Как мы уже видели, личности ученых зачастую сильно влияют на отношение остальной части сообщества к их работе независимо от ее значения. Культура преклонения перед авторитетами и коллективное признание гения часто становятся причиной, по которой коллеги позволяют блестящим ученым игнорировать социально приемлемый кодекс поведения. Таким образом, тот, кто считается гением, часто получает поблажку, и почти все смотрят сквозь пальцы на его агрессивное и бесцеремонное поведение. Цвикки был одним из тех ученых, которым не предоставили подобный иммунитет. Следовательно, с учетом вспыльчивого темперамента, его гипотеза относительно темной материи канула в забвение на долгий срок.
Впрочем, игнорировать ее вечно ученые не могли. В 1970 г. Рубин и Форд начали совместную работу в области динамики галактик в рамках скромной астрономической программы Института Карнеги в Вашингтоне, штат Колумбия. Рубин — хрупкая, тихая и целеустремленная женщина — один из наиболее известных астрономов нашего времени. Она не была из числа тех, кто стремится к спорам и дискуссиям, поэтому Рубин и Форд отложили отчет о своих научных изысканиях, которые предполагали потребность в большом количестве невидимой массы в спиральных галактиках, являющихся предметом их изучения. Они осторожно опубликовали свои работы, в которых сообщили о странных данных, и предложили множество разных толкований, явно обходя стороной интерпретацию с участием темной материи. Рубин и Форд завершили работу 1973 г., написанную совместно с Джудит Рубин (дочерью Веры Рубин), предложением, явно отвлекающим внимание от ключевого аспекта их исследования: «Очевидно, мы еще не закончили с этим вопросом»{19}. Рубин и Форд не учитывали связь между своими находками в отдаленных спиральных галактиках и результатами исследования спиральных галактик на нашем собственном «заднем дворе» — в Млечном Пути и галактике Андромеды, о которых писали Кан и Волтьер в 1959 г. Складывается впечатление, что ученые, по-видимому, были не в курсе более ранних трудов на тему темной материи. Выводы Цвикки относительно скоплений галактик им были неизвестны.
Будучи женщиной, Рубин вошла в астрономические исследования необычным образом. В 1950 г. она поступила в магистратуру Корнеллского университета, чтобы быть рядом с супругом, который обучался там в докторантуре. Проект магистерской диссертации Рубин включал поиск любых систематичных движений в рамках галактик; в частности, она искала вращения. Мотивацией для ее работы было исключительно любопытство, так как отсутствовала какая-либо теоретическая база для понимания, вращаются галактики или нет. В некотором роде ее пребывание, далекое от центра профессиональной сферы, предоставило свободу поднимать новаторские вопросы, которые, возможно, не поощрялись бы в Принстоне, Гарварде или Калифорнийском институте (в то время традиционные форпосты астрономии). В 1950 г. она представила свои результаты на собрании Американского астрономического общества в Хаверфорде, штат Пенсильвания. В 1996 г. в интервью Американскому институту физики Рубин подробно рассказала, что всего несколькими неделями ранее родила своего первого ребенка, и, пребывая в нервном состоянии, вошла в помещение, не зная никого из собравшихся в нем корифеев. Ее доклад назывался достаточно громко — «Вращение Вселенной», но этот вариант был выбран по причине наивности, а не из высокомерия. Ответная реакция была крайне враждебной, и общий тон комментариев подразумевал, что никто просто не способен осуществить то, на что она посягнула. Но среди всего этого скептицизма Рубин четко помнит одного вежливого мужчину с сильным немецким акцентом, мягко приободрившего ее, сказав, «что это интересная задумка: данные, возможно, не так хороши, но для первого шага это неплохая идея». Человеком, оказавшим ей эту ненавязчивую поддержку, которая помогла ей «почувствовать себя не до конца раздавленной», был не кто иной, как Мартин Шварцшильд, эксперт в области динамики Вселенной и один из первооткрывателей вычислительной астрофизики, работавший над Манхэттенским проектом{20}. Он также был сыном Карла Шварцшильда, с которым мы бегло встречались в главе 3: автор математического решения уравнения Эйнштейна, относящегося к черной дыре.
