То, что астроном Вера Рубин увидела в спиральных галактиках, навсегда изменило физику

Фото: NASA

Ее открытие было настоящим научным прорывом и изменило понимание Вселенной.

Вселенная состоит из нескольких важных компонентов, одним из которых является загадочная темная материя. Астрофизики считают, что она играет важнейшую роль в устройстве Вселенной и одним из ученых, которые подтвердили факт ее существования была американская ученая-астроном Вера Рубин. В ее честь, кстати, назвали наземную мощную обсерваторию, которая начнет свою работу уже в следующем году, пишет IFLScience.

Темной материей называют невидимую форму материи, которая не излучает, не отражает и не поглощает свет и взаимодействует с обычной материей только с помощью гравитации. Астрофизики еще никогда не видели ее напрямую, но уверены в том, что она существует. Считается, что темной материи во Вселенной примерно в 5 раз больше, чем обычной материи, из которой состоят звезды, планеты и другие объекты в космосе.

Но откуда физики знают о том, что темная материя существует, если они ее никогда не видели? Ответ на этот вопрос появился в наблюдениях за космосом астрофизика Фрица Цвикки в 30-х годах прошлого века и астрономов Веры Рубин и Кента Форда в 70-х годах.

В 1933 году Фриц Цвикки изучал большое скопление галактик под названием Скопление Волос Вероники, которое имеет диаметр более 20 млн световых лет. Именно там ученый обнаружил нечто странное. Галактики внутри скопления двигались с такой высокой скоростью, что они должны были разлететься в разные стороны, учитывая количество видимой массы внутри галактик и самого скопления. Цвикки предположил, что в этом участке космоса должно существовать большое количество так называемой скрытой массы или темной материи, чтобы галактическое скопление могло существовать в стабильном состоянии.

Скопление Волос Вероники
Фото: NASA

Изначально это не привело к быстрому изменению понимания устройства Вселенной, но подобные результаты были получены при изучении других скоплений галактик, а затем и звезд, которые находятся внутри галактик.

С помощью закона гравитации Ньютона и центробежной силы можно рассчитать скорость вращения массы, которая совершает круговое вращение вокруг другой массы, в зависимости от расстояния до центра вращения. Благодаря этим расчетам становится ясно, что скорость вращения уменьшается с увеличением расстояния. Но это работает, если проводить наблюдения за Солнечной системой. Чем дальше находится объект от Солнца, тем более медленно он вращается вокруг центра вращения, то есть нашей звезды.

Когда Вера Рубин и Кент Форд построили графики скорости движения звезд внутри спиральных галактик, они обнаружили то же странное явление, что и Цвикки. Поскольку в спиральных галактиках самая большая видимая масса находится ближе к их центру, то астрономы ожидали, что звезды, которые находится ближе к центру, будут вращаться быстрее, чем звезды на краю галактик.

Большая спиральная галактика NGC 1232. Фото: NASA

Если бы звезды на краю галактик вращались так же быстро, как и звезды в центре, то в таком случае они должны были бы улететь из галактики, ведь их гравитация не сможет удержать звезды внутри галактики. Но астрономы обнаружили, что звезды на окраинах спиральных галактик имеют такую же высокую скорость движения, что и звезды в центральных регионах.

Вера Рубин пришла к выводу, что у галактик должно быть в 10 раз больше массы, чем наблюдается, чтобы объяснить такое движение звезд. Данное открытие указало на то, что действительно существует невидимая темная материя, которая удерживает своей гравитацией галактики в стабильном состоянии.

Данное открытие указало на то, что действительно существует невидимая темная материя, которая удерживает своей гравитацией галактики в стабильном состоянии
Фото: ESO

Чем больше астрономы и физики изучают Вселенную, тем больше они обнаруживают несоответствий между видимой массой галактик и скоростями движения их звезд. Поэтому ученые сейчас признают существование темной материи, хотя до сих пор не ясно из каких частиц она состоит.

Как рассказывала в одном из интервью Вера Рубин, которая умерла в 2016 году на 88 году жизни, ей и ее коллегам удалось заглянуть в новый мир и увидели, что он более загадочный и более сложный, чем представляли ранее. Открытие Рубин навсегда изменило физику, хотя еще много загадок Вселенной остаются не открытыми.