Всё в космосе — от Земли и Солнца до чёрных дыр — составляет всего около [15% всей материи во Вселенной](https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad3fb5). Остальное, похоже, состоит из невидимого материала, который астрономы называют [тёмной материей](https://theconversation.com/dark-matter-the-mystery-substance-physics-still-cant-identify-that-makes-up-the-majority-of-our-universe-85808).
Астрономы знают, что тёмная материя существует, потому что её гравитация влияет на другие объекты, например на свет. Но понимание того, что такое тёмная материя, остаётся активной областью исследований.
С выпуском [первых изображений](https://rubinobservatory.org/news/rubin-first-look) в этом месяце обсерватория Веры Рубин начала 10-летнюю миссию по разгадке тайны тёмной материи. Обсерватория продолжит дело своего тёзки, астронома-первопроходца, который продвинул наше понимание других 85% Вселенной.
Как [историк астрономии](https://airandspace.si.edu/people/staff/samantha-thompson), я изучала, как открытия Веры Рубин повлияли на астрофизику. Название обсерватории подходит, учитывая, что её данные вскоре предоставят учёным возможность развить её работу и пролить больше света на тёмную материю.
С наблюдательного пункта в горах чилийских Анд обсерватория Рубин будет документировать всё видимое на южном небе. Каждые три ночи обсерватория и её 3200-мегапиксельная камера будут фиксировать небо.
Эта камера размером с небольшой автомобиль — [самая большая цифровая камера из когда-либо созданных](https://rubinobservatory.org/explore/how-rubin-works/technology/camera). Изображения будут фиксировать участок неба размером примерно в 45 раз больше полной Луны. С большой камерой и широким полем зрения Рубин будет производить около пяти петабайт данных каждый год. Это примерно [5000 лет записей песен в формате MP3](https://www.npr.org/2019/04/10/711723383/watch-earth-gets-its-first-look-at-a-black-hole).
После недель, месяцев и лет наблюдений у астрономов будет покадровый отчёт обо всём, что взрывается, вспыхивает или движется, — например, о [сверхновых](https://www.space.com/6638-supernova.html), [переменных звёздах](https://www.space.com/15396-variable-stars.html) или астероидах. У них также будет самый большой обзор галактик, когда-либо созданный. Эти галактические виды являются ключом к исследованию тёмной материи.
Глубокие обзорные изображения, полученные с помощью [космического телескопа Хаббла](https://esahubble.org/images/heic0611b/), [космического телескопа Джеймса Уэбба](https://theconversation.com/james-webb-space-telescope-an-astronomer-explains-the-stunning-newly-released-first-images-186800) и других, визуально показали обилие галактик во Вселенной. Эти изображения сделаны с длительной выдержкой, чтобы собрать как можно больше света, поэтому видны даже очень слабые объекты.
Исследователи теперь знают, что эти галактики распределены не хаотично. Гравитация и тёмная материя притягивают их и направляют в структуру, напоминающую паутину или пузырьковую ванну. Обсерватория Веры Рубин расширит эти предыдущие галактические обзоры, повысив точность данных и зафиксировав миллиарды новых галактик.
Помимо помощи в структурировании галактик по всей Вселенной, тёмная материя также искажает внешний вид галактик посредством эффекта, называемого [гравитационным линзированием](https://esawebb.org/wordbank/gravitational-lensing/).
Свет движется в пространстве по прямой линии — если только он не приближается к чему-то массивному. Гравитация искривляет путь света, что искажает наше восприятие. Этот эффект [гравитационного линзирования](https://phys.org/tags/gravitational+lensing/) даёт подсказки, которые могут помочь астрономам обнаружить тёмную материю. Чем сильнее гравитация, тем больше изгиб пути света.
На протяжении веков астрономы отслеживали и измеряли движение планет в Солнечной системе. Они обнаружили, что все планеты следуют пути, предсказанному [законами движения Ньютона](https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/newtons-laws-of-motion/), кроме Урана. Астрономы и математики рассудили, что если законы Ньютона верны, то должна существовать какая-то недостающая материя — другой массивный объект — который притягивает Уран. Из этой гипотезы они открыли Нептун, подтвердив законы Ньютона.
С возможностью видеть более тусклые объекты в 1930-х годах астрономы начали отслеживать движение галактик.
