Vera Rubin y la Materia Oscura
Aunque su padre dudaba de las oportunidades de carrera en astronomía, apoyó su interés ayudándola a construir su propio telescopio y acompañándola a reuniones de astrónomos aficionados. Obtuvo una beca en el prestigioso Women’s college Vassar, donde se graduó como la única estudiante de astronomía en 1948. Al aplicar a las escuelas de posgrado, se le dijo a Rubin que» Princeton no acepta mujeres » en el programa de astronomía. (Esa política no fue abandonada hasta 1975. Sin desanimarse, Rubin aplicó a Cornell, donde estudió física con Philip Morrison, Richard Feynman y Hans Bethe. Luego pasó a la Universidad de Georgetown, donde obtuvo su doctorado en 1954 (con George Gamow, que estaba cerca en la Universidad George Washington).
«En una galaxia espiral, la relación entre la materia oscura y la luz es de aproximadamente un factor de diez. Ese es probablemente un buen número para la relación entre nuestra ignorancia y conocimiento. Estamos fuera del jardín de infantes, pero sólo en el tercer grado.»- Vera Rubin
Después de enseñar durante unos años en Georgetown, tomó un puesto de investigación en la Institución Carnegie en Washington, que tenía un modesto programa de astronomía. Su trabajo se centró en las observaciones de la dinámica de las galaxias. Se asoció con Kent Ford, un astrónomo que había desarrollado un espectrómetro extremadamente sensible.
Rubin y Ford usaron el espectrómetro para extender el espectro de luz proveniente de las estrellas en diferentes partes de galaxias espirales. Las estrellas en el disco de una galaxia se mueven en órbitas aproximadamente circulares alrededor del centro. Si el disco está inclinado a nuestra línea de visión, las estrellas de un lado se acercan a nosotros mientras que las del otro lado se alejan. Cuando una fuente de luz se mueve hacia nosotros, vemos una disminución en las longitudes de onda de la luz (un desplazamiento hacia el extremo azul del espectro), y cuando la fuente se aleja, vemos un aumento en las longitudes de onda (un desplazamiento hacia el extremo rojo). Esto se llama efecto Doppler, y el cambio de longitud de onda es proporcional a la velocidad de la fuente de luz en relación con el observador. Rubin y Ford hicieron mediciones cuidadosas de los desplazamientos Doppler a través de los discos de varias galaxias. Luego podrían calcular las velocidades orbitales de las estrellas en diferentes partes de esas galaxias.
Debido a que la región central de una galaxia espiral tiene la mayor concentración de estrellas visibles, los astrónomos asumieron que la mayor parte de la masa y, por lo tanto, la gravedad de una galaxia también se concentraría hacia su centro. En ese caso, cuanto más lejos esté una estrella del centro, más lenta será su velocidad orbital esperada. De manera similar, en nuestro sistema solar, los planetas exteriores se mueven más lentamente alrededor del Sol que los interiores. Observando cómo la velocidad orbital de las estrellas depende de su distancia al centro de una galaxia, los astrónomos, en principio, podrían calcular cómo se distribuye la masa por toda la galaxia.
Cuando Rubin y Ford comenzaron a hacer observaciones Doppler de las velocidades orbitales en galaxias espirales, inmediatamente descubrieron algo completamente inesperado. Las estrellas alejadas de los centros de las galaxias, en las regiones exteriores escasamente pobladas, se movían tan rápido como las más cercanas. Esto era extraño, porque la masa visible de una galaxia no tiene suficiente gravedad para mantener en órbita estrellas en movimiento tan rápido. Se siguió que tenía que haber una enorme cantidad de materia invisible en las regiones exteriores de las galaxias donde las estrellas visibles son relativamente pocas. Rubin y Ford estudiaron unas sesenta galaxias espirales y siempre encontraron lo mismo. «Lo que ves en una galaxia espiral,» concluyó Rubin, » no es lo que obtienes.»
Sus cálculos mostraron que las galaxias deben contener alrededor de diez veces más masa «oscura» que la que pueden representar las estrellas visibles. En resumen, al menos el noventa por ciento de la masa en las galaxias, y por lo tanto en el universo observable, es invisible y no identificada. Entonces Rubin recordó algo que aprendió como estudiante de posgrado sobre la evidencia anterior de masa invisible en el universo. En 1933, Fritz Zwicky había analizado las velocidades Doppler de galaxias enteras dentro del cúmulo de Coma. Descubrió que las galaxias individuales dentro del cúmulo se están moviendo tan rápido que escaparían si el cúmulo se mantuviera unido solo por la gravedad de su masa visible. Dado que el cúmulo no muestra signos de separarse, debe contener una preponderancia de «materia oscura», unas diez veces más que la materia visible, para unirlo. La conclusión de Zwicky era correcta, pero sus colegas se habían mostrado escépticos. Rubin se dio cuenta de que había descubierto pruebas convincentes de la materia oscura de Zwicky. La mayor parte de la masa del universo está realmente oculta a nuestra vista.
Muchos astrónomos fueron inicialmente reacios a aceptar esta conclusión. Pero las observaciones eran tan inequívocas y la interpretación tan directa que pronto se dieron cuenta de que Rubin tenía que tener razón. Las estrellas luminosas son solo los trazadores visibles de una masa mucho mayor que forma una galaxia. Las estrellas ocupan solo las regiones interiores de un enorme «halo» esférico de materia oscura invisible que comprende la mayor parte de la masa de una galaxia. Tal vez haya grandes acumulaciones de materia oscura en los vastos espacios entre galaxias, sin estrellas visibles que rastreen su presencia. Pero si es así, serían muy difíciles de observar.
¿Y qué es esta «materia oscura», hasta ahora no observada, excepto por el efecto de su gravedad en las estrellas? La pregunta es uno de los mayores misterios sin resolver de la astronomía actual. Muchos astrónomos teóricos y observacionales están trabajando arduamente para responder.
Vera Rubin continúa explorando las galaxias. En 1992, descubrió una galaxia (NGC 4550) en la que la mitad de las estrellas en el disco están orbitando en una dirección y la mitad en la dirección opuesta, ¡con ambos sistemas entremezclados! Tal vez esto fue el resultado de la fusión de dos galaxias que giraban en direcciones opuestas. Desde entonces, Rubin ha encontrado varios otros casos de comportamiento extraño similar. Más recientemente, ella y sus colegas descubrieron que la mitad de las galaxias en el gran cúmulo de Virgo muestran signos de perturbaciones debido a encuentros gravitacionales cercanos con otras galaxias.En reconocimiento a sus logros, Vera Rubin fue elegida miembro de la Academia Nacional de Ciencias y en 1993 recibió la Medalla Nacional de Ciencia. Pero a lo largo de su carrera, Rubin no ha buscado estatus ni reconocimiento. Más bien, su objetivo ha sido la satisfacción personal del descubrimiento científico. «Hemos mirado a un mundo nuevo», escribió, » y hemos visto que es más misterioso y más complejo de lo que habíamos imaginado. Aún más misterios del universo permanecen ocultos. Su descubrimiento espera a los aventureros científicos del futuro. Me gusta así.»