Vera Rubin and Dark Matter
彼女の父は天文学でのキャリアの機会について疑わしいでしたが、彼は彼女が彼女自身の望遠鏡を構築し、アマチュア天文学者の会議に彼女と一緒に行くのを助けることによって彼女の興味をサポートしました。 彼女は名門女子大学ヴァッサーに奨学金を得て、そこで1948年に唯一の天文学専攻として卒業した。 大学院に応募すると、ルービンは天文学プログラムで”プリンストンは女性を受け入れない”と言われました。 （この政策は1975年まで放棄されなかった。 ルービンはコーネル大学に進学し、フィリップ-モリソン、リチャード-ファインマン、ハンス-ベテの下で物理学を学んだ。 その後、ジョージタウン大学に進学し、1954年に博士号を取得した（ジョージ-ガモウの下で、ジョージ-ワシントン大学に在籍していた）。
“渦巻銀河では、暗黒物質と光物質の比率は約十倍です。 それはおそらく私たちの無知と知識の比率のための良い数字です。 私たちは幼稚園から出ていますが、唯一の約三年生です。”-Vera Rubin
ジョージタウンで数年間教えた後、彼女は控えめな天文学プログラムを持っていたワシントンのカーネギー研究所で研究職を取った。 彼女の研究は、銀河のダイナミクスの観測に焦点を当てました。 彼女はケントフォード、非常に敏感な分光計を開発していた天文学者と提携しました。
RubinとFordは、渦巻銀河のさまざまな部分の星から来る光のスペクトルを広げるために分光計を使用しました。 銀河の円盤の中の星は、中心の周りをほぼ円形の軌道で移動します。 円盤が私たちの視線に傾いている場合、一方の星は私たちに近づき、他方の星は遠ざかります。 光源が私たちに向かって移動すると、光の波長が減少し（スペクトルの青色の端に向かってシフト）、光源が離れると波長が増加します（赤色の端に向かってシフト）。 これはドップラー効果と呼ばれ、波長シフトは観察者に対する光源の速度に比例します。 ルービンとフォードは、いくつかの銀河の円盤を横切るドップラーシフトを慎重に測定した。 彼らはその後、それらの銀河のさまざまな部分の星の軌道速度を計算することができます。
渦巻銀河の中心領域は可視星の濃度が最も高いため、天文学者は銀河の質量の大部分、したがって重力もその中心に集中すると仮定しました。 その場合、星が中心から離れているほど、予想される軌道速度は遅くなります。 同様に、私たちの太陽系では、外側の惑星は内側の惑星よりも太陽の周りをよりゆっくりと移動します。 星の軌道速度が銀河の中心からの距離にどのように依存するかを観察することによって、天文学者は原理的に質量が銀河全体にどのように分布しているかを計算することができました。
ルービンとフォードが渦巻銀河の軌道速度のドップラー観測を始めたとき、彼らはすぐに全く予想外のものを発見しました。 銀河の中心から遠く離れた、人口の少ない外側の地域の星は、近くの星と同じくらい速く動いていました。 銀河の目に見える質量は、そのような急速に動く星を軌道上に保持するのに十分な重力を持っていないので、これは奇妙でした。 それに続いて、目に見える星が比較的少ない銀河の外側の領域には、目に見えない物質が膨大に存在しなければならなかった。 ルービンとフォードは、いくつかの六十渦巻銀河を研究し続け、常に同じことを発見しました。 「あなたが渦巻銀河で見るものは、あなたが得るものではありません」とRubinは結論づけました。”
彼女の計算は、銀河が目に見える星によって説明することができるように約十倍の”暗い”質量を含んでいなければならないことを示しました。 要するに、銀河の質量の少なくとも90％、したがって観測可能な宇宙では、目に見えないと正体不明です。 その後、ルービンは、宇宙で目に見えない質量の以前の証拠について、大学院生として学んだことを思い出しました。 1933年、フリッツ・ツヴィッキーはコマ銀河団内の銀河全体のドップラー速度を解析した。 彼は、クラスター内の個々の銀河が非常に速く動いていることを発見し、クラスターがその目に見える質量の重力によってのみ一緒に保持されていた場合、彼らは脱出するだろう。 クラスターは離れて飛んでいる兆候を示さないので、それを結合するためには、目に見える物質の約十倍の”暗黒物質”の優位性を含まなければなりません。 Zwickyの結論は正しかったが、彼の同僚は懐疑的だった。 ルービンは、彼女がツヴィッキーのダークマターの説得力のある証拠を発見したことに気づいた。 宇宙の質量の大部分は確かに私たちの見解から隠されています。
多くの天文学者は、最初はこの結論を受け入れることに消極的でした。 しかし、観察は非常に明確であり、解釈は非常に簡単であったため、すぐにRubinが正しくなければならないことに気付きました。 明るい星は、銀河を構成するはるかに大きな質量の目に見えるトレーサーだけです。 星は、銀河の質量の大部分を構成する目に見えない暗黒物質の巨大な球状の”ハロー”の内側の領域のみを占めています。 おそらく、銀河の間の広大な空間には、その存在を追跡するための目に見える星がなくても、ダークマターの大きな蓄積さえあります。 しかし、もしそうなら、彼らは観察するのが非常に難しいでしょう。
そして、この”暗黒物質”は、これまでのところ、星への重力の影響を除いて観測されていませんでしたか？ この問題は、今日の天文学の主要な未解決の謎の一つです。 多くの理論的および観測的天文学者は、それに答えようと努力しています。
Vera Rubinは銀河を探索し続けています。 1992年には、円盤内の星の半分が一方向に、半分が反対方向に公転しており、両方の系が混在している銀河（NGC4550）を発見した。 おそらく、これは反対方向に回転する二つの銀河の合併に起因しています。 ルービンはその後、同様に奇妙な行動のいくつかの他のケースを発見しました。 最近では、彼女と彼女の同僚は、大おとめ座銀河団の銀河の半分が他の銀河との密接な重力の出会いのために外乱の兆候を示すことを発見しました。
彼女の業績が認められ、Vera Rubinは国立科学アカデミーに選出され、1993年に国立科学メダルを授与されました。 しかし、彼女のキャリアを通して、ルービンは地位や称賛を求めていません。 むしろ、彼女の目標は、科学的発見の個人的な満足でした。 「私たちは新しい世界を覗いてきました」と彼女は書いています、そしてそれは私たちが想像していたよりも神秘的で複雑であることを見ました。 宇宙のさらに多くの謎は隠されたままです。 彼らの発見は、将来の冒険的な科学者を待っています。 私はこのようにそれが好きです。”