Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной

Другая роль темной материи вырисовывается из следующего наблюдения: в старых галактиках, таких как наш Млечный Путь, продолжается процесс звездообразования со скоростью одна звезда в год, главным образом на границах галактик. Это заставляет задуматься, поскольку раньше считалось, что первоначальный материал звезд сформировался в процессе Большого взрыва и к настоящему моменту уже должен быть израсходован. Нельзя отрицать, что звездный материал пополняется за счет взрыва сверхновых, который сопровождается выбросом значительной массы вещества в межзвездное пространство, однако этот выброс происходит со скоростью примерно 1000 километров в секунду. Не забывайте, что космос – это прежде всего пространство, стремящееся к бесконечности, поэтому остатки сверхновых, в которых содержатся важные для жизни элементы, будут беспрепятственно вырываться за пределы нашей Галактики, стремясь навеки затеряться в бесконечном межгалактическом пространстве. Однако если бы вспышки сверхновых происходили именно так, галактики давно бы уже лишились межзвездного газа и пыли, а механизм звездообразования приостановился бы.

Ответ на вопрос, почему этого до сих пор не произошло, был получен в ходе наблюдений, проведенных американским астрономом Верой Рубин. Она родилась в 1928 году и увлеклась астрономией, когда ей было около десяти лет. В 14 лет она самостоятельно сконструировала телескоп, а к моменту окончания школы у нее созрело твердое решение стать астрономом. Однако это были 1940-е годы, и отношение к женщинам в науке в Америке того времени было примерно таким же, как в Германии во времена Эмми Нётер. Когда Вера подавала документы в Суортмор-колледж в Пенсильвании на отделение естественных наук, один из членов приемной комиссии поинтересовался, какую профессию она собирается выбрать. Услышав в ответ, что она хочет стать астрономом, он удивился и спросил, нет ли у нее каких-нибудь других интересов. Вера ответила, что любит рисовать, и в ответ услышала: «А вы никогда не задумывались о профессии, в которой могли бы заняться рисованием астрономических объектов?»[468] Эти слова стали излюбленной шуткой в ее семье. Стоило кому-нибудь допустить ошибку или совершить промах, как кто-то иронически произносил: «А вы никогда не задумывались о профессии, в которой могли бы заняться рисованием астрономических объектов?»

Непрошеный совет никак не повлиял на решение Веры, и она стала одним из самых выдающихся астрономов своего времени. В 1965 году она получает должность в престижном Институте Карнеги в Вашингтоне, где вместе со своим коллегой Кентом Фордом приступает к работе над проектом, который позволил определить распределение массы внутри галактик за счет измерения скорости вращения звезд. Из законов Ньютона следует, что гравитационная сила пропорциональна массе (скорость кругового орбитального движения в гравитационном поле должна соответствовать массе внутри орбиты), и поскольку предполагалось, что основная масса сконцентрирована в центре галактики, то звезды, находящиеся ближе к центру, должны вращаться быстрее, а звезды на периферии – медленнее, подобно тому, как внешние планеты вращаются вокруг Солнца медленнее, чем внутренние.

Однако когда Рубин и Форд измерили скорость вращения звезд в ближайшей к нам галактике Андромеды, они обнаружили, что удаленность звезд от центра галактики не оказывает никакого влияния на их скорость. Звезды на периферии вращались с той же скоростью, что и звезды, находящиеся близко к центру. Вера Рубин сначала не поверила полученным результатам, однако многократное повторение исследований для разных спектров звезд подтвердило их правильность. Ученые пришли к выводу, что в спиральных галактиках содержание материи в шесть раз больше, чем в видимых звездах, и что именно темная материя является причиной того, что звезды на периферии галактики Андромеды вращаются с большей скоростью[469]. Эти выводы в дальнейшем подтвердились в ходе исследования далеких галактик. Наблюдения показывают, что каждая из них окружена ореолом невидимой холодной темной материи.

Непрекращающееся звездообразование в старых галактиках происходит благодаря этому невидимому ореолу темной материи, который преграждает путь потоку вещества, которое высвобождается в результате вспышек сверхновых, и оно возвращается в галактику. Внутри галактики это вещество уплотняется, и из него образуются новые звезды, например Солнце, или скальные планеты, например Земля. Таким образом, мы с вами – продукт выброса взрывающихся звезд, однако, чтобы содержащиеся в них тяжелые элементы были доставлены в пригодные для жизни места, нужна темная материя.

Итак, разобравшись с тем, какую роль темная материя играет в нашем существовании, осталось определить роль темной энергии. Это не так просто. Загадка по-прежнему не разгадана.