За кілька днів до Нового року прийшла звістка про смерть видатного астрофізика Віри Рубін. Її ім'я може бути не дуже добре знайоме людині, далекій від астрономії, але саме її роботи в середині XX століття зробили вирішальний внесок у прийняття науковою спільнотою темної матерії, яка «збільшила» масу Всесвіту в п'ять разів.
Сам термін «темна матерія» ще в 1930-х запропонував Фріц Цвікке - знаменитий астрофізик, який вивчав рух скупчення Волосся Вероніки. Використовуючи повсюдно застосовувану в астрофізиці теорему про віріал, яка пов'язувала кутову швидкість об'єктів в замкнутій системі з їх масою, він прийшов до висновку, що маса скупчення повинна бути в десятки разів більше тієї, яку ми отримаємо, якщо складемо разом всі зірки, газ і пил. Однак, тоді, в 1930-ті, люди тільки недавно дізналися про існування галактик, теорія гравітації Ейнштейна ще не була перевірені досить точно, ядерна фізика робила перші кроки - загалом, ніхто особливо не здивувався, що перші вимірювання швидкостей галактик так сильно відрізнялися від передбачених, і «темна матерія», швидше, використовувалася в значенні «щось, чого ми не враховуємо, але що зникне при більш достовірних експериментах».
Віра Рубін народилася в США в 1928 році і починала свою наукову кар'єру в ті часи, коли жінки майже не займалися наукою - їх насилу брали в аспірантуру (жінки не могли офіційно вчитися в магістратурі або аспірантурі Прінстона до 1975 року!), не давали викладати, не запрошували на наукові конференції. Відомі нам жінки астрофізики того часу - це швидше виняток. Так Генрієтта Лівітт відкрила закони змінності цефеїд саме тому, що групі освічених і розумних жінок дали розбирати величезний обсяг накопичених знань, де не передбачалося ніякого відкриття.
Тим не менш, Віра Рубін з перших кроків проявила себе блискучим студентом і вченим. Ну і, звичайно, їй пощастило з професорами - вона працювала з Річардом Фейнманом і Хансом Бете, її науковим керівником був Георгій Гамов. Докторська дисертація Віри Рубін була присвячена локальному порушенню закону Хаббла про розбігання галактик. Вона змогла показати, що незважаючи на те, що галактики, в цілому, віддаляються один від одного, деякі з них все ж утворюють гравітаційно пов'язані системи - скупчення галактик. Висновки, зроблені в її дисертації, не приймалися всерйоз протягом приблизно 20 років, поки нові дані не довели існування скупчень і надскупчень галактик. Варто додати, що сама Віра Рубін визнавала свою роботу сируватою, а ряд припущень недостатньо добре обґрунтованим, хоча багато її колег стверджували, що якби подібну роботу зробив чоловік, ці результати були б прийняті з більшою увагою. Пізніше вона повернулася до роботи над цією темою, і спостерігається зараз рух найближчих галактик у напрямку сузір'їв Гідри і Центавра називають ефектом Рубін-Форда.
Наприкінці 1960-х років Віра разом зі своїм колегою Кентом Фордом приступила до вимірювань швидкості обертання галактики Андромеда. Незважаючи на те, що зірки летять у просторі зі швидкістю під 200 кілометрів на секунду, побачити їх рух у телескоп на такій відстані, звичайно, неможливо. Для визначення швидкості використовують ефект Допплера - якщо галактика повернута до нас боком, то частина зірок будуть летіти на нас, а частина від нас (уявіть, що ви дивитеся на обертову музичну платівку з ребра). У цьому випадку світло від зірок, які летять до нас, буде зміщено в блакитну область спектра, а у тих, хто летить від нас, - в червону. На словах це виглядає зрозуміло, але провести ці вимірювання в середині XX століття для зірок, які знаходяться від нас на відстані 2,5 мільйона світлових років, було надзвичайно непросто. Наприклад, в той час ще не було ніяких CCD матриць і для фіксації зображення телескопа використовувалися фотопластинки, які потім вручну обраховувалися - зміщення спектральних ліній вимірювалося лінійкою.
У той час астрономи вже знали, що галактика складається не тільки з зірок, - в ній є величезні обсяги водню і пилу (пізніше були виявлені більш складні молекули), - і що зірки розташовані тільки в центральній частині галактики, а сама вона за розмірами набагато більше. Для того щоб краще розібратися в динаміці галактик, Віра Рубін почала вимірювати швидкість хмар водню в найближчій до нас галактиці Андромеди. І тут прийшли перші несподівані результати. Справа в тому, що, згідно із законами руху, відкритим Ньютоном, чим далі тіло від центру обертання, тим нижче його кутова швидкість. Саме тому рік на Меркурії триває всього 88 днів, а на Юпітері - 12 земних років. Те ж саме очікувала побачити Віра Рубін. Однак швидкість зірок була приблизно одна і та ж аж до самих зовнішніх кордонів галактики.
Це можна було пояснити тільки тим, що є ще якась невидима маса, яка впливає на рух всіх тіл в галактиці, - тому що зовнішні області галактики оберталися так швидко, що їх повинно було викинути з Андромеди відцентровими силами. Більш того, маса була розподілена дуже незвично - її не можна було пояснити присутністю великої кількості тьмяних зірок, чорних дір, планет або газу.
Відразу почалися спроби пояснити таку поведінку недоліком теорії гравітації - було зроблено безліч пропозицій, наприклад, замінити загальну теорію відносності Ейнштейна модифікованою ньютонівською механікою (MOND), але це призводило до суперечностей з іншими спостереженнями. Сама Віра Рубін зауважувала, що їй би хотілося, щоб MOND виявилася вірною, тому що в цьому випадку не довелося б вводити у фізику нові, та ще й не виявлені частинки темної матерії.
За десятиліття роботи Віра Рубін зібрала переконливі докази існування темної матерії і в інших галактиках. Нові роботи астрофізиків усього світу показали, що розрахунки гравітаційного лінзування, динаміка руху нових скупчень галактик, розподіл речовини в знаменитому скупченні Куля узгоджуються зі спостереженнями, тільки якщо допустити існування темної матерії. З кінця 1970-х років темна матерія міцно зайняла своє місце в теоретичних моделях, космологічних симуляціях і умах астрофізиків - спроби знайти її частинки (або пояснити, чому цих частинок не повинно бути зовсім) тривають досі.
Віра Рубін працювала в інституті Карнегі (там же працював Едвін Хаббл), її остання робота вийшла в 2013-му році, а всього вона була головним автором більш ніж двох десятків наукових статей. У 1993-му році Рубін отримала Національну наукову медаль США - найвищу державну нагороду за видатний внесок у галузі науки.
"Моє життя було цікавою подорожжю. Я стала астрономом, тому що не могла навіть уявити, як можна жити на Землі і не думати про те, як влаштований Всесвіт. Моя наукова кар'єра завжди була пов'язана з обертанням галактик і рухом галактик у Всесвіті. У 1965-му, якщо з вами була удача і вам було цікаво спостерігати, ви могли просто зайти в наукову лабораторію, де будувалися телескопи, які дозволяли отримувати дані в 10 разів швидше, ніж раніше. І робити дивовижний відкриття ", - Віра Рубін (1928 - 2016).