Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев Страница 5

               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.

               Со временем результаты, полученные Рубин и Фордом, наряду с наблюдениями в радиодиапазоне (на длине волны 21 см) распределения водорода по галактическому диску стали рассматриваться как свидетельство в пользу гипотезы Фрица Цвикки, который предположил, что обнаруженные им аномалии в движении галактик объясняются существованием своего рода скрытой массы — невидимой тёмной материи, не испускающей электромагнитное излучение и рассеянной всюду по вселенной. Природа темной материи до сих пор неизвестна, но её наличие имеет решающее значение для понимания процессов галактического и сверх-галактического масштаба. Гипотеза существования темной материи позволяет объяснить многие явления, такие как особенности вращения галактик, движение галактик внутри скоплений, наличие гравитационных линз и др. Работы Рубин также показали, что альтернативные модели в рамках модифицированной ньютоновской динамики не годятся для объяснения характера вращения галактик. Сама Рубин выразила разочарование по этому поводу, заявив: «если бы я могла выбирать, то предпочла бы, чтобы дальние гравитационные взаимодействия могли быть описаны модифицированными законами Ньютона. Мне это представляется более привлекательным, чем необходимость допущения неизвестного до сих пор вида элементарных частиц».

               Рубин продолжала исследования галактик в течение многих лет; ей принадлежит открытие галактик, в которых звёзды вращаются как по часовой, так и против часовой стрелки (counterrotating galaxies), галактик с полярным кольцом и сливающихся галактик.

Награды и отличия

    Национальная научная медаль США (1993)

    Премия Диксона в области науки (1993)

    Премия Генри Норриса Рассела (1994)

    Лекция Карла Янского (1994)

    Золотая медаль Королевского астрономического общества (1996)

    Weizmann Women & Science Award (1996)

    Медаль Джона Скотта (2001)

    Премия Грубера по космологии (2002)

    Медаль Кэтрин Брюс (2003)

    Медаль Джеймса Крейга Уотсона (2004)

    Премия памяти Рихтмайера (2008/2009)

Почётные докторские степени Университета Крейтон (1978), Гарвардского университета (1988), Йельского университета (1990), Уильямс-колледжа (1993), Мичиганского университета (1996), Джорджтаунского университета (1997), Университета штата Огайо (1998), Принстонского университета (2005).

Глава 11-1-11

Аргументы в пользу существования тёмной материи

               Затем в 1970-х годах аргументы в пользу массивных гало или «корон» галактик вдали от их центра были высказаны и другими известными учёными: Яаном Эйнасто, а также Джереми Острайкером и Джимом Пиблсом, которые проанализировали накопленный объём данных, помимо кривых вращения, по движению карликовых галактик, пар и скоплений галактик. Так, статья Острайкера и Пиблса начиналась со слов

    «Есть основания, всё более многочисленные и достоверные, считать, что оценки масс обычных галактик до настоящего времени могли быть занижены не менее, чем в 10 раз».

               Важным моментом стала работа Альберта Босмы из Гронингенского университета: в 1978 году в своей диссертации на степень доктора философии он представил пологие кривые вращения уже для 25 галактик. В этот период были сформулированы, помимо наблюдательных, и теоретические аргументы в пользу существования тёмной материи, основанные на космологических соображениях и результатах численного моделирования. Те же Острайкер и Пиблс, опираясь на работы Цвикки, показали, что без добавления массивных сферических гало галактики были бы неустойчивыми. Настроения в астрономическом сообществе к концу десятилетия отразились в обзоре американских астрофизиков Сандры Фабер и Джона Галлахера, в котором было отмечено, «что доводы в пользу невидимой массы во Вселенной очень убедительны и становятся всё убедительнее».

Глава  11-1-12

Кен Фримен 

Кен Фримен (англ. Kenneth Charles Freeman; род. 27 августа 1940, Перт, Австралия) — австралийский астроном и астрофизик, исследователь тёмной материи, основоположник галактической археологии (galactic archaeology).

Рис. Кен Фримен

               Профессор обсерваторий Маунт-Стромло и Сайдинг-Спринг Австралийского национального университета, член Австралийской академии наук (1981) и Лондонского королевского общества (1998), иностранный член Национальной академии наук США (2017).

Образование и карьера

               Обучался в Университете Западной Австралии. Будучи на 2 курсе, в 1959 году впервые побывал в обсерватории Маунт-Стромло, где во время каникул прошёл специальный учебный курс и по его итогам получил от возглавлявшего тогда обсерваторию профессора Барта Бока длинный восторженный отзыв, которым был очень впечатлён и мотивирован заниматься астрономией. В 1962 году по окончании обучения в Университете Западной Австралии получил степень бакалавра наук по математике с отличием. В 1999 году удостоен почётной докторской степени.

               Степень доктора философии по специальности «Теоретическая астрофизика» получил в Кембриджском университете в 1965 году на кафедре прикладной математики и теоретической физики. С 1965 по 1969 годы был исследователем в Тринити-колледже, а в 1966 году постдоком в Техасском университете, где работал с Жераром Анри де Вокулёром и его супругой Антуанеттой. С 1967 года работал в обсерваториях Маунт-Стромло и Сайдинг-Спринг Австралийского национального университета, с 2000 года — именной профессор астрономии.

               В 1976 году также был старшим учёным в Астрономическом институте Каптейна в Гронингенском университете, с 1982 по 1987 годы — председателем консультативного комитета по приборному оснащению Англо-австралийского телескопа. В Австралийской академии наук с 1981 года. С 1995 по 2002 годы — принимающим редактором журнала «New Astronomy». В 1998 году руководил комиссией по исследованию звёздного населения при распределении времени наблюдений на телескопе «Хаббл»,