarde de ani, strălucirea s-a răcit până la punctul în care acum are o temperatură mai mică de 3 grade peste zero absolut. Când a apărut pentru prima dată, universul era mult mai cald, aproximativ 3.000 K. Universul timpuriu a fost umplut cu o strălucire strălucitoare.

Avem o idee bună despre ce a fost prima culoare. Universul timpuriu a avut o temperatură aproape uniformă pe tot parcursul, iar lumina lui a avut o distribuție a lungimilor de undă cunoscute sub numele de om negru. Multe obiecte își capătă culoarea din tipul de material din care sunt fabricate, dar culoarea unei persoane negre depinde doar de temperatura sa. O persoană neagră la aproximativ 3.000 K ar avea o strălucire de culoare alb-portocaliu, similară cu lumina caldă a unui bec vechi de 60 de wați.

Oamenii nu văd culoarea foarte precis. Culoarea pe care o percepem nu depinde doar de culoarea reală a luminii, ci și de luminozitatea acesteia și dacă ochii noștri sunt adaptați la întuneric. Dacă am putea să ne întoarcem la perioada primei lumini, probabil că am percepe o strălucire portocalie similară cu cea a focului.

Pe parcursul următoarelor câteva sute de milioane de ani, slaba strălucire portocalie s-ar estompa și înroși pe măsură ce universul continua să se extindă și să se răcorească. În cele din urmă, universul s-ar estompa la negru. După aproximativ 400 de milioane de ani au început să apară primele stele și a apărut o nouă lumină. Stele strălucitoare albastru-alb. Pe măsură ce stelele și galaxiile au apărut și au evoluat, cosmosul a început să ia o nouă culoare.
În 2002, Karl Glazebrook și Ivan Baldry au calculat culoarea medie din toată lumina pe care o vedem de la stele și galaxii astăzi pentru a determina culoarea actuală a universului. S-a dovedit a fi un bronz pal, similar cu culoarea cafelei cu cremă. Au numit culoarea cosmic latte.

Chiar și această culoare va dura doar un timp. Pe măsură ce stelele mari albastre îmbătrânesc și mor, doar strălucirea roșie profundă a stelelor pitice va rămâne. În cele din urmă, după trilioane de ani, chiar și lumina lor va dispărea, iar universul va deveni o mare de negru. Toate culorile se estompează în timp, iar timpul ne va duce pe toți în întuneric.

Dar, deocamdată, culorile universului încă ne pictează. Și dacă stai vreodată lângă foc cu o cafea  în timp ce privești în întunericul nopții, știi că ești scăldat de culori cosmice. Trecut, prezent și viitor.

***