Астроном Калифорнийского технологического института [Фриц Цвикки](https://www.amnh.org/learn-teach/curriculum-collections/cosmic-horizons-book/fritz-zwicky) ввёл термин «тёмная материя» в 1933 году, наблюдая [галактики в скоплении Кома](https://www.nasa.gov/image-article/coma-galaxy-cluster/). Он рассчитал массу галактик на основе их скоростей, которая не соответствовала их массе, основанной на количестве наблюдаемых им звёзд.
Он подозревал, что в скоплении может содержаться невидимая, недостающая материя, которая не даёт галактикам разлететься. Но в течение нескольких десятилетий ему не хватало наблюдательных доказательств, чтобы подтвердить свою теорию.
В 1965 году [Вера Рубин](https://www.amnh.org/learn-teach/curriculum-collections/cosmic-horizons-book/vera-rubin-dark-matter) стала первой женщиной, принятой на научный персонал в Отдел земного магнетизма Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия.
Она работала с Кентом Фордом, который создал чрезвычайно чувствительный [спектрограф](https://www.scientificamerican.com/article/ancient-stars-how-does-spectrograph-work/) и хотел применить его в научном исследовательском проекте. Рубин и Форд использовали спектрограф для измерения скорости, с которой звёзды движутся вокруг центра своих галактик.
В Солнечной системе, где большая часть массы сосредоточена в центре, на Солнце, ближайшая планета, Меркурий, движется быстрее, чем самая дальняя планета, Нептун.
«Мы ожидали, что по мере удаления звёзд от центра их галактики они будут двигаться всё медленнее и медленнее», — [сказала Рубин в 1992 году](https://books.google.com/books?id=OVBUt6yrMtAC&).
То, что они обнаружили в галактиках, удивило их. Звёзды, находящиеся далеко от центра галактики, двигались [так же быстро, как и звёзды, расположенные ближе](https://doi.org/10.1086/150317).
«И это действительно приводит только к двум возможностям, — [объясняла Рубин](https://books.google.com/books?id=OVBUt6yrMtAC&). — Либо законы Ньютона неверны, и физики и астрономы ужасно боятся этого… (или) звёзды реагируют на гравитационное поле материи, которую мы не видим».
Данные накапливались, пока Рубин создавала график за графиком. Её коллеги не сомневались в её наблюдениях, но интерпретация оставалась предметом споров. [Многие люди не хотели принимать](https://repository.aip.org/rubin-vera-1989-april-3), что тёмная материя необходима для объяснения результатов, полученных в данных Рубин.
Рубин продолжала изучать галактики, измеряя скорость движения звёзд в них. Она не была заинтересована в исследовании самой тёмной материи, но продолжала документировать её влияние на движение галактик.
Сегодня всё больше людей узнают о наблюдениях Рубин и её вкладе в наше понимание тёмной материи. В 2019 году был внесён законопроект о переименовании бывшего Большого синоптического обзорного телескопа в обсерваторию Веры Рубин. В июне 2025 года [Монетный двор США выпустил монету](https://womenshistory.si.edu/blog/new-quarter-honors-vera-rubin-astronomer-who-revealed-universes-hidden-mass) с изображением Веры Рубин.
Рубин продолжала накапливать данные о движении галактик на протяжении всей своей карьеры. Другие подхватили то, что она оставила, и помогли [продвинуть исследования тёмной материи](https://doi.org/10.1038/s41550-017-0059) за последние 50 лет.
В 1970-х годах физик Джеймс Пиблс и астрономы Джеремия Острикер и Амос Яхил [создали компьютерные симуляции отдельных галактик](https://doi.org/10.1086/152513). Они пришли к выводу, что в галактиках недостаточно видимой материи, чтобы удержать их от разлёта. Они предположили, что, чем бы ни была тёмная материя — будь то холодные звёзды, [чёрные дыры](https://phys.org/tags/black+holes/) или какая-то неизвестная частица — её может быть в 10 раз больше, чем обычной материи в [галактиках](https://phys.org/tags/galaxies/).
На протяжении своих 10 лет работы обсерватория Рубин должна дать ещё большему числу исследователей возможность внести свой вклад в наше понимание тёмной материи.
Предоставлено
[The Conversation](https://phys.org/partners/the-conversation/)