В конце семидесятых Вера Рубин и Кент Форд исследовали спиральную галактику Андромеды. Результаты, которые астрономы получали на перфокартах, их удивляли и даже тревожили. Казалось, спираль галактики вращалась совсем не так, как должна была по расчетам. Вещество на концах ее рукавов двигалось с той же скоростью, что и вещество в центре галактики.
Женщина, которая открыла темную материю
Archives & Special Collections, Vassar College Library

Не нужно быть астрофизиком с мировым именем, чтобы понять, что такое движение нарушает законы Ньютона. На то, чтобы сформулировать первые выводы из этих странных экспериментальных данных, у Рубин ушло два года. Ее перфокарты стали первым свидетельством существования темной материи.

Сейчас ученым известно, что темная материя составляет до 84% от всего вещества во вселенной. Она влияет на то, как движутся относительно друг друга галактики и скопления галактик.

Вера Рубин была одной из первых женщин в истории, получившей возможность работать в обсерватории Паломар в Сан-Диего. Звездами она увлеклась еще в детстве: рисовала падающие звезды, собрала телескоп и писала про звезды сочинения по литературе. В университете она нашла свою тему: динамику движения галактик. У астронома Джорджа (Георгия) Гамова Рубин почерпнула идею применить накопленные знания о вращении Млечного пути к другим галактикам и посмотреть, будет ли отличаться их динамика. Кроме того, Рубин искала общую ось или центр движения галактик (или доказательство того, что галактики движутся хаотично и независимо друг от друга).

Галактика Андромеды. Снимок космического телескопа Галактика Андромеды. Снимок космического телескопа

В ходе поисков она обнаружила плоскость, в которой было намного больше галактик, чем в любой другой. В этой плоскости находится и наша большая родина — суперкластер галактик. Однако ее работа была встречена волной критики, и никогда не была опубликована. Дальнейшие изыскания Рубин подтвердили, что галактики движутся согласованно, а не хаотически, объединяясь в гигантские группы. Познакомившись с Кентом Фордом в Институте магнетизма Земли Карнеги, Рубин начала работать с самым чувствительным на тот момент спектрометром — инструментом, разлагающим свет на волны с определенной длиной. Инструмент позволил изучать галактики не целиком, а наблюдать за их отдельными частями.

Вера Рубин Archives & Special Collections, Vassar College Library Вера Рубин настраивает 2,1-метровый спектрометр

Вместе Рубин и Форд стали наблюдать за квазарами — самыми яркими во вселенной объектами, галактиками, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Чтобы не разбрасываться (и экономить драгоценное время использования спектрометра) ученые решили сосредоточиться на галактике Андромеды. Тогда Рубин получила возможность вернуться к своим изысканиям по вращению галактик. Они увидели совсем не то, что ожидали. В Солнечной системе объекты, расположенные ближе к центру, движутся быстрее, чем объекты по краям. Масса порождает гравитацию, которая определяет скорость вращения. А поскольку в галактиках большая часть вещества — и большая масса — сосредоточены в центре, то в расчетах периферийные области движутся намного медленнее. Но в Андромеде все не так: периферийные области вращаются с той же скоростью, что и центр.

Темная материя, идею которой выдвинули Ян Оорт и Фриц Цвикки еще в 1932 году, стала единственным возможным объяснением этому феномену. Однажды Рубин нарисовала галактику Андромеды от руки, и паззл сложился: если облако темной материи существует в любой галактике, значит, оно может уравнивать распределение массы. Гравитация — а вместе с ней и скорость вращения — будут совпадать.