|
Обсерватория Вера Рубин поможет исследовать темную материю
|
|
|
|
На все, что находится в космосе — от Земли и Солнца до черных дыр — приходится всего 15% всей материи во Вселенной. Остальной космос, по-видимому, состоит из невидимого материала, который астрономы называют темной материей. Астрономы знают, что темная материя существует, потому что ее гравитация влияет на другие объекты, такие как свет. Но понимание того, что такое темная материя, остается активной областью исследований.
|
|
|
|
Опубликовав в этом месяце свои первые снимки, обсерватория Веры К. Рубин приступила к 10-летней миссии, направленной на то, чтобы помочь разгадать тайну темной материи. Обсерватория продолжит дело своей тезки, астронома-первопроходца, который расширил наше понимание остальных 85% Вселенной.
|
|
|
|
Как историк астрономии, я изучал, как вклад Веры Рубин сформировал астрофизику. Название обсерватории вполне уместно, учитывая, что ее данные вскоре дадут ученым возможность развить ее работу и пролить больше света на темную материю.
|
|
Широкий взгляд на Вселенную
|
|
|
|
Со своего наблюдательного пункта в чилийских Андах обсерватория Рубина будет фиксировать все, что можно увидеть на южном небосклоне. Каждые три ночи обсерватория и ее 3200-мегапиксельная камера будут делать снимки неба.
|
|
|
|
|
|
|
Эта камера размером с небольшой автомобиль является самой большой цифровой камерой из когда-либо созданных. На снимках будет запечатлен участок неба, размер которого примерно в 45 раз превышает размер полной Луны. С помощью большой камеры с широким полем обзора Rubin будет получать около пяти петабайт данных в год. Это примерно 5000-летний запас MP3-песен.
|
|
|
|
После нескольких недель, месяцев и лет наблюдений астрономы получат хронометражную запись, на которой можно будет увидеть все, что взрывается, вспыхивает или движется, например, сверхновые, переменные звезды или астероиды. Кроме того, они проведут самый масштабный обзор галактик, который когда-либо проводился. Эти представления о галактиках являются ключом к исследованию темной материи.
|
|
Галактики являются ключом
|
|
|
|
Снимки, сделанные с помощью космических телескопов "Хаббл", "Джеймс Уэбб" и других, позволили наглядно продемонстрировать обилие галактик во Вселенной. Эти снимки сделаны с длительной выдержкой, чтобы собрать как можно больше света и показать даже очень слабые объекты.
|
|
|
|
Теперь исследователи знают, что эти галактики распределены не случайным образом. Гравитация и темная материя притягивают их и формируют структуру, напоминающую паутину или сосуд с пузырьками. Обсерватория Рубина расширит результаты предыдущих галактических исследований, повысив точность данных и охватив миллиарды других галактик.
|
|
|
|
Помимо того, что темная материя помогает структурировать галактики по всей Вселенной, она также искажает их внешний вид с помощью эффекта, называемого гравитационным линзированием.
|
|
|
|
Свет распространяется в пространстве по прямой линии — до тех пор, пока не столкнется с чем-то массивным. Гравитация искривляет траекторию света, что искажает то, как мы его видим. Этот эффект гравитационного линзирования дает ключ к разгадке, который может помочь астрономам обнаружить темную материю. Чем сильнее гравитация, тем больше изгиб на пути света.
|
|
|
|
Открытие темной материи
|
|
|
|
На протяжении веков астрономы отслеживали и измеряли движение планет в Солнечной системе. Они обнаружили, что все планеты, за исключением Урана, двигались по траектории, предсказанной законами движения Ньютона. Астрономы и математики пришли к выводу, что если законы Ньютона верны, то где—то там должна быть какая—то недостающая материя - другой массивный объект, притягивающий Уран. Исходя из этой гипотезы, они открыли Нептун, подтвердив законы Ньютона.
|
|
|
|
Получив возможность видеть более слабые объекты в 1930-х годах, астрономы начали отслеживать движение галактик.
|
|
|
|
Астроном Калифорнийского технологического института Фриц Цвикки ввел термин "темная материя" в 1933 году после наблюдения галактик в скоплении Кома. Он рассчитал массу галактик на основе их скоростей, которые не соответствовали их массе, основанной на количестве наблюдаемых им звезд.
|
|
|
|
Он подозревал, что скопление может содержать невидимую, отсутствующую материю, которая удерживает галактики от распада. Но в течение нескольких десятилетий ему не хватало данных наблюдений, подтверждающих его теорию.
|
|
Входит Вера Рубин
|
|
|
|
В 1965 году Вера Рубин стала первой женщиной, принятой на работу в научный штат отдела земного магнетизма Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия.
|
|
|
|
Она работала с Кентом Фордом, который сконструировал чрезвычайно чувствительный спектрограф и собирался применить его в научно-исследовательском проекте. Рубин и Форд использовали спектрограф для измерения скорости обращения звезд вокруг центра своих галактик.
|
|
|
|
В Солнечной системе, где большая часть массы сосредоточена в центре Солнца, ближайшая планета, Меркурий, движется быстрее, чем самая дальняя планета, Нептун.
|
|
|
|
"Мы ожидали, что по мере удаления звезд от центра галактики их орбиты будут становиться все медленнее и медленнее", - сказал Рубин в 1992 году.
|
|
|
|
То, что они обнаружили в галактиках, удивило их. Звезды, удаленные от центра галактики, двигались так же быстро, как и звезды, расположенные ближе.
|
|
|
|
"И это на самом деле приводит только к двум возможностям", - объяснил Рубин. "Либо законы Ньютона не выполняются, и физики и астрономы этого очень боятся... (или) звезды реагируют на гравитационное поле материи, которое мы не видим".
|
|
|
|
Данные накапливались по мере того, как Рубин создавала график за графиком. Ее коллеги не сомневались в ее наблюдениях, но их интерпретация оставалась предметом споров. Многие люди неохотно соглашались с тем, что темная материя необходима для объяснения результатов, содержащихся в данных Рубин.
|
|
|
|
Рубин продолжала изучать галактики, измеряя скорость перемещения звезд внутри них. Ее не интересовало изучение самой темной материи, но она продолжала документировать ее влияние на движение галактик.
|
|
Наследие Веры Рубин
|
|
|
|
Сегодня все больше людей знают о наблюдениях Рубина и его вкладе в наше понимание темной материи. В 2019 году в Конгресс был внесен законопроект о переименовании бывшего Большого синоптического обзорного телескопа в обсерваторию Веры К. Рубин. В июне 2025 года Монетный двор США выпустил четвертьфинал с участием Веры Рубин.
|
|
|
|
Рубин продолжала собирать данные о движении галактик на протяжении всей своей карьеры. Другие продолжили с того места, на котором она остановилась, и помогли продвинуться в исследованиях темной материи за последние 50 лет.
|
|
|
|
В 1970-х годах физик Джеймс Пиблз и астрономы Джереми Острикер и Амос Яхил создали компьютерное моделирование отдельных галактик. Они, как и Цвикки, пришли к выводу, что в галактиках недостаточно видимой материи, чтобы не дать им разлететься в разные стороны.
|
|
|
|
Они предположили, что чем бы ни была темная материя — будь то холодные звезды, черные дыры или какая—то неизвестная частица, - в галактиках ее может быть в 10 раз больше, чем обычной материи.
|
|
|
|
На протяжении всего своего 10-летнего существования обсерватория Рубина должна предоставить еще большему числу исследователей возможность расширить наше понимание темной материи.
|
|
|
|
Источник
|
