Те, що астроном Віра Рубін побачила у спіральних галактиках, назавжди змінило фізику

Всесвіт складається з кількох важливих компонентів, одним з яких є загадкова темна матерія. Астрофізики вважають, що вона відіграє найважливішу роль в улаштуванні Всесвіту, і одним із учених, які підтвердили факт її існування, була американська вчена-астроном Віра Рубін. На її честь, до речі, назвали наземну потужну обсерваторію, яка почне сою роботу вже наступного року, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Темною матерією називають невидиму форму матерії, яка не випромінює, не відбиває і не поглинає світло і взаємодіє зі звичайною матерією тільки за допомогою гравітації. Астрофізики ще ніколи не бачили її безпосередньо, але впевнені в тому, що вона існує. Вважається, що темної матерії у Всесвіті приблизно в 5 разів більше, ніж звичайної матерії, з якої складаються зірки, планети та інші об'єкти в космосі.

Але звідки фізики знають про те, що темна матерія існує, якщо вони її ніколи не бачили? Відповідь на це питання з'явилася у спостереженнях за космосом астрофізика Фріца Цвіккі в 30-х роках минулого століття та астрономів Віри Рубін і Кента Форда в 70-х роках.

У 1933 році Фріц Цвіккі вивчав велике скупчення галактик під назвою Скупчення Волосся Вероніки, яке має діаметр понад 20 млн світлових років. Саме там учених виявив щось дивне. Галактики всередині скупчення рухалися з такою високою швидкістю, що вони мали б розлетітися в різні боки, з огляду на кількість видимої маси всередині галактик і самого скупчення. Цвіккі припустив, що в цій ділянці космосу має існувати велика кількість так званої прихованої маси або темної матерії, щоб галактичне скупчення могло існувати в стабільному стані.

Спочатку це не призвело до швидкої зміни розуміння устрою Всесвіту, але подібні результати було отримано під час вивчення інших скупчень галактик, а потім і зірок, що знаходяться всередині галактик.

За допомогою закону гравітації Ньютона і відцентрової сили можна розрахувати швидкість обертання маси, яка здійснює кругове обертання навколо іншої маси, залежно від відстані до центру обертання. Завдяки цим розрахункам стає зрозуміло, що швидкість обертання зменшується зі збільшенням відстані. Але це працює, якщо проводити спостереження за Сонячною системою. Що далі знаходиться об'єкт від Сонця, то повільніше він обертається навколо центру обертання, тобто нашої зірки.

Коли Віра Рубін і Кент Форд побудували графіки швидкості руху зірок усередині спіральних галактик, вони виявили те саме дивне явище, що й Цвіккі. Оскільки в спіральних галактиках найбільша видима маса знаходиться ближче до їхнього центру, то астрономи очікували, що зірки, які знаходяться ближче до центру, будуть обертатися швидше, ніж зірки на краю галактик.

Якби зірки на краю галактик оберталися так само швидко, як і зірки в центрі, то в такому разі вони мали б полетіти з галактики, адже їхня гравітація не зможе утримати зірки всередині галактики.

Але астрономи виявили, що зірки на околицях спіральних галактик мають таку ж високу швидкість руху, що й зірки в центральних регіонах. Віра Рубін дійшла висновку, що у галактик має бути в 10 разів більше маси, ніж спостерігається, щоб пояснити такий рух зірок. Це відкриття вказало на те, що дійсно існує невидима темна матерія, яка утримує своєю гравітацією галактики в стабільному стані.

Що більше астрономи і фізики вивчають Всесвіт, то більше вони виявляють невідповідностей між видимою масою галактик і швидкостями руху їхніх зірок. Тому вчені зараз визнають існування темної матерії, хоча досі не зрозуміло, з яких частинок вона складається.

Як розповідала в одному з інтерв'ю Віра Рубін, яка померла 2016 року на 88 році життя, їй та її колегам вдалося зазирнути в новий світ і побачили, що він загадковіший і складніший, ніж уявляли раніше. Відкриття Рубін назавжди змінило фізику, хоча ще багато загадок Всесвіту залишаються не відкритими.

Як уже писав Фокус, існує одна теорія, яка пояснює аномалії в обертанні галактик не присутністю темної матерії, а модифікованою гравітацією. Але автори недавнього дослідження показали, що ця теорія не працює.