по небу, вызванное суточным вращением Земли. И все это в подкупольном помещении, где так же холодно, как и снаружи, да к тому же еще и в полной темноте, чтобы лишняя засветка не подпортила результаты наблюдений.
Иногда после завершения работы на телескопе обсерватории Лоуэлла Рубин с Фордом загружали оборудование в машину и отправлялись по федеральной автостраде номер 17 (так она сейчас называется) из Флагстаффа в расположенный примерно в 500 километрах Тусон, чтобы выполнить дополнительные наблюдения на 84-дюймовом телескопе Национальной обсерватории Китт-Пик. Наконец, после проявления всех фотопластинок их доставили обратно в Вашингтон, где Рубин приступала к тщательным измерениям длин волн спектральных линий с помощью специального микроскопа.
Черно-белые фотографии в гостиной Форда наполняются смыслом, когда слушаешь его рассказы о том замечательном времени в конце 1960-х годов. Очаровательная Рубин в летнем платье у подножия телескопа – снимок, очевидно, сделан днем. А еще Рубин в толстой зимней куртке и перчатках, глядящая в окуляр телескопа. Снимок, похоже, сделан во время одной из длительных многочасовых экспозиций на холодной вершине на высоте свыше 2000 метров. Рубин у координатно-измерительной машины в отделе земного магнетизма. И, конечно же, результат всех этих усилий – график кривой вращения галактики Андромеды.
67 областей HII расположены на разных удалениях от центра галактики вплоть до расстояния 78 000 световых лет. 67 спектров, измерений длин волн, определений скорости и 67 соответствующих им точек на графике – плод упорного труда на протяжении почти целого года. Это было первое столь детальное исследование, охватывающее такой большой диапазон расстояний от центра галактики. И результаты оказались весьма неожиданными – даже в самых внешних областях галактики Андромеды, откуда практически не приходит никакого света, не наблюдалось ожидаемого снижения скорости вращения. Кривая вращения оставалась плоской [10].
В декабре 1968 года Рубин и Форд представили предварительные результаты на конференции Американского астрономического общества в Остине (штат Техас). Спустя немногим более года, в феврале 1970-го, их статья «Вращение туманности Андромеды по данным спектроскопии эмиссионных областей» была опубликована в The Astrophysical Journal2. На основе полученных данных они заключили, что масса галактики Андромеды составляет 185 миллиардов солнечных масс и что около половины этой массы сосредоточено в пределах 30 000 световых лет от центра галактики.
Поставленная цель – определение массы и ее распределения в галактике – была достигнута. Но, разумеется, полученные результаты позволяли судить только о том, что расположено до самого внешнего из исследованных объектов. Если скорость вращения оставалась более или менее постоянной вплоть до расстояния 78 000 световых лет от центра галактики Андромеды, то что же происходит на бо́льших расстояниях? Какая масса может скрываться за самой удаленной от центра исследованной областью HII?
Рубин и Форд решили не строить догадки. В их статье 1970 года темная материя не упоминается и нет никаких ссылок на более раннюю работу Каптейна, Оорта и Цвикки. Как они сами выразились, «экстраполяция за пределы [самой удаленной] из наблюдавшихся областей – это, очевидно, дело вкуса».
Ну а что насчет широко известного изображения с кривой вращения на фоне черно-белой фотографии галактики Андромеды, где график частично вылезает за пределы видимой границы галактики? Форд поднимается с кушетки и не спеша подходит к комоду, откуда уже больше часа на меня смотрит смонтированный вариант знаменитого изображения. «Ну да, – говорит он, несколько пристальнее разглядывая график, – это не то, что мы привели в нашей первой статье. Этот рисунок мы сделали позднее. Самые дальние точки графика соответствуют данным радионаблюдений Морта Робертса, выполненным в середине 70-х годов».
И лишь намного позднее Рубин с Фордом высказали предположение, что полученные ими результаты могут свидетельствовать о большом количестве «недостающей массы» или «несветящейся материи». В 1970-х годах они начали наблюдать более далекие спиральные галактики разных размеров и масс с помощью более новых приборов на более крупных инструментах – двух почти одинаковых четырехметровых телескопах, один из которых расположен на горе Китт-Пик в Аризоне, а другой – на горе Серро-Тололо в Чили.
В статье, написанной в соавторстве с Норьертом Тоннардом и опубликованной в ноябре 1978 года в Astrophysical Journal Letters, Рубин и Форд представили результаты, полученные для 10 галактик, и пришли к выводу, что «кривые вращения спиральных галактик высокой светимости плоские вплоть до r = 50 кпк (163 000 световых лет) от центра»3. Что это значит? К этому времени теоретики Острайкер, Пиблс и Яхил уже предположили, что дисковые галактики окружены протяженными массивными гало (см. главу 4). Быть может, новые результаты представляют собой наблюдательное подтверждение модели с гало?
