Vera Rubin i ciemna materia

 

/   Tomasz Pospieszny   /

 

Vera Florence Cooper Rubin należy do grona najwybitniejszych uczonych, którzy nie zostali docenieni przez Szwedzką Akademię Nauk. Była amerykańską astrofizyczką, której badania nad szybkością rotacji galaktyk dały dowód na istnienie ciemnej materii. W „The New York Times” pisano, że jej prace dla współczesnej astronomii były początkiem zmian na skalę kopernikańską.

Vera (z prawej) i jej siostra Ruth z babcią, [za:] https://dtm.carnegiescience.edu/remembering-vera
Vera Rubin urodziła się 23 lipca 1928 roku w Filadelfii w Pensylwanii. Jej rodzice byli żydowskimi imigrantami — ojciec Philip Cooper miał Polskie korzenie (urodził się w Wilnie). Do czasu ślubu z Rose Applebaum pochodzącą z Mołdawii pracował jako inżynier w Bell Telephone. Vera miała dwie starsze siostry. Rodzina była mocno zżyta, a rodzice przywiązywali wagę do edukacji córek. W 1938 roku rodzina przeniosła się do Waszyngtonu. To właśnie tutaj dziesięcioletnia Vera po raz pierwszy zainteresowała się astronomią – z wielką fascynacją obserwowała nocne niebo. Moi rodzice byli bardzo, bardzo pomocni, poza tym, że nie lubili, gdy nie spałam całą noc – wspominała. Wspólnie z ojcem zbudowała pierwszy prymitywny teleskop, który umożliwiał jej oglądanie meteorytów. Po latach wspominała – Już wtedy bardziej interesowało mnie pytanie niż odpowiedź. Od wczesnych lat młodzieńczych byłam przekonana, że żyjemy w bardzo ciekawym świecie.

W 1944 roku ukończyła Coolidge Senior High School i nie słuchając nauczycieli, którzy radzili jej, aby wybrała studia artystyczne, podjęła studia licencjackie w Vassar College, na której kiedyś wykładała pierwsza kobieta astronom – Maria Mitchell. Cztery lata później, jako jedyna kobieta–absolwentka, otrzymała licencjat z astronomii. Postanowiła dalej kształcić się na Uniwersytecie w Princeton. Niestety jej podanie zostało odrzucone, gdyż… była kobietą!

 

Vera i Bob w dniu ślubu — 25 czerwca 1948 roku, [za:] https://dtm.carnegiescience.edu/remembering-vera

Latem 1947 roku rodzice przedstawili ją Robertowi (Bobowi) Rubinowi. Kształcił się na oficera marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych i studiował chemię na Uniwersytecie Cornell. Był od niej starszy o dwa lata. Rok później Vera poślubiła Roberta, który prowadził już badania na Uniwersytecie Harvarda. Właśnie ze względu na męża, nie zdecydowała się na podjęcie pracy na tym samym uniwersytecie. W końcu wybrała Uniwersytet Cornell. Co znamienne, prace badawcze prowadziła wychowując jednocześnie czworo dzieci: Davida (ur. 1950), Judith Young (1952–2014), Karla (ur. 1956) i Allan (ur. 1960). Cała czwórka poszła w ślady rodziców i wybrała karierę naukową. David i Allan zostali doktorami geologii, Judith astronomii, a Karl matematyki.

 

Vera Rubin w Parku Narodowym Rocky Mountain z dziećmi. Od lewej: Karl, Dave, Allan, Vera i Judy, 1961, z albumu rodzinnego Allana Rubina, [za:] https://whyy.org/segments/son-of-vera-rubin-reflects-on-her-life-and-impact/

W 1951 roku Rubin obroniła magisterium, w trakcie którego badała ruchy galaktyk. Wytłumaczyła wówczas, w jaki sposób galaktyki oddalają się od siebie. Jej mistrzami byli między innymi Hans Bethe i Richard Feynman. W wieku dwudziestu trzech lat rozpoczęła pracę nad rozprawą doktorską na Uniwersytecie Georgetown. Jej promotorem został George Gamow – wybitny fizyk jądrowy i kosmolog, autor hipotezy powstawania pierwiastków oraz doskonałego cyklu książek o Panu Tompkinsie. Rubin  obroniła pracę doktorską w 1954 roku. Uczona wykazała w niej, że galaktyki skupiały się razem tworząc gromady, a nie były losowo rozmieszczane we Wszechświecie, co było wówczas dość kontrowersyjnym pomysłem.

Przez kolejne lata zajmowała różne stanowiska akademickie – była wykładowcą matematyki i fizyki w Montgomery College, asystentką astronoma, następnie ponownie wykładowcą i w końcu adiunktem na Uniwersytecie Georgetown. W 1963 roku rozpoczęła roczną współpracę z Geoffreyem i Margaret Burbidge’ami, podczas której dokonała pierwszych obserwacji rotacji galaktyk przy użyciu 82-calowego teleskopu w Obserwatorium McDonald.

