Блеск темной материи

Долгое время она была невидимой: женщин в астрономии тогда просто не замечали. А потом ей удалось доказать существование одного из самых загадочных явлений во Вселенной – темной материи. Ее трижды номинировали на Нобелевскую премию по физике, но так и не дали. На днях Вера Рубин умерла в возрасте 88 лет – символическом знаке бесконечности, тайнам которой она и посвятила свою жизнь.

Астрономия до сих пор, как и многие сотни лет назад, остается наукой необычной, а в чем-то и загадочной. Ничего нельзя потрогать руками, вживую проверить, можно лишь наблюдать – долго, ежедневно, кропотливо. Наблюдение за видимыми объектами порой дает возможность предположить наличие чего-то невидимого – к примеру, по отклонениям Урана был открыт Нептун. Таким же образом была доказана вероятность существования и ряда других планет, которые впоследствии удалось все-таки и увидеть. Но бывает, что невидимое так и остается невидимым. И глядя в собранный вместе с отцом в детстве телескоп, маленькая Вера Купер даже не подозревала, что в будущем в числе первых докажет миру существование этого невидимого – темной материи, которую до ее исследований изредка допускали лишь теоретически.

Впрочем, в те времена Вера Купер и астрономом могла стать разве что чисто теоретически: женщин в эту науку почти не пускали. Маленькой ее даже не принимали в астрономические кружки при школе – так и говорили, что лучше недобор в группе, чем «женщина на борту». Не позволили погаснуть ее интересу к астрономии родители, еврейские иммигранты в Америке – мать Роза Апельбаум была родом из Бессарабии, отец Филип Купер – из Вильнюса, где родился под именем Пейсах Кобчевский. Видя, как их дочь часами наблюдает за звездным небом из окна своей спальни, они помогли ей собрать небольшой телескоп, благо отец, будучи инженером-электриком, обладал необходимыми навыками. Вместе с ней он и пошел в местный клуб любителей астрономии, куда одной Вере вход был закрыт.

После школы Вера поступила в Вассар-колледж – одно из немногих мест, где среди прочих предметов девушки могли изучать астрономию. Закончив обучение в нем, Купер попыталась продолжить обучение в магистратуре Принстонского университета, но получив отказ, официально связанный с ее полом, поступила в Корнелльский университет. Продолжая изучать там физику и астрономию, она вышла замуж за аспиранта этого университета. И в 1951 году она получила степень магистра уже под фамилией Рубин.

К этому времени, исследуя в своей дипломной работе спиральные галактики, Вера обнаружила, что они имеют одинаковый блеск, а следовательно, находятся на одинаковом расстоянии от нас, но в определенном направлении удаляются быстрее, чем в остальных. Представленные ею результаты были жестко раскритикованы Американским астрономическим обществом. Произошло это на самом деле все по тому же принципу, считавшемуся незыблемым, – женщинам в астрономии не место.

Так же несерьезно была воспринята и ее диссертация, которую Вера писала в Университете Джорджтауна под руководством Георгия Гамова. Вспоминая о нем, она говорила: «Он не умел ни писать, ни считать. Он не сразу сказал бы вам, сколько будет семью восемь. Но его ум был способен понимать всю Вселенную». Тогда Рубин предположила, что галактики не просто случайно разбросаны по пространству, но и собираются в явные группы. К слову, именно эта работа Рубин помогла впоследствии Жерару Анри де Вокулёру выдвинуть свою идею о сверхскоплениях галактик.

После защиты Рубин продолжила заниматься исследованиями в Джорджтауне и, начав с должности помощника исследователя, в 1962-м стала помощником профессора. Тогда Рубин переехала в Вашингтон и продолжила исследования в Институте Карнеги. Там она и сделала открытие, доказавшее наличие в галактиках невидимого вещества, называемого сегодня темной материей.

В 1965 году Рубин начала работать в отделении земного магнетизма Института Карнеги с уже известным ей по ряду совместных исследований Кентом Фордом, разработавшим к тому времени очень чувствительный спектрограф. Аппарат позволял изучать далекие объекты, недоступные для имевшихся на тот момент приборов. С его помощью удалось измерить скорость вращения звезд и газовых облаков, находящихся на различных расстояниях от галактического центра.

Полной аналогии с Солнечной системой никто не ждал. Но все же предполагалось, что скорости вращательного движения звезд по мере удаления от центра сначала должны возрастать, достигая максимума, после чего постепенно уменьшаться. Однако вышло иначе: скорости звезд по мере удаления от центра сначала действительно увеличивались, но затем выходили на плато и падать вовсе не желали – далекие звезды двигались так же быстро, как и те, что находились ближе к центру. «Мы с Фордом, конечно, знали о гипотезе темной материи, но, приступая к своим исследованиям, о ней не думали и вовсе не планировали ее проверять, – вспоминала Вера Рубин. – Поэтому термин “темная материя” в нашей первой публикации так и не появился».

Впервые заговорил о неизвестном веществе еще в 30-х годах прошлого века работавший в США швейцарский астроном Фриц Цвикки. Он заметил, что в самых крупных из известных на тот момент структурах Вселенной – скоплениях галактик – чего-то не хватает. Отдельные галактики в этих скоплениях двигались так быстро, что суммарной массы составляющих их звезд не хватало, чтобы удержать систему связанной, и если бы не какая-то «скрытая масса», эти скопления давно бы разлетелись в разные стороны. Что удерживало галактики от разлета, Цвикки так и не узнал.

Рубин же продолжила исследования десятков галактик. После каждого из них она приходила к тем же выводам: распределения скоростей нигде не наблюдалось, а значит, звезды в галактиках удерживались чем-то, кроме той массы видимого вещества, что можно наблюдать в телескоп – звезд, пыли и газа. Исследуемые ею 60 галактик убедительно подтверждали гипотезу Цвикки. Эта невидимая масса позднее и стала называться «скрытым веществом» или «темным веществом» галактик. Хотя и тогда оказалось немало противников и критиков, но доводы Рубин, основанные на практически идентичных показателях нескольких десятков галактик, просто не оставили оппонентам шанса.

Вера Рубин была автором сотен статей и нескольких книг, почётным доктором множества университетов и двух академий наук. Научную работу в Институте Карнеги в Вашингтоне она продолжала, пока позволяло здоровье, работая в том числе и со своей дочерью, ставшей ученой, как и каждый из четверых ее детей. Она вообще прикладывала огромные усилия к популяризации науки среди молодежи и активно поддерживала в ней женщин, видимо, помня, через какую глухую стену пришлось проходить ей в свое время.

В 1965 году она стала первой женщиной, получившей доступ к работе на Паломарской обсерватории в Южной Калифорнии. До этого женщин туда просто не допускали. А у немногочисленного обслуживающего женского персонала не было даже женской уборной. Увидев это, Рубин отправилась в свою комнату, вырезала из бумаги юбку и приклеила на дверь одной из ванной. Она же стала и второй в истории женщиной, избранной в состав Национальной академии наук США и удостоенной золотой медали Королевского астрономического общества. Кроме того, несколько раз Рубин выдвигали претендентом на Нобелевскую премию по физике. Но так ее и не дали, хотя многие уверены, что открытие «темной материи» – это важнейшее событие в физике.

Вера Рубин ушла из жизни 25 декабря 2016 года в возрасте 88 лет – символическом знаке бесконечности Вселенной, тайнам которой она и посвятила жизнь.