И хотя Рубин переименовала свою работу в более скромное «Вращение метагалактики», ее отклонили и Astrophysical Journal, и Astronomical Journal. Она припоминает, что возражения против ее работы отчасти заключались в убежденности астрономов в том, что представление о крупномасштабных движениях внутри галактик выглядело довольно смехотворно. Было сложно увязать подобные внутренние механизмы с общим расширением Вселенной. Несмотря на неудачу, она переехала в Джорджтаунский университет и продолжила свой дипломный проект под руководством одного из отцов-основателей модели Большого взрыва Георгия Гамова. Рубин забросила работу, посвященную крупномасштабным движениям и вращению, отчасти из-за того, что все это основывалось в первую очередь на наблюдениях. К тому моменту у нее было двое маленьких детей, и она не считала возможным браться за сложный проект, который бы требовал частых поездок в отдаленные обсерватории. Кроме того, после дискуссии, которую вызвала ее магистерская диссертация, Рубин знала, что ей не нравится быть в центре бури. Поэтому она решила пойти в совершенно другом направлении, попытавшись понять, есть ли какие-то закономерности в распределении галактик на небе.
К моменту, когда Рубин получила докторскую степень и работала в Институте Карнеги, она снова изучала движение звезд в галактиках, объединив силы с коллегой Кентом Фордом, который построил уникальный инструмент — самый чувствительный спектрограф того времени. Этот инструмент они использовали для изучения звездного света многих компонентов спиральных галактик. Рубин и Форд изучали свет плотных сердцевин и более разреженных окраин таких галактик. Звезды, которые формируют диск спиральной галактики, вращаются по орбите вокруг центра. Если диск хотя бы немного наклонен относительно нашего местоположения, его звезды с одной стороны движутся в нашем направлении, а с другой — в противоположном. Как было описано ранее, когда источник света перемещается в нашу сторону, мы видим понижение длины волны его света, что приводит к смещению в синий диапазон видимого спектра. Точно так же длина волны света от звезд, которые перемещаются в противоположном от нас направлении, изменяется в сторону красного диапазона спектра.
Это смещение длины световых (или звуковых) волн, известное как эффект Доплера, возникает из-за перемещения источника относительно наблюдателя. Рубин и Форд измерили сдвиги по Доплеру в рамках дисков нескольких спиральных галактик и с помощью этих данных рассчитали орбитальные скорости звезд в различных точках внутри таких галактик. Они начертили график скоростей звезд относительно расстояния до центра галактики. Это напоминает составленный Хабблом график движения галактик относительно расстояния от них до Земли, разве что Рубин и Форд сконцентрировались на движении звезд, которые удерживались внутри отдельных галактик за счет притяжения.
Итог их работы оказался весьма необычным и неожиданным. Чтобы понять, что в нем было такого странного, давайте сначала посмотрим на более близкий к нам участок космоса — на движение планет вокруг Солнца. В нашей Солнечной системе, где господствует притяжение Солнца, внутренние планеты перемещаются на своих орбитах быстрее, чем внешние. Чем дальше от Солнца с его самой высокой концентрацией массы в Солнечной системе, тем медленнее движется планета, которой требуется заметно больше времени на полный оборот. Это происходит из-за того, что воздействующая со стороны Солнца сила притяжения становится слабее при увеличении расстояния, поэтому внешние планеты испытывают на себе сильно уменьшенное притяжение. Например, сила притяжения в точке, которая располагается в два раза дальше от Солнца, слабее в четыре раза. И не только размер орбиты, но и замедленное движение увеличивает время, которое требуется планете для завершения одного круга. Меркурий, например, оборачивается вокруг Солнца за 88 земных суток, Сатурну потребуется 29 лет, чтобы совершить один полный оборот, а у Плутона на это уйдет примерно 250 лет. Рассматривая подобные взаимоотношения в спиральных галактиках, Рубин и Форд обнаружили нечто совершенно противоположное — скорости звезд, судя по всему, были тем выше, чем дальше от центра они располагались. Также похоже, что они в какой-то момент достигают пикового значения скорости, которая уже не меняется. Это стало крайне странным открытием, которое противоречило ожиданиям, если опираться на законы Ньютона, утверждавшие, что именно видимые звезды обеспечивают гравитацию. Существовало только одно возможное объяснение: на окраинах галактик присутствует значительное количество некой незримой массы, которая не излучает свет и, таким образом, не имеет отношения к гравитации, вычисленной на основании наблюдаемого звездного света. Фактически некоторый таинственный компонент, видимо, поддерживал движение звезд с одинаковой скоростью во внешних областях галактик. И снова значение отношения массы к свету было ключевым для данной интерпретации. Как мы ранее отметили, это число зависит от значения постоянной Хаббла, которая благодаря большему количеству данных и более точным измерениям была пересмотрена с момента первой гипотезы Цвикки относительно темной материи. Тем не менее обновленная информация все еще не отменяла потребность в темной материи. В конце концов данная идея заняла свое место.