Но авторы продолжали осторожничать. «Представленные здесь наблюдения являются… обязательным, но не достаточным условием существования массивных гало», – написали они. Другими словами, крупное, более или менее сферическое массивное гало действительно обеспечит плоскую кривую вращения, но такую кривую можно также получить, предположив наличие дополнительной материи в плоскости галактического диска. «Эти наблюдения не позволяют сделать выбор между сферической и дисковой моделями».
Самая знаменитая статья Рубин и Форда вышла спустя два с половиной года, в декабре 1980-го, тоже в The Astrophysical Journal и тоже в соавторстве с Тоннардом4. На этот раз они представили наблюдения как минимум для 21 галактики. У всех них – и даже у гигантской UGC2885, которая почти в два раза крупнее нашей собственной Галактики, – оказались плоские кривые вращения. В некоторых случаях орбитальная скорость даже слегка возрастает к видимому краю галактики.
По словам Рубин, Форда и Тоннарда, «отсюда следует неизбежный вывод о наличии за пределами видимой части галактики несветящейся материи». По поводу же количества невидимой субстанции они не смогли предложить ничего, кроме вопросов: «Если бы мы имели возможность выполнить наблюдения за пределами оптического изображения в небольших галактиках, то обнаружили бы дальнейшее увеличение скорости?.. Неужели на светящуюся материю приходится лишь небольшая часть массы галактики?»
Шли годы, и статья 1980-го стала восприниматься как провозвестница революции в изучении темной материи. В своей вышедшей в 1998 году книге «Темная материя»5 Уоллас и Карен Такеры отметили: «Вера Рубин перевела темную материю из предмета в основном умозрительных рассуждений в разряд реальных, насущных проблем». Но когда Рубин, Форд и Тоннард опубликовали свои результаты, плоские кривые вращения спиральных галактик не попали на страницы газет и научно-популярных журналов. Из астрономических тем у издателей гораздо больший интерес вызывали потрясающие снимки Сатурна, переданные в ноябре 1980 года космическим аппаратом НАСА «Вояджер‑1».
Кент Форд ушел на пенсию в 1989 году. Они с Эллен перебрались на уединенную ферму в Миллборо-Спрингс, расположенную на берегах реки Каупасчер. Разумеется, Форд оставался на связи с Рубин – они время от времени встречались в гостях или на симпозиумах. Но в 2011 году она не смогла приехать на его 90-летний юбилей из-за перелома бедра. Рубин перебралась в Принстон, чтобы быть поближе к сыну. Она так и не смогла оправиться от смерти дочери Джуди, которой не стало в 2014 году. У Рубин начались проблемы с памятью, и ее здоровье ухудшилось. В день Рождества в 2016 году раздался телефонный звонок с печальным известием из отдела земного магнетизма Института Карнеги.
К тому времени темная материя – когда-то малоизвестное астрофизическое понятие – перешла в разряд важнейших неразгаданных тайн, над решением которых бьются сотни астрономов, космологов и специалистов по физике элементарных частиц, и, по мнению многих, в первую очередь благодаря Вере Рубин эта тема вышла на передний край науки. А еще она очень много сделала для поддержки женщин-ученых и стала вдохновляющим примером для девочек, пожелавших связать жизнь с работой в области точных и инженерных наук.
4 января 2017 года физик Лиза Рэндалл из Гарвардского университета написала в авторской колонке New York Times:
«Разумеется, [представленные убедительные свидетельства существования темной материи] следует считать одним из величайших достижений физики XX столетия и безусловно заслуживающими Нобелевской премии как исключительной награды в этой области науки. Этого не случилось и уже не случится никогда, потому что Вера Рубин, с чьим именем в первую очередь связывают [подтверждение] существования [темной материи], умерла в рождественский день».
Рэндалл добавила: «На эту очевидную проблему никто не обращает внимания», – имея в виду других женщин-ученых, так и не удостоенных заслуженной ими Нобелевской премии6.
Сидя на кушетке у себя в глуши, Кент Форд, задумавшись, говорит со своей приветливой улыбкой: «У меня нет четкого мнения на этот счет. Я помню, как директор отдела земного магнетизма говорил, что надеется никогда не получить Нобелевскую премию, потому что весь этот шум не оставит времени на нормальную работу. Что ж, этого не случилось, ну и ладно». А пока что Форд рад тому, что до сих пор не угас интерес к их опубликованному более 40 лет назад исследованию кривых вращения. «Забавно сидя здесь, в глубинке, читать об этом в New York Times».
«А пока что не надо забывать о радионаблюдениях», – говорит он, имея в виду самые удаленные от центра точки на графике кривой вращения галактики Андромеды, который он поставил обратно на комод. «Вам следует обязательно поговорить об этом с Мортом Робертсом».
Я уже записал это имя к себе в записную книжку. Перед отъездом я также спросил Форда о диссертации нидерландского астронома Альберта Босма, защищенной им в 1978 году, на которую они ссылаются в статье 1980-го в