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薇拉·C·鲁宾如何彻底改变暗物质

了解薇拉·C·鲁宾如何克服逆境,帮助研究人员理解暗物质。

Emilie Lucchesi
作者:Emilie Le Beau Lucchesi
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图片来源:Artsiom P/Shutterstock

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2016 年,天文学家薇拉·C·鲁宾去世,享年 88 岁。三年后,国会将位于智利的 NSF-DOE 薇拉·C·鲁宾天文台以她的名字命名。天文台的望远镜将拥有迄今为止最大的数码相机,预计将于 2025 年投入使用。该相机将在未来 10 年内持续拍摄照片,作为一项将捕捉天空变化的测绘项目的一部分。

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流星、超新星、流星体和彗星都将被记录下来。但这个天文台也将告诉我们更多关于我们看不到的东西——暗物质。

“科学家们知道暗物质的存在,但鲁宾的观测帮助我们理解了它,”能源部高能物理办公室的宇宙前沿项目经理、理论物理学家 Bryan J. Field 说道。

薇拉·鲁宾对暗物质的探索

鲁宾于 1963 年开始进行暗物质观测,不久后她便辞去了教学工作,以便全身心地投入到她的研究中。1965 年,她开始在华盛顿卡内基研究所(现为卡内基科学研究所)的地球磁学系工作。她是该研究所的第一位女性科学工作人员。

在那里,她遇到了设计望远镜和其他仪器的肯特·福特。鲁宾和福特于 1965 年发表了他们的第一篇论文。在 1976 年至 1986 年间,两人在《天体物理学杂志》上发表了 35 篇论文,在《天文学杂志》上发表了 11 篇论文。

鲁宾和福特试图确定星系内恒星和气体云如何围绕中心旋转。在她的研究中,鲁宾发现了存在的不可见物质远多于普通物质的证据。

革新科学界

鲁宾和福特分析了 60 个星系的数据。他们发现,在星系内,外缘的恒星运动速度与靠近中心的恒星相似。这与物理学家们的预期不符。这意味着这些星系中一定存在某种不可见的质量。

鲁宾并不是第一个提出暗物质理论的科学家。在 20 世纪 30 年代初,另一位科学家曾提出,星系在其星系团内的运动需要更充分的解释。这个问题悬而未决了三十多年。然而,正是鲁宾的工作帮助向科学界解释了暗物质。

“很难形容当时有多么革命性,”菲尔德说。“那是天文学的黄金时代。我们仍在试图弄清楚恒星是如何发光的。”

鲁宾的期刊文章将她的数据带给了科学界,并提供了急需的答案。

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薇拉·鲁宾的旅程

在她的研究之前,鲁宾于 1928 年出生在费城。她的父亲是一位工程师