Проводимые в это время радионаблюдения галактики M 31 выявили также, что она сближается с нашей, а поскольку это сближение вызвано силами взаимного притяжения, можно было количественно оценить их суммарную массу, что было выполнено в 1959 году немецко-британским астрофизиком Францем Каном и другим известным голландским учеником Яна Оорта Лодевийком Вольтером. Они получили величину ~1,5⋅1012Mʘ, в 6 раз большую, чем сумма отдельных значений, считавшихся тогда массами Млечного пути (~ 4⋅1011Mʘ) и M 31 (~ 1⋅1011Mʘ), и заключили, что эта недостающая материя существует в виде гало из горячего (~ 105K) газа, окружающих галактики.
Глава 11-1-8
Хендрик Кристофель ван де Хюлст
Хюлст Хендрик Кристофель ван де (19 ноября 1918 г., Утрехт — 2000) — нидерландский астроном, член Нидерландской АН.
Окончил Утрехтский университет. В 1946 — 1948 гг. работал в Чикагском университете и в различных обсерваториях США. С 1948 года работает в Лейденском университете (с 1952 года — профессор астрономии).
Научные работы относятся к радиоастрономии и теории рассеяния света. В 1944 году, ещё будучи студентом, предсказал возможность наблюдения в радиодиапазоне излучения межзвездных облаков спектральной линии атомарного водорода. Рассчитал длину волны этой линии (21,2 см), возникающей при спонтанном переходе между близко расположенными энергетическими подуровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома водорода. Это предположение было подтверждено в 1951 году наблюдениями X. Юина и Э. Перселла.
Открытие излучения с длиной волны 21,2 см позволило не только непосредственно изучать нейтральный водород в межзвездном пространстве, где он не дает излучения в видимой части спектра, но и определять скорости радиоисточников путём измерения доплеровского смещения. Вместе с Яном Оортом обработал первые наблюдения радиоизлучения водорода и получил картину распределения водорода в Галактике, свидетельствующую о том, что водород концентрируется в её спиральных ветвях.
Изучал конденсацию частиц загрязненного льда в межзвездном пространстве и природу поглощения, рассеяния и поляризации света этими частицами. Выполнил важные работы по теории рассеяния света на малых частицах.
Изучая рассеяние света во внешней короне Солнца, в 1946 году показал (одновременно с К. Алленом), что так называемая F-корона возникает в результате рассеяния фотосферного излучения на частицах межпланетной пыли.
В 60-е — 70-е годы выполнил цикл исследований по теории многократного рассеяния света. В частности, предложил эффективный численный метод расчета полей излучения (метод удвоения слоев ван де Хюлста).
Активно участвовал в планировании европейских космических исследований, был председателем Нидерландской комиссии по геофизическим и космическим исследованиям. Один из создателей Комитета по космическим исследованиям (КОСПАР) при Международном совете научных союзов, в 1958 — 1962 гг. — его президент. В 1968 — 1970 гг. — председатель Совета Европейской организации по космическим исследованиям (ESRO). Один из руководителей создания спутника для гамма-астрономии COS-B.
Награды
Медаль им. Эддингтона Лондонского королевского астрономического общества (1955 г.)
Медаль им. Дрэпера Национальной АН США (1956 г.)
Медаль им. Румфорда Лондонского королевского общества (1964 г.).
В его честь назван астероид № 2413.
Глава 11-1-9
Массы скоплений галактик
Проблема масс скоплений галактик стала к этому моменту предметом столь активных дискуссий, что её обсуждению была посвящена конференция «О нестабильности галактических систем» в рамках симпозиума «О проблемах внегалактических исследований» в Санта-Барбаре в августе 1961 года, организованного Международным астрономическим союзом. Многие объяснения расхождения масс, полученных с помощью вириальной теоремы и рассчитанных из наблюдаемых кривых вращения, предполагали существование «невидимого межгалактического вещества, составляющего 90—99 % масс скоплений».
Большой вклад в принятие гипотезы тёмной материи внесли в конце 1960-х и начале 1970-х годов американские астрономы Вера Рубин из Института Карнеги и Кент Форд — они были первыми, кто получил точные и надёжные спектрографические данные по скорости вращения звёзд галактики M 31. Кривая вращения оставалась пологой на расстоянии до 24 кпк от центра, что согласовывалось с опубликованными ранее измерениями в радиодиапазоне. Тогда же, в 1970 году, австралиец Кен Фримен в своей знаменитой работе, анализируя данные по галактикам M 33 и NGC 300, пришёл к заключению, что
«Если [данные] верны, то в этих галактиках должна присутствовать материя, которая не регистрируется ни на оптической, ни на радиочастоте. Её масса должна быть по меньшей мере такой же, как и масса зарегистрированной обычным путём галактики, а её распределение может сильно отличаться от экспоненциального, которое характерно для оптически наблюдаемой галактики».
Глава 11-1-10
Вера Рубин
Вера Рубин (англ. Vera C. Rubin, урождённая Купер (англ. Cooper); 23 июля 1928, Филадельфия, Пенсильвания — 25 декабря 2016, Принстон, Нью-Джерси) — американский астроном-наблюдатель, известная пионерскими исследованиями скорости вращения галактик.
