Tweeter button Facebook button Youtube button

Вера Рубин

28/12/2016
By
Вера Рубин

Вера Рубин

За несколько дней до Нового года пришло известие о смерти выдающегося астрофизика Веры Рубин. Ее имя может быть не очень хорошо знакомо человеку, далекому от астрономии, но именно ее работы в середине XX века внесли решающий вклад в принятие научным сообществом темной материи, которая «увеличила» массу Вселенной в пять раз.

Сам термин «темная материя» еще в 1930-х предложил Фриц Цвикке — знаменитый астрофизик, который изучал движение скопления Волос Вероники. Используя повсеместно применяемую в астрофизике теорему о вириале, которая связывала угловую скорость объектов в замкнутой системе с их массой, он пришел к выводу, что масса скопления должна быть в десятки раз больше той, которую мы получим, если сложим вместе все звезды, газ и пыль. Однако, тогда, в 1930-е, люди только недавно узнали о существовании галактик, теория гравитации Эйнштейна еще не была проверены достаточно точно, ядерная физика делала первые шаги — в общем, никто особо не удивился, что первые измерения скоростей галактик так сильно отличались от предсказанных, и «темная материя», скорее, использовалась в значении «что-то, чего мы не учитываем, но что исчезнет при более достоверных экспериментах».

Вера Рубин родилась в США в 1928 году и начинала свою научную карьеру в те времена, когда женщины почти не занимались наукой — их с трудом брали в аспирантуру (женщины не могли официально учиться в магистратуре или аспирантуре Принстона до 1975 года!), не давали преподавать, не приглашали на научные конференции. Известные нам женщины астрофизики того времени — это скорее исключение. Так Генриетта Ливитт открыла законы переменности цефеид именно потому, что группе образованных и умных женщин дали разбирать огромный объем накопленных знаний, где не предполагалось никакого открытия.

Тем не менее, Вера Рубин с первых шагов проявила себя блестящим студентом и ученым. Ну и, конечно, ей повезло с профессорами — она работала с Ричардом Фейнманом и Хансом Бете, ее научным руководителем был Георгий Гамов. Докторская диссертация Веры Рубин была посвящена локальному нарушению закона Хаббла о разбегании галактик. Она смогла показать, что несмотря на то, что галактики, в целом, удаляются друг от друга, некоторые из них все же образуют гравитационно связанные системы — скопления галактик. Выводы, сделанные в ее диссертации, не принимались всерьез в течение примерно 20 лет, пока новые данные не доказали существование скоплений и сверхскоплений галактик. Стоит добавить, что сама Вера Рубин признавала свою работу сыроватой, а ряд предположений недостаточно хорошо обоснованным, хотя многие ее коллеги утверждали, что если бы подобную работу сделал мужчина, эти результаты были бы приняты с бóльшим вниманием. Позже она вернулась к работе над этой темой, и наблюдаемое сейчас движение ближайших галактик в направлении созвездий Гидры и Центавра называют эффектом Рубин-Форда.

В конце 1960-х годов Вера вместе со своим коллегой Кентом Фордом приступила к измерениям скорости вращения галактики Андромеда. Несмотря на то, что звезды летят в пространстве со скоростью под 200 километров в секунду, увидеть их движение в телескоп на таком расстоянии, конечно, невозможно. Для определения скорости используют эффект Допплера — если галактика повернута к нам боком, то часть звезд будут лететь на нас, а часть от нас (представьте, что вы смотрите на вращающуюся музыкальную пластинку с ребра). В этом случае свет от звезд, которые летят к нам, будет смещен в голубую область спектра, а у летящих от нас — в красную. На словах это выглядит понятно, но провести эти измерения в середине XX века для звезд, которые находятся от нас на расстоянии 2,5 миллиона световых лет, было чрезвычайно непросто. Например, в то время еще не было никаких CCD матриц и для фиксации изображения телескопа использовались фотопластинки, которые потом вручную обсчитывались — смещение спектральных линий измерялось линейкой.

