ткрытого радиошума извлечь какую-нибудь информацию о вездесущем холодном нейтральном водороде в межзвездном пространстве. Изучив соответствующую литературу и выполнив ряд арифметических расчетов, 25-летний студент пришел к выводу, что на длине волны 21 см должен быть слабый «водородный» сигнал.
Сразу же после войны Лейденская группа переделала 7,5-метровую немецкую военную радиолокационную антенну в радиотелескоп и приступила к поиску линии 21 см. Но из-за того, что у них сгорел приемник, зарегистрировать эту линию удалось лишь через семь недель после открытия Юэна и Пёрселла, которые знали о предсказании ван де Хюлста. Вскоре после этого австралийские радиоинженеры Крис Кристенсен и Джим Хиндман тоже зарегистрировали эту линию – это было третье независимое обнаружение, и все три результата были опубликованы в одном и том же номере журнала Nature, вышедшем 1 сентября 1951 года7.
В то время Оорт был занят сбором средств для 25-метрового радиотелескопа Двингело, который какое-то время был крупнейшим в мире. Этот инструмент был введен в эксплуатацию в апреле 1956 года, и ему было суждено войти в историю благодаря созданной с его помощью первой подробной карты спиральной структуры нашей собственной Галактики. Но объектом первых наблюдений на телескопе Двингело в линии 21 см был не Млечный Путь, а галактика Андромеды. Астрономы Хуго ван Верден и Эрнст Раймонд под руководством ван де Хюлста получили первую кривую вращения другой галактики, основанную на наблюдениях HI. (Как вы, возможно, помните из главы 5, HI – это нейтральный водород, а HII – ионизованный водород.)
Это было на заре радиоастрономии. Для каждого 15-минутного измерения требовалась ручная подготовка огромной антенны и громоздкого линейного приемника. Поправки для уточнения наведения на исследуемый объект приходилось рассчитывать вручную. Данные фиксировались на бумаге с помощью самописца. В свободное от наблюдений или настройки аппаратуры время ван Верден и Раймонд спали в гостевой комнате конструктора и администратора телескопа Лекса Мюллера, чей дом располагался рядом с антенной. Миссис Мюллер кормила их завтраком, обедом и ужином.
Полученные в Двингело результаты для галактики Андромеды были опубликованы в ноябре 1957 года в журнале Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands8. В интервью, которое ван Верден дал в 2020 году, незадолго до своей смерти, он вспомнил, что скорость вращения действительно практически не уменьшалась с расстоянием от центра галактики, но тогда это никого не удивило. «Это не считалось серьезной проблемой», – сказал он. Отношение к этому стало постепенно меняться, только когда другие астрономы выполнили более подробные радионаблюдения ближайшей к нам [спиральной] галактики и получили кривые вращения HI для других дисковых галактик9.
Одним из этих астрономов был Сет Шостак, который впоследствии стал старшим астрономом Института SETI в Маунтин-Вью (штат Калифорния)10. (SETI расшифровывается как Search for ExtraTerrestrial Intelligence [«Поиск внеземных цивилизаций»]. Увы, пока еще ничего не нашли.) В конце 1960-х годов в процессе подготовки своей диссертации Шостак провел много времени в радиоастрономической обсерватории в Оуэнс-Вэлли Калифорнийского технологического института, расположенной вблизи от города Биг-Пайн (штат Калифорния), неподалеку от границы со штатом Невада. Там он изучал распределение и динамику нейтрального водорода в трех галактиках, в том числе и в NGC2403, которая в 3,5 раза дальше от нас, чем галактика Андромеды11.
В то время, когда Шостак занимался этими исследованиями, радиоастрономы уже создали гораздо более крупные телескопы, чем 25-метровая антенна в нидерландском Двингело или антенны в Оуэнс-Вэлли. Обсерватория Джодрелл-Бэнк на севере Англии могла похвастаться 76-метровым радиотелескопом (который теперь носит имя Ловелла в честь первого директора обсерватории Бернарда Ловелла); в Австралии работал 64-метровый радиотелескоп Паркс в штате Новый Южный Уэльс, который иногда называют просто The Dish («Тарелка»); рекордсменом тогда был гигантский 90-метровый телескоп в обсерватории Грин-Бэнк. Но малые размеры и чувствительность радиотелескопов в Оуэн-Вэлли компенсировались их маневренностью и более высоким угловым разрешением, то есть способностью различать более мелкие детали.
В распоряжении Шостака были два совершенно одинаковых радиотелескопа диаметром 27,4 метра, которые, однако, могли передвигаться по рельсам, а получаемые ими данные объединялись в единый массив наблюдений, как если бы инструменты представляли собой небольшие фрагменты огромной виртуальной антенны. Такого рода система, называемая интерферометром, не только обеспечивает более высокое разрешение по сравнению с инструментом с одной антенной, но также и намного более эффективна. Радиотелескопы обычно отличаются очень малым полем зрения – это все равно что смотреть на небо через соломинку, так что для получения большой картины приходится делать много последовательных наблюдений, на что обычно уходит несколько дней или даже недель. Интерферометр же способен построить двумерное радиоизображение меньше, чем за день с помощью процедуры, называемой апертурным синтезом.
