Vera Rubin, Amerykańska astronom, która ustaliła obecność ciemnej materii w galaktykach, mierzy widma w Lata 70. Zdjęcie dzięki uprzejmości very Rubin.

chociaż jej ojciec był wątpliwy co do możliwości kariery w astronomii, wspierał jej zainteresowanie, pomagając jej zbudować własny teleskop i udając się z nią na spotkania astronomów-amatorów. Otrzymała stypendium w prestiżowym women ’ s college Vassar, gdzie w 1948 ukończyła jako jedyna astronomię. Ubiegając się o studia magisterskie, Rubin został poinformowany, że „Princeton nie akceptuje kobiet” w programie astronomicznym. (Polityka ta została zaniechana dopiero w 1975 roku.), Gdzie studiowała fizykę pod kierunkiem Philipa Morrisona, Richarda Feynmana i Hansa Bethe ’ a. Następnie wyjechała na Georgetown University, gdzie w 1954 roku uzyskała doktorat (pod kierunkiem George ’ a Gamowa, który był w pobliżu George Washington University).

„w galaktyce spiralnej stosunek ciemnej do jasnej materii wynosi około dziesięciu. To prawdopodobnie dobra Liczba dla stosunku naszej niewiedzy do wiedzy. Wyszliśmy z przedszkola, ale dopiero w trzeciej klasie.”- Vera Rubin

po kilku latach nauki w Georgetown, objęła stanowisko badawcze w Carnegie Institution w Waszyngtonie, gdzie miała skromny program astronomiczny. Jej prace koncentrowały się na obserwacjach dynamiki galaktyk. Nawiązała współpracę z Kentem Fordem, astronomem, który opracował niezwykle czuły spektrometr.

Rubin i Ford wykorzystali spektrometr do rozmieszczenia widma światła pochodzącego z gwiazd w różnych częściach galaktyk spiralnych. Gwiazdy w Dysku galaktyki poruszają się po mniej więcej kołowych orbitach wokół centrum. Jeśli dysk jest nachylony do naszej linii wzroku, gwiazdy po jednej stronie zbliżają się do nas, podczas gdy te po drugiej stronie oddalają się. Kiedy Źródło światła porusza się w naszym kierunku, widzimy spadek długości fal światła (przesunięcie w kierunku niebieskiego końca widma), a kiedy źródło oddala się, widzimy wzrost długości fal (przesunięcie w kierunku czerwonego końca). Nazywa się to efektem Dopplera, a przesunięcie długości fali jest proporcjonalne do prędkości Źródła światła względem obserwatora. Rubin i Ford dokonali dokładnych pomiarów przesunięć Dopplera pomiędzy dyskami kilku galaktyk. Następnie mogli obliczyć prędkości orbitalne gwiazd w różnych częściach tych galaktyk.

ponieważ obszar jądra galaktyki spiralnej ma najwyższe stężenie widocznych gwiazd, astronomowie zakładali, że większość masy, a tym samym grawitacji galaktyki będzie również skoncentrowana w kierunku jej centrum. W takim przypadku, im dalej gwiazda znajduje się od centrum, tym wolniejsza jest jej oczekiwana prędkość orbitalna. Podobnie w naszym Układzie Słonecznym zewnętrzne planety poruszają się wolniej wokół Słońca niż wewnętrzne. Obserwując, w jaki sposób prędkość orbitalna gwiazd zależy od ich odległości od centrum galaktyki, astronomowie w zasadzie mogli obliczyć, w jaki sposób masa jest rozłożona w całej galaktyce.

Kiedy Rubin i Ford rozpoczęli dopplerowskie obserwacje prędkości orbitalnych w galaktykach spiralnych, natychmiast odkryli coś zupełnie nieoczekiwanego. Gwiazdy oddalone od centrów galaktyk, w słabo zaludnionych regionach zewnętrznych, poruszały się tak szybko, jak te bliżej. Było to dziwne, ponieważ widzialna masa galaktyki nie ma wystarczającej grawitacji, aby utrzymać tak szybko poruszające się gwiazdy na orbicie. Wynikało z tego, że w zewnętrznych rejonach galaktyk, gdzie widocznych gwiazd jest stosunkowo niewiele, musi istnieć ogromna ilość niewidzialnej materii. Rubin i Ford badali 60 galaktyk spiralnych i zawsze znajdowali to samo. – To, co widzisz w galaktyce spiralnej-podsumował Rubin-nie jest tym, co dostajesz.”

jej obliczenia wykazały, że galaktyki muszą zawierać około dziesięć razy więcej” ciemnej ” masy, niż może to być rozliczone przez widoczne gwiazdy. Krótko mówiąc, co najmniej dziewięćdziesiąt procent masy w galaktykach, a zatem w obserwowalnym wszechświecie, jest niewidoczny i niezidentyfikowany. Wtedy Rubin przypomniała sobie coś, czego nauczyła się jako absolwentka o wcześniejszych dowodach na niewidzialną masę we wszechświecie. W 1933 roku Fritz Zwicky przeanalizował prędkości dopplerowskie całych galaktyk w obrębie gromady Coma. Odkrył, że poszczególne galaktyki w gromadzie poruszają się tak szybko, że uciekłyby, gdyby Gromada była trzymana razem tylko przez grawitację jej widzialnej masy. Ponieważ Gromada nie wykazuje oznak rozchodzenia się, musi zawierać przewagę”ciemnej materii” —około dziesięć razy więcej niż widzialna Materia-aby ją związać. Wniosek Zwicky ’ ego był słuszny, ale jego koledzy byli sceptyczni. Rubin zdała sobie sprawę, że odkryła przekonujące dowody na istnienie ciemnej materii Zwicky ’ ego. Większość masy wszechświata jest rzeczywiście ukryta przed naszym widokiem.

wielu astronomów początkowo niechętnie przyjmowało ten wniosek. Ale obserwacje były tak jednoznaczne, a interpretacja tak prosta, że wkrótce zorientowali się, że Rubin musi mieć rację. Jasne gwiazdy są tylko widocznymi znacznikami o znacznie większej masie, która tworzy galaktykę. Gwiazdy zajmują tylko wewnętrzne obszary ogromnego kulistego „halo” niewidzialnej ciemnej materii, które obejmuje większość masy galaktyki. Być może istnieją nawet duże nagromadzenia ciemnej materii w rozległych przestrzeniach między galaktykami, bez żadnych widocznych gwiazd, które mogłyby prześledzić ich obecność. Ale jeśli tak, byłoby to bardzo trudne do zaobserwowania.

a czym jest ta „ciemna materia”, do tej pory niezauważona poza wpływem jej grawitacji na Gwiazdy? Pytanie to jest jedną z głównych nierozwiązanych zagadek dzisiejszej astronomii. Wielu astronomów teoretycznych i obserwacyjnych ciężko pracuje, próbując na to odpowiedzieć.

Vera Rubin kontynuuje badania galaktyk. W 1992 roku odkryła galaktykę (NGC 4550), w której połowa gwiazd na dysku krąży w jednym kierunku, a połowa w przeciwnym kierunku, przy czym oba układy wzajemnie się przenikają. Być może wynikało to z połączenia się dwóch galaktyk obracających się w przeciwnych kierunkach. Rubin znalazł kilka innych przypadków podobnych dziwacznych zachowań. Niedawno, ona i jej współpracownicy odkryli, że połowa galaktyk w Wielkiej gromadzie Virgo wykazuje oznaki zaburzeń z powodu bliskich grawitacyjnych spotkań z innymi galaktykami.

w uznaniu jej osiągnięć Vera Rubin została wybrana do Narodowej Akademii Nauk, a w 1993 roku otrzymała National Medal of Science. Jednak przez całą swoją karierę Rubin nie szukał statusu ani uznania. Jej celem było raczej osobiste zadowolenie z odkryć naukowych. „Zajrzeliśmy w Nowy Świat,” napisała, ” i zobaczyliśmy, że jest on bardziej tajemniczy i bardziej złożony, niż sobie wyobrażaliśmy. Jeszcze więcej tajemnic wszechświata pozostaje ukrytych. Ich odkrycie czeka na odważnych naukowców przyszłości. Podoba mi się to.”