Вера Рубин за обработкой своих результатов.Справа отложены спектральные линии водорода — часть из них показывают удаление диска галактики от нас, часть — приближение к нам

Вера Рубин за обработкой своих результатов.Справа отложены спектральные линии водорода — часть из них показывают удаление диска галактики от нас, часть — приближение к нам

В то время астрономы уже знали, что галактика состоит не только из звезд, — в ней есть огромные объемы водорода и пыли (позже были обнаружены более сложные молекулы), — и что звезды расположены только в центральной части галактики, а сама она по размерам намного больше. Для того чтобы лучше разобраться в динамике галактик, Вера Рубин начала измерять скорость облаков водорода в ближайшей к нам галактике Андромеды. И тут пришли первые неожиданные результаты. Дело в том, что, согласно законам движения, открытым Ньютоном, чем дальше тело от центра вращения, тем ниже его угловая скорость. Именно поэтому год на Меркурии длится всего 88 дней, а на Юпитере — 12 земных лет. То же самое ожидала увидеть Вера Рубин. Однако скорость звезд была примерно одна и та же вплоть до самых внешних границ галактики.

Это можно было объяснить только тем, что есть еще какая-то невидимая масса, которая влияет на движение всех тел в галактике, — потому что внешние области галактики вращались так быстро, что их должно было выкинуть из Андромеды центробежными силами. Более того, масса была распределена очень необычно — ее нельзя было объяснить присутствием большого количества тусклых звезд, черных дыр, планет или газа.

Кривые вращения галактик. По горизонтальной оси отложено расстояние от центра. Ожидалось, что скорость будет падать по мере удаления, но она оставалась постоянной и даже росла у некоторых галактик

Кривые вращения галактик. По горизонтальной оси отложено расстояние от центра. Ожидалось, что скорость будет падать по мере удаления, но она оставалась постоянной и даже росла у некоторых галактик

Сразу начались попытки объяснить подобное поведение недостатком теории гравитации — было сделано множество предложений, например, заменить общую теорию относительности Эйнштейна модифицированной ньютоновской механикой (MOND), но это приводило к противоречиям с другими наблюдениями. Сама Вера Рубин замечала, что ей бы хотелось, чтобы MOND оказалась верна, потому что в этом случае не пришлось бы вводить в физику новые, да еще и не обнаруженные частицы темной материи.

За десятилетие работы Вера Рубин собрала убедительные доказательства существования темной материи и в других галактиках. Новые работы астрофизиков всего мира показали, что расчеты гравитационного линзирования, динамика движения новых открываемых скоплений галактик, распределение вещества в знаменитом скоплении Пуля согласуются с наблюдениями, только если допустить существование темной материи. С конца 1970-х годов темная материя прочно заняла свое место в теоретических моделях, космологических симуляциях и умах астрофизиков — попытки найти ее частицы (или объяснить, почему этих частиц не должно быть вовсе) продолжаются до сих пор.

Вера Рубин работала в институте Карнеги (там же работал Эдвин Хаббл), ее последняя работа вышла в 2013-м году, а всего она была главным автором более чем двух десятков научных статей. В 1993-м году Рубин получила Национальную научную медаль США — высшую государственную награду за выдающийся вклад в области науки.

Вера Рубин готовится к наблюдениям в обсерватории Лоуэлла, Аризона

Вера Рубин готовится к наблюдениям в обсерватории Лоуэлла, Аризона

«Моя жизнь была интересным путешествием. Я стала астрономом, потому что не могла даже представить, как можно жить на Земле и не думать о том, как устроена Вселенная. Моя научная карьера всегда была связана с вращением галактик и движением галактик во Вселенной. В 1965-м, если с вами была удача и вам было интересно наблюдать, вы могли просто зайти в научную лабораторию, где строились телескопы, которые позволяли получать данные в 10 раз быстрее, чем раньше. И делать удивительный открытия», — Вера Рубин (1928 — 2016).

Марат Мусин

Источник N+

Tags: , ,

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

amplifier for 8 speakers
Алёна Петрова

ПОПУЛЯРНЫЕ

Июнь 2017
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Май    
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  
В началоВ начало
sonos multi-room music system zonebridge br100 sonos multi room music system zoneplayer zp120 + zp90 sonos multi-room music system zone bridge br100 box multi room speaker system airplay apple multi room speaker system