Pro темную материю

В галактике движется все. Во Вселенной в движении находятся все галактики. Каждые две минуты Земля проходит 2500 миль по своей орбите вокруг Солнца. Солнце проходит 20000 миль по своей орбите вокруг центра нашей галактики. За 70 лет – среднюю продолжительность человеческой жизни – Солнце проходит 300 000 000 000 миль. Масштабы Вселенной настолько огромны, что астрономы не могут увидеть фактическое вращение галактик. Если бы, например, наблюдатели, находящиеся в туманности Андромеды, занялись изучением нашей галактики, то увидели бы неподвижную спираль – по крайней мере, она показалась бы им такой. И то же самое видят земные ученые, когда наблюдают за туманностью Андромеды. Но спектрограф видит другое – приемник излучения одновременно регистрирует весь возможный электромагнитный спектр исследуемого объекта, он может показать, сколько света из туманности Андромеды сместилось к красному концу спектра или к фиолетовому, то есть, как быстро галактика приближалась к Вере Рубин или удалялась от нее. Вера Рубин продолжала смотреть на далекие объекты, но теперь ее также интересовали и мелкие детали поближе к дому, на которые другие исследователи внимания не обращали.

Приборы середины 1960-х годов значительно превосходили инструменты, например, 1916 года, когда туманностью Андромеды занимался американский астроном Фрэнсис Пиз (1881–1938), который участвовал в создании всего первоначального оборудования обсерватории Маунт-Вильсон. Он занимался измерением диаметров звезд с помощью интерферометра, в 1916–1917 годах одним из первых измерил лучевые скорости слабых галактик и определил вращение галактик с помощью спектрографа. Но на одну галактику ему требовалось 84 часа в течение трех месяцев. Новый инструмент, сконструированный Кентом Фордом, сокращал это время на 90 %! Они с Рубин получали от четырех до шести спектров на одну ночь. Инструмент Форда позволял измерить вращение туманности Андромеды гораздо дальше от центра, чем ранее делал кто-либо из астрономов в какой-либо галактике.

Форд и Рубин многократно ездили в Аризону, в две крупнейшие лаборатории, иногда с семьями. Форд и Рубин оказались прекрасными компаньонами – они дополняли друг друга и понимали друг друга с полуслова. После открытия одинаковой скорости звезд в разных частях галактики Рубин и Форд стали строить версии, пытаясь объяснить, почему так происходит. Вначале Вера Рубин думала, что на звезды каким-то образом влияет газ. Возможно, туманность Андромеды – необычная галактика, отличающаяся от остальных.

После того как Рубин и Форд представили результаты своих наблюдений в докладах и статьях, в гости к Рубин приехал ее старый знакомый Мортон Робертс, который работал в Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлоттесвиле, Вирджиния. Он хотел показать Вере кое-какие фотографии. Робертс тоже занимался вращением туманности Андромеды, только проводил наблюдения на радиоволнах. Он выложил на стол «Атлас галактик Хаббла», потом свои фотографии. В своих наблюдениях за звездами и газом он зашел дальше Рубин и Форда. Робертс заявил, что это конец галактики. При этом он же сказал, что там должна быть материя. Но что за материя? Тогда, в переговорной Отдела земного магнетизма, где собрались Рубин, Форд, Робертс и еще несколько коллег, они долго смотрели на сделанные Робертсом снимки – но видели гораздо больше. Их видение простиралось за звезды, за газ спиральных рукавов, за видимый свет. Они там ничего не наблюдали своим обычным человеческим зрением, но решили, что все-таки смотрят на галактику туманность Андромеды. Она существовала, но это было что-то другое!

Фриц Цвикки и темная материя

Первым в истории на возможность существования темной материи указал Фриц Цвикки. Его наиболее значимым вкладом в науку считается открытие скрытой массы – или, скорее, разработка теории скрытой массы. Он занялся этим вопросом в 1930-е годы. Теория заключается в том, что большую часть Вселенной занимает так называемая скрытая масса – невидимое вещество, которое проявляет себя при взаимодействии с видимым. Масса этого вещества во много раз превышает массу всех наблюдаемых объектов. За пределами видимых границ галактики находится несветящаяся, темная материя. К скрытой массе могут относиться черные дыры и коричневые карлики (газовые тела с массой, промежуточной между массами звезд и планет). Можно сказать, что идея скрытой массы витала в астрономических кругах с тех самых пор, как астрономы узнали о существовании галактик.

В настоящее время ученые всего мира признают, что в космологии, которая является относительно новой наукой, открытия проходят два этапа. На первом дается ответ на вопрос, существует ли «это». На втором ставится вопрос: что это такое? В случае с темной материей большинство ученых считают, что ответ на первый вопрос получен. Да, темная материя существует.

Фриц Цвикки, американский астроном и астрофизик швейцарского происхождения (1898–1974)