“暗物质之母”和早期宇宙

　　著名女天文学家薇拉·鲁宾于2016年12月25日逝世，享年88岁，她因确认暗物质存在的革命性贡献而闻名于世。

　　鲁宾有次说过：“在漩涡星系里，暗物质和可见物质的比值是10，这其实也我们人类的无知和已知的比值，我们的确已经从幼儿园毕业了，但也只是上了小学三年级。”

　　谨以此文献给薇拉。

　　编译、配 图： 解仁江

　　视频合成：王纪尧

　　著名女天文学家薇拉·鲁宾于2016年12月25日逝世，享年88岁，她因确认暗物质存在的革命性贡献而闻名于世。

　　薇拉在洛威尔天文台

　　薇拉·鲁宾对天体运动的热爱始于1938年，那年她才10岁，她家从费城搬到华盛顿特区，在那里她有了一间朝北的卧室，晚上能看见星辰旋转，对地球运动的理解让薇拉很快难以自拔。四年后，她和他父亲一起制作了自己的望远镜，并开始参加各种天文爱好者的聚会。

　　鲁宾循着玛丽亚·米歇尔的脚步——她是世界上第一位职业女天文学家，进入了纽约州波基普西市的瓦萨学院。在那里的一个暑假，她认识了鲍勃·鲁宾，来自康奈尔大学的研究生，她一毕业他们就成了婚。

　　乔治·伽莫夫

　　鲁宾在康奈尔大学拿到了硕士学位（其实她的梦想是进入普林斯顿大学，但当时该校不接受女性学生）他的丈夫则拿到了博士学位。夫妻俩随即搬到了马里兰，在那里鲍勃在应用物理实验室有了一份新工作。由于办公室安排的一次机会，著名的物理学家乔治·伽莫夫得知鲁宾攻读硕士期间在星系上的研究工作，要求和她谈话。这真是一次意外的好运气，最终让鲁宾得以在乔治敦大学跟着伽莫夫取得了她的博士学位。她1945年的论文在星系空间分布的课题上获得了新的突破。

　　鲁宾博士毕业后随即就进入了乔治敦大学工作，但成绩平平。她把精力都放在了养育四个孩子上，他们后来都成了科学家，2002年《科学》杂志采访她时，她说到：“我其实花了很长时间才确认自己成为了真正的天文学家”。

　　当她到马里兰就变了一个人，她带着强烈的愿望走进卡内基的地磁学系要了一份工作，接下来的几年里，他和肯特·福特合作一起奔波于亚利桑那州的基特峰国立天文台和智利托洛洛山天文台进行观测。到了1965年她甚至成为唯一有权使用南加州帕洛玛山天文台望远镜的女性。

　　新工作让鲁宾重新燃起对星系内部恒星运动的研究的兴趣。借助新的技术进步，她得以对星系外围的旋转进行研究。星系外围恒星的旋转让鲁宾萌生出一个卓越的发现：物质中的大部分是不可见的。

　　弗里茨·兹威基

　　1993年，瑞士天文学家弗里茨·兹威基观测了后发座星系团，直径大约5000万光年，这个星系团拥有几千个星系。他发现这些星系在星系团里快速移动着，这样的速度下它们应该早就四散飞离。那样的速度下这些可见物质靠着它们自身的能量不足以让这个星系团内的星系继续聚在一起，但这个星系团就是这么稳定。

　　兹威基断定一定有种隐藏着的成分，他称之为dunkle Materie（德文暗物质）将这些星系吸引在一起。

　　这个课题之后的30年内一直没有引起多大关注。是鲁宾和福特以及他们的同事收集到了这些独立星系的旋转和预测出来不同的更深入的证据。因为大多数星系都有一个明亮的凸起来的中心，那里是密集的大量恒星，星系暗弱的边缘的恒星则相对少得多。天文学家们大胆假定整个星系的物质都集中在它的中心位置，当时很自然的结论就是星系应该像我们的太阳系一样旋转，内行星比外行星沿轨道的运动更快。

　　旋转速率显示了隐藏的物质

　　这张图表引自鲁宾1978年的论文，显示他们研究过的10个星系中的7个的旋转速率。如果可见物质是唯一物质的话，这个曲线将向右侧急转直下。扁平的曲线暗示着假设我们对引力的理解是争取的，星系中一定有看不见的物质存在。

　　1978年的《天体物理》杂志邮件上，星系旋转的曲线——图表是恒星轨道速度比上它们距离星系中心的距离。

　　所有的旋转曲线都是相对平缓的，远离星系中心的恒星，位于恒星稀少的星系外围，和距离星系中心更近的恒星旋转的速度一样快，这个课题组计算的结果显示，这些星系包含的暗物质是可见物质的10倍。

　　之后的十多年里，鲁宾继续研究这数以百计的星系，收集着关于暗物质更多的证据。尽管自然界暗物质到今天还是未解之谜，但它已经成了天文学最时髦的名词。那些继续研究暗物质的学者也多踩着鲁宾曾经的脚印，而理论物理学家则渴望能够解释它的存在。

　　薇拉·鲁宾的对科学的热忱扩展到了她的家庭。她的四个孩子都成为了科学家，茱蒂丝·杨曾是位于阿默斯特的马萨诸塞大学的天文学家，直到她2014年因癌症英年早逝；大卫·鲁宾现在是美国地质勘探局的地质学家；卡尔·鲁宾是加州大学欧文分校的数学家；艾伦·鲁宾则是普林斯顿大学的地质学家。

　　她的丈夫是著名的数学家和物理学家，也曾是她最大的支持者，直到2008年去世。

　　鲁宾凭借她的成就在1981年进入美国国家科学院（第二位女性天文学家），1996年她成为继1828年卡洛琳·赫歇尔获得英国皇家天文学会金质奖章后第二位获此殊荣的女性天文学家。她反复呼吁更多的女性从事科学研究工作，可惜的是她最终没能获得诺贝尔奖，很多人认为她当之无愧。

　　很多人因为她的伟大发现颂扬她，因为她作为女性在科研领域的先行者地位称赞她，因为她能够将事业和家庭的关系处理得很好而佩服她。她已经成为她深爱的天文学领域的最伟岸的楷模，她童心未泯般的好奇心和贯穿一生的人生奇迹将鼓励着更多的来者！