Чаще всего Шостак оставался в обсерватории один, проводя ночи напролет в операторной, прислушиваясь к жутковатому скрежету антенн снаружи. Он не мог отделаться от мыслей о множестве галактик, звезд и планет во Вселенной и о том, что где-то там могут быть другие цивилизации. А что, если попробовать подслушать с помощью радиотелескопов межзвездные разговоры? Именно так предложили поступить физики Джузеппе Коччони и Филип Моррисон в своей статье, опубликованной в 1959 году в журнале Nature12. Если знать, где искать, то нетрудно понять, когда у Шостака возник такой интерес к проблеме SETI. Он закончил свою написанную в 1972 году диссертацию словами: «Эта диссертация посвящается [галактике] NGC2403 и ее обитателям, которые могут получить экземпляры по предоплате».
С 1971 по 1973 год Шостак со своим научным руководителем Дэвидом Рогстагом, который переехал в Гронинген в Нидерландах, чтобы работать на новом Вестерборкском телескопе, опубликовал несколько статей с результатами исследования шести галактик, в том числе NGC2403, M101 (ее еще иногда называют «Вертушкой») и M33 – это третий крупный член так называемой Местной группы галактик, которой принадлежат также Млечный Путь и галактика Андромеды. Во всех случаях оказалось, что состоящие из водорода холодные газовые облака за пределами оптической границы галактики обращаются вокруг центра системы гораздо быстрее, чем ожидалось, что свидетельствует о наличии «во внешних областях этих галактик вещества с низкой светимостью» – это цитата из статьи, опубликованной авторами в сентябре 1972 года в The Astrophysical Journal13.
А тем временем астроном Мортон Робертс из Национальной радиоастрономической обсерватории США исследовал нейтральный водород в галактике Андромеды на введенном в эксплуатацию в 1962 году радиотелескопе Грин-Бэнк – на тот момент крупнейшем в мире. Свои первые результаты, превосходившие полученные на основе пионерских наблюдений ван де Хюлста и ван Вердена в Двингело, Робертс опубликовал в 1966-м – всего через год после того, как Вера Рубин начала работать с Кеном Фордом в одном кабинете в отделе земного магнетизма Института Карнеги14. В посвященной галактике Андромеды публикации Рубин и Форда 1970 года есть ссылка на эту статью Робертса. В своей статье Робертс ссылался на посвященную галактике Андромеды статью Рубин и Форда 1970 года. «Я был хорошо знаком с Верой, – сказал мне Робертс в интервью в Zoom, находясь у себя дома в Александрии, штат Виргиния. – Она была очень приветливым человеком и рада была встретить астронома-мужчину, готового ее выслушать»15.
В начале 1970-х – когда у него стали получаться все более качественные результаты для галактики Андромеды, итогом чего стала опубликованная в 1975 году статья в соавторстве с Робертом Уайтхерстом, – Робертс позвонил Вере Рубин16. «У меня есть для тебя кое-что интересное, – сказал он ей. – Ты будешь у себя на этой неделе?» Спустя несколько дней он проехал почти 200 километров из штаб-квартиры Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлотсвилле, штат Виргиния, до лаборатории отдела земного магнетизма Института Карнеги в Вашингтоне, чтобы встретиться с Рубин, Фордом, их коллегой Норбертом Тоннардом и аспиранткой Гарвардского университета Сандрой Фабер, которая проживала тогда в Вашингтоне и которой Рубин предоставила на время рабочий стол в отделе земного магнетизма.
«Принесите, пожалуйста “Хаббловский атлас галактик”», – попросил Робертс Сандру Фабер. Та сходила в библиотеку и принесла знаменитое издание 1961 года с великолепными черно-белыми фотографиями нескольких десятков галактик. Робертс открыл атлас на странице со спиральной галактикой Андромеды. Он взял кальку и нанес на нее самые последние измерения скорости водорода вплоть до 95 000 световых лет от центра – далеко за пределами изображения галактики в атласе. И даже там кривая вращения галактики оставалась плоской. Наступила тишина. Когда Фабер спросила: «Ну и что? А что такого важного в плоской кривой вращения?» – все обернулись к ней. «Разве ты не видишь? Там же ничего не светится!»
С тех пор на кривой вращения галактики Андромеды обычно изображают в том числе и данные выполненных Робертсом измерений скоростей HI во внешних частях системы, хотя сам Робертс считает, что знаменитый график на фоне галактики – тот самый, что я видел дома у Кента Форда, – был опубликован только в 1987 году.
Непонятно, знали ли Рубин, Форд и Тоннард о работе Рогстада и Шостака – троица не ссылалась на них в своих статьях 1978 и 1980 года. Но Шостак считает, что они просто не могли о ней не знать. «Благодаря Морту Робертсу я в 1972 году устроился на должность постдока в Национальную радиоастрономическую обсерваторию, – говорит он. – Тогда там проходила летнюю практику 20-летняя дочь Веры Джуди, которая потом тоже стала астрономом. Я уверен, что она обсуждала нашу работу со своей мамой. У Веры плоские кривые вращения появились лишь спустя пару лет, а мы получили такие за несколько лет до этого».