Vera Rubin és a sötét anyag
bár apja kételkedett a csillagászati karrierlehetőségekben, támogatta az érdeklődését azzal, hogy segített neki saját távcsövet építeni, és amatőr csillagászok találkozóira ment vele. Ösztöndíjat kapott a rangos női főiskolára Vassar, ahol 1948-ban az egyetlen csillagász szakon végzett. A posztgraduális iskolákra jelentkezve Rubinnak azt mondták, hogy” Princeton nem fogad el nőket ” a csillagászati programban. (Ezt a politikát 1975-ig nem hagyták el.) Rubin a Cornellre jelentkezett, ahol fizikát tanult Philip Morrison, Richard Feynman és Hans Bethe vezetésével. Ezután folytatta Georgetown Egyetem, ahol megszerezte Ph.D. 1954-ben (alatt George Gamow, aki a közelben volt George Washington Egyetem).
“egy spirálgalaxisban a sötét-világos anyag aránya körülbelül tízszerese. Ez valószínűleg jó szám a tudatlanságunk / tudásunk arányához. Kijöttünk az óvodából, de csak harmadikban.”- Vera Rubin
miután néhány évig tanított Georgetownban, kutatási pozíciót töltött be a washingtoni Carnegie Intézetben, amelynek szerény csillagászati programja volt. Munkája a galaxisok dinamikájának megfigyelésére összpontosított. Ő összeállt Kent Ford, egy csillagász, aki kifejlesztett egy rendkívül érzékeny spektrométer.
Rubin és Ford a spektrométert arra használta, hogy a spirálgalaxisok különböző részein lévő csillagokból érkező fény spektrumát szétosztsa. A galaxis korongjában lévő csillagok nagyjából kör alakú pályákon mozognak a központ körül. Ha a korong a látóvonalunkra hajlik, az egyik oldalon lévő csillagok közelednek hozzánk, míg a másik oldalon lévő csillagok elmozdulnak. Amikor egy fényforrás felénk mozog, a fény hullámhosszának csökkenését látjuk (eltolódás a spektrum kék vége felé), és amikor a forrás elmozdul, a hullámhosszak növekedését látjuk (eltolódás a piros vég felé). Ezt Doppler-effektusnak nevezzük, és a hullámhossz-eltolódás arányos a fényforrás sebességével a megfigyelőhöz képest. Rubin és Ford gondosan mérték a Doppler eltolódásokat több galaxis korongjain. Ezután kiszámíthatják a csillagok orbitális sebességét a galaxisok különböző részein.
mivel egy spirálgalaxis magterületén a látható csillagok koncentrációja a legmagasabb, a csillagászok azt feltételezték, hogy a galaxis tömegének és így gravitációjának nagy része is a középpontja felé koncentrálódik. Ebben az esetben minél távolabb van egy csillag a középponttól, annál lassabb a várható keringési sebessége. Hasonlóképpen, naprendszerünkben a külső bolygók lassabban mozognak a Nap körül, mint a belső bolygók. Megfigyelve, hogy a csillagok keringési sebessége hogyan függ a galaxis középpontjától való távolságuktól, a csillagászok elvileg kiszámíthatják, hogyan oszlik el a tömeg a galaxisban.
amikor Rubin és Ford elkezdtek Doppler megfigyeléseket végezni a spirális galaxisok keringési sebességéről, azonnal felfedeztek valami teljesen váratlan dolgot. A galaxisok középpontjától távol eső csillagok, a ritkán lakott külső régiókban, ugyanolyan gyorsan mozogtak, mint azok, akik közelebb vannak. Ez furcsa volt, mert a galaxis látható tömege nem rendelkezik elegendő gravitációval ahhoz, hogy ilyen gyorsan mozgó csillagokat tartson a pályán. Ebből következett, hogy óriási mennyiségű láthatatlan anyagnak kellett lennie a galaxisok külső régióiban, ahol a látható csillagok viszonylag kevés. Rubin és Ford mintegy hatvan spirálgalaxist tanulmányoztak, és mindig ugyanazt találták. “Amit egy spirálgalaxisban látunk, az nem az, amit kapunk.”