Изучая кривые вращения галактик, она выявила расхождения между предсказанным круговым движением галактик и наблюдаемым движением. Этот факт, получивший известность как «проблема вращения галактики», стал одним из основных свидетельств в пользу существования тёмной материи. Доктор, член Национальной академии наук США (1981), Американского философского общества (1995) и Папской АН. Удостоена Национальной научной медали США (1993).
Родилась в семье еврейских эмигрантов из Российской империи: отец, инженер Филип (Пит) Купер (1897—1989), родился под именем Пейсах Кобчевский в Вильне в семье перчаточника, эмигрировал с родителями в Нью-Йорк в 1904 году; мать, Роза Апельбаум (1901—1997, родом из Бессарабии), происходила из семьи портного[8]. Отец работал инженером в Лабораториях Белла, где познакомился со своей будущей женой, которая была сотрудницей бухгалтерского отдела этой же компании.
Когда девочке было 10 лет, семья переехала в Вашингтон. С юных лет она увлекалась астрономией и в 1948 году окончила Вассарский колледж со степенью бакалавра искусств по астрономии. Затем она попыталась поступить в магистратуру Принстонского университета и изучать астрономию, однако ей было отказано: до 1975 года женщины не могли учиться по этой специальности в Принстоне. Поэтому она продолжила обучение в Корнеллском университете и в 1951 году получила степень магистра по астрономии. Вернувшись в Вашингтон, Рубин поступила в аспирантуру Джорджтаунского университета и в 1954 году получила степень доктора философии, защитив диссертацию под руководством Джорджа Гамова. О своём учителе она впоследствии отзывалась так: «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».
Осталась преподавать в Джорджтаунском университете (с 1962 года в должности профессора астрономии), а в 1965 году перешла в Отдел земного магнетизма вашингтонского Института Карнеги и проработала здесь до конца жизни. Кроме того, она выполняла обязанности заместителя главного редактора журналов Astronomical Journal (1972-77) и Astrophysical Journal Letters (1977-82), а также входила в редакционную коллегию журнала Science (1979-87). Она продолжала активную научную работу до своей кончины в декабре 2016 года.
В течение своей научной карьеры неоднократно сталкивалась с враждебностью со стороны коллег-мужчин. Впервые она испытала такое отношение, когда сообщила своему учителю физики в средней школе, что её приняли в Вассарский колледж. Он не очень ободряюще ответил: «Это прекрасно. Всё будет хорошо до тех пор, пока ты будешь держаться подальше от науки». Позже ей было отказано в изучении курса астрономии в Принстоне, а также в проведении наблюдений на телескопе Хейла, куда женщины не допускались до середины 1960-х годов. Несмотря на это, Рубин оставалась сосредоточенной на работе и сохраняла позитивный настрой, выступая в качестве «ролевой модели» для начинающих исследовательниц.
В 1948 году она вышла замуж за Роберта Рубина, в то время студента-химика в Корнеллском университете. У них было четверо детей, причём все получили докторские степени в различных областях науки: Дэвид (род. 1950) и Аллан (род. 1960) — геологи; Джудит Янг (1952—2014) — астроном и физик; Карл (род. 1956) — математик.
Научная деятельность
В докторской диссертации, защищённой в 1954 году под руководством Георгия Антоновича Гамова, Рубин исследовала пространственное распределение галактик и обнаружила, что галактики находятся скорее в скученном состоянии, чем случайно разбросаны по вселенной. Этот важный результат лишь много позже был оценен по достоинству.
В 1960-е годы Вера Рубин вместе с Кентом Фордом приступила к наблюдениям ближайшего соседа галактики Млечный Путь — спиральной галактики М31 (Галактика Андромеды). Использовав разработанный Фордом спектрограф, они пронаблюдали оптические спектры звёзд и ионизированного газа, которые показали, что орбитальная скорость звезд на периферии галактик близка к скорости звёзд в центре галактики. Этот факт необычен, поскольку скорость кругового орбитального движения в гравитационном поле должна соответствовать массе внутри орбиты, причём наблюдаемая масса звёзд и газа в центре галактики оказывалась недостаточной, чтобы обеспечить столь высокую скорость на периферии. Вывод учёных, сделанный в 1970 году на основе полученных данных, гласит: «Полной аналогии с планетарными системами в спиральной галактике Туманность Андромеды не существует. В планетарных системах в соответствии с законами Кеплера и линейные и угловые скорости планет монотонно убывают по мере удаления от звезды, а скорости вращательного движения звезд и звездной материи в галактиках по мере удаления от центра возрастают, достигая стабильного максимума». В последующие годы Рубин продолжила эти исследования, в частности вместе с коллегами она провела систематические исследования и наблюдения 21 спиральной галактики типа Sc (по классификации Хаббла). По данным наблюдений был построен график, где ни одна из кривых вращения не оказывается классической, сужающейся формы, которая следует из законов Кеплера.