Продолжение исследований Веры Рубин
Вера Рубин была одной из немногих, кто посчитал статьи Пиблса и Острикера блестящими. Она знала и о работах Цвикки и Синклера, которые пришли к выводу, что столь серьезное расхождение невозможно объяснить погрешностью расчетов, поэтому Млечный Путь и некоторые спиральные галактики содержат несветящееся вещество, масса которого значительно превышает массу звезд. Другие астрономы отнеслись к статьям Пиблса и Острикера, мягко говоря, не очень тепло, а то и откровенно враждебно. Ведь получалось, что все годы астрономы изучали лишь 10 % того, что фактическим имелось на небе. Также большинство ученых не задумывались о взаимоотношении гравитации и галактик.
Об этом думала Вера Рубин. После того как они с Кентом Фордом закончили работу по туманности Андромеды, она снова обратилась к вопросу, над которым впервые задумалась еще перед получением степени магистра. Вселенная вращается или нет? Теперь Рубин формулировала вопрос и по-другому: распределение галактик и их скорость предполагают отсутствие единообразия за нашим участком Вселенной? То есть Вселенная не так проста, как ученые думали изначально?
Со времени первого выступления Веры Рубин на заседании Американского Астрономического Общества прошло 20 лет. Она стала известным ученым, ее находки подтвердили другие астрономы, в частности, Жерар-Анри де Вокулёр, с которым она вела постоянную переписку, опубликовал несколько работ, демонстрируя результаты, аналогичные ее собственным. К 1970-м годам вопрос неединообразного распределения галактик в ближайшей к нам части Вселенной уже не вызывал споров. Большинство астрономов приняли доказательства и смирились с тем, что некоторые галактики собираются в группы (скопления) в то время как вся Вселенная в целом расширяется. Однако большинство ученых считали, что на значительном удалении Вселенная будет единообразной во всех направлениях. Рубин, Форд и дочь Веры Юдифь, которая тогда была студенткой, но уже присоединились к работе матери, задались вопросом: а галактики действительно ведут себя таким образом?
Первая совместная работа была опубликована в 1973 году, предварительные данные оказались поразительными! Казалось, что группа галактик несется в одну из частей неба. Большая часть научного сообщества опять отвергла выводы Веры Рубин. Некоторые известные астрономы даже советовали ей прекратить исследования в этом направлении, чтобы не сломать свою карьеру. Но они с Фордом упрямо продолжали работу и в 1976 году опубликовали все полученные данные. Вера Рубин к тому времени устала от критики чуть ли не каждого своего шага. По ее словам, она недостаточно умна, чтобы объяснить, почему Вселенная такая, какая она есть. Но она такая.
Рубин и Форд продолжали наблюдения. Они находили подтверждения увиденного в туманности Андромеды, о чем писали еще в 1970 году, и того, что им показал Мортон Робертс в результате радионаблюдений той же галактики. Явления повторялись. Полной аналогии с планетарными системами в спиральной туманности Андромеды не существует. В результате измерений скоростей звезд и газовых облаков туманности Андромеды оказалось, что вдали от ее центра эти скорости примерно постоянны. Скорость планеты, обращающейся вокруг одиночной звезды, обратно пропорциональна квадратному корню из радиуса ее орбиты. Значит, по мере увеличения расстояния она монотонно убывает. Это связано с тем, что сила тяготения звезды убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, а других источников тяготения в этой системе нет. С другой стороны, основная масса галактики приходится на звезды и газовые скопления, находящиеся на значительных расстояниях от ее ядра. Поэтому скорости внутригалактических объектов по мере удаления от ядра должны возрастать, достигнуть максимума, а затем убывать до очень малых значений. Вот этого как раз обнаружить и не удалось: после прохождения максимума скорости уменьшались, однако к нулю не стремились.
«Наука развивается лучше всего, когда наблюдения заставляют нас изменить восприятие» – Вера Рубин
В целом Рубин и Форд изучили 60 галактик. В 1974 году они использовали уже новый 4-метровый телескоп, установленный в Национальной обсерватории Китт-Пик, диаметр которого в два раза превышал диаметр телескопа, с помощью которого они наблюдали за туманностью Андромеды. С помощью нового телескопа и спектрографа Форда они смогли изучать галактики, находящиеся глубже во Вселенной и дальше по рукавам спиралей.
В 1978 году Рубин и Форд опубликовали данные по еще восьми галактикам – кривые вращения при отражении взаимоотношения между расстоянием и скоростью на графике были ровными линиями. Те же данные получали и радиоастрономы.
Рубин добилась чего хотела. Собранные данные четко говорили об одном и том же. Наблюдатели и теоретики оспаривали и проверяли ее данные. Кто-то возражал: радионаблюдения не дают четкого представления, охватывают слишком большую часть неба для того, чтобы собрать надежные данные. Другие говорили, что Рубин изучала галактики с высокой светимостью, потому что их легче обнаружить – может, у них просто аномальная масса. Третьи – что кривые вращения эллиптических галактик будут отличаться от кривых вращения спиральных. Четвертые – что она просто просчиталась. Но даже самым яростным критикам было трудно спорить с единообразием собранных данных. Все скептики могли посмотреть на кривые вращения галактик. Можно увидеть источники света. Можно посчитать, какой должна бы быть масса в зависимости от движения галактики. И увидеть, что она получается другой.
Что мы имеем в результате? Однозначный вывод – своего рода невидимая темная материя должна быть рассеяна всюду по Вселенной. В 1977 году после конференции в Йельском университете у Веры Рубин сложилось впечатление, что многие астрономы хотят как-то избежать решения вопроса «темной материи» или надеются на это.
В 1979 году в «Ежегодном обзоре астрономии и астрофизики» была опубликована большая статья Сары Фабер и Джей Галлагер, которые пришли к выводу, что вопрос невидимой массы во Вселенной стоит очень остро. Результаты наблюдений и исследований веско доказывают ее существование. Эта статья сыграла очень большую роль, заставив большинство астрономов признать существование проблемы «скрытой массы». Астрономы знали, где она находится. Проблема состояла в том, что ее не видно! Ни невооруженным глазом, ни с помощью традиционных оптических телескопов, ни с помощью усовершенствованных, которые позволяли наблюдать Вселенную на любой длине волны. Она была вообще скрыта! Тогда как раз и вспомнили немецкое слово dunkle, которое Цвикки использовал еще в 1933 году. Так материя стала темной.
Но ведь никто никогда не говорил о том, что вся материя является излучающей. Люди это просто предполагали. Вера Рубин призывала астрономов спокойно признать, что они видят. Факт состоит в том, что только от 5 до 10 % Вселенной обладает светимостью. Но ведь когда Галилей заглянул в космос с помощью первого телескопа, он понял, что таким образом увидит больше Вселенной, чем мог видеть кто-либо раньше. Теперь же перед человечеством встала новая проблема: увидеть то, чего не видно даже с помощью самых мощных современных приборов и технологий.