számításai azt mutatták, hogy a galaxisoknak körülbelül tízszer annyi” sötét ” tömeget kell tartalmazniuk, mint amennyit a látható csillagok elszámolnak. Röviden, a galaxisok tömegének legalább kilencven százaléka, tehát a megfigyelhető univerzumban láthatatlan és azonosítatlan. Aztán Rubin eszébe jutott valami, amit végzős hallgatóként megtanult a világegyetem láthatatlan tömegének korábbi bizonyítékairól. 1933-ban Fritz Zwicky elemezte a Coma klaszteren belüli teljes galaxisok Doppler-sebességét. Megállapította, hogy a klaszteren belüli egyes galaxisok olyan gyorsan mozognak, hogy elmenekülnének, ha a klasztert csak a látható tömegének gravitációja tartaná össze. Mivel a klaszter nem mutat szétrepülés jeleit, a “sötét anyag”túlsúlyát kell tartalmaznia—körülbelül tízszer nagyobb, mint a látható anyag—, hogy összekapcsolja. Zwicky következtetése helyes volt, de kollégái szkeptikusak voltak. Rubin rájött, hogy meggyőző bizonyítékokat fedezett fel Zwicky sötét anyagára. Az univerzum tömegének nagy része valóban el van rejtve a nézetünk elől.
sok csillagász kezdetben vonakodott elfogadni ezt a következtetést. De a megfigyelések annyira egyértelműek voltak, és az értelmezés olyan egyértelmű volt, hogy hamarosan rájöttek, hogy Rubinnak igaza van. A világító csillagok csak egy sokkal nagyobb tömeg látható nyomjelzői, amelyek egy galaxist alkotnak. A csillagok csak a láthatatlan sötét anyag hatalmas gömb alakú “glóriájának” belső régióit foglalják el, amely a galaxis tömegének nagy részét tartalmazza. Talán még a sötét anyag jelentős felhalmozódása is van a galaxisok közötti hatalmas terekben, anélkül, hogy látható csillagok lennének a jelenlétük nyomon követésére. De ha igen, akkor nagyon nehéz lenne megfigyelni őket.
és mi ez a “sötét anyag”, amelyet eddig nem figyeltek meg, kivéve a gravitációjának a csillagokra gyakorolt hatását? A kérdés ma a csillagászat egyik legnagyobb megoldatlan rejtélye. Sok elméleti és megfigyelő csillagász keményen dolgozik azon, hogy válaszoljon rá.
Vera Rubin folytatja a galaxisok felfedezését. 1992-ben felfedezett egy galaxist (NGC 4550), amelyben a lemezen lévő csillagok fele egy irányban, fele az ellenkező irányba kering, mindkét rendszer összekeveredik! Talán ez két ellentétes irányban forgó galaxis egyesüléséből adódott. Rubin azóta számos más, hasonlóan bizarr viselkedést talált. Újabban kollégáival azt találták, hogy a nagy Szűz klaszter galaxisainak fele zavarok jeleit mutatja más galaxisokkal való szoros gravitációs találkozás miatt.
eredményei elismeréseként Vera Rubint megválasztották a Nemzeti Tudományos Akadémiára, 1993-ban pedig elnyerte a Nemzeti Tudományos érmet. De karrierje során Rubin nem keresett státuszt vagy elismerést. Célja inkább a tudományos felfedezés személyes elégedettsége volt. “Belenéztünk egy új világba, és láttuk, hogy az sokkal titokzatosabb és összetettebb, mint gondoltuk. Az univerzum még több rejtélye rejtve marad. Felfedezésük a jövő kalandos tudósaira vár. Így szeretem.”