 

Vera Rubin w Obserwatorium Lowell przy teleskopie Flagstaff, obok niej w kasku Kent Ford – jej długoletni współpracownik, 1965, z albumu rodzinnego Allana Rubina, [za:] https://whyy.org/segments/son-of-vera-rubin-reflects-on-her-life-and-impact/

Vera chcąc uniknąć kontrowersyjnych dziedzin astronomii, obejmujących między innymi badania nad kwazarami i ruchem galaktycznym, skupiła się na rotacji i zewnętrznych obszarach galaktyk. Wraz z Kentem Fordem z Carnegie Institution w Waszyngtonie zaczęła mierzyć prędkość gwiazd na obrzeżach Wielkiej Mgławicy Andromedy. Uczeni uważali, że tak jak planety w Układzie Słonecznym gwiazdy bardziej oddalone od masywnego centrum poruszają się wolniej. Z zaskoczeniem odkryli, że prędkość bliższych i dalszych gwiazd jest taka sama. Rubin zmierzyła dodatkowo krzywe rotacji ponad dwustu innych galaktyk. Za każdym razem wyniki pomiarów były takie same. Doprowadziło to uczoną do dwóch wniosków – albo prawo grawitacji nie działa, albo galaktyki są otoczone tzw. ciemną materią. Gwiazdy muszą być zatem przyciąganie przez coś, co ma ogromną masę i jest bardzo rozległe, a czego nie widać w teleskopach. Jej pierwsze publikacje z lat siedemdziesiątych ubiegłego stulecia zostały przyjęte z niedowierzaniem (podobnie jak magisterium i doktorat). Dopiero w latach osiemdziesiątych astrofizycy musieli przyznać jej rację – w galaktykach istnieje nieznana materia, która nie emituje i nie pochłania światła oraz ma masę aż dziesięć razy większą niż łącznie wszystkie gwiazdy widoczne w teleskopach. Dziś wiadomo, że ciemna materia stanowi dziewięćdziesiąt procent materii Wszechświata i jest wykrywana przez wywoływane efekty grawitacyjne. W 1999 roku laureat Nagrody Nobla z fizyki amerykański astrofizyk Saul Perlmutter powiedział – Wszechświat zrobiony jest głównie z ciemnej materii i ciemnej energii i nie wiemy, czym jest każda z nich. Sama uczona w 2000 roku wyjaśniła – W galaktyce spiralnej, stosunek ciemnej do jasnej materii wynosi jeden do dziesięciu. To prawdopodobnie taki sam stosunek jak naszej ignorancji do wiedzy. Wyszliśmy już co prawda z przedszkola, ale jesteśmy dopiero w trzeciej klasie.

 

Wielka Galaktyka Andromedy (M31), fot. M. Nyklewicz / Astro Niki, [za:] https://www.crazynauka.pl/wielka-galaktyka-andromedy-sam-mozesz-zrobic-takie-zdjecie/

Rubin była Żydówką, jednak nie widziała konfliktu pomiędzy nauką, a religią. W udzielonym kiedyś wywiadzie powiedziała – W moim życiu nauka i religia są oddzielone. Jestem Żydówką, więc religia jest dla mnie rodzajem kodeksu moralnego i rodzajem historii. Staram się prowadzić naukę w sposób moralny i uważam, że najlepiej byłoby, gdyby nauka była postrzegana jako coś, co pomaga nam zrozumieć naszą rolę we Wszechświecie.

Vera Rubin, fot. M. Godfrey, [za:] https://dtm.carnegiescience.edu/remembering-vera
Uczona otrzymała wiele prestiżowych nagród, między innymi: Henry Norris Russell Lectureship Prize (1994), Złoty Medal Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego (1996), Bruce Medal (2003), Medal Jamesa Craiga Watsona (2004). Przyznano jej także doktoraty honorowe Harvard University, Yale University, Smith College, Grinnell College i … Princeton University. Jej imieniem została nazwana planetoida (5726) Rubin.

Vera Rubin zmarła w wieku osiemdziesięciu ośmiu lat w nocy 25 grudnia 2016 roku w wyniku powikłań związanych z demencją. Przeżyła męża o osiem lat. Prezes Carnegie Institution, gdzie wykonywała większość swoich badań, nazwał ją skarbem narodowym.

 

 

W 2011 roku powiedziała — Moje życie było ciekawą podróżą. Zostałam astronomką, ponieważ nie wyobrażałam sobie życia na Ziemi bez próby zrozumienia, jak działa Wszechświat. I nie ulega wątpliwości, że Vera Rubin zrozumiała.

 

Literatura zalecana:

[1] K. Jepsen, Vera Rubin, Giant of Astronomy, „Symmetry”, 01–07–2020.

[2] V. Rubin, Bright Galaxies, Dark Matters. Masters of Modern Physics, Woodbury, New York City: Springer Verlag/AIP Press,1997.

[3] A. Lightman, R. Brawer, Origins: The Lives and Worlds of Modern Cosmologists, Harvard University Press (1992).

[4] P. Frances (ed.), Encyklopedia Wszechświata. Astronomia, Planety, Galaktyki, Mapy nieba, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006.

[5] D. Filkin, Wszechświat Stephana Hawkinga. Opisanie Kosmosu, Dom Wydawniczy Rebis, Poznań 1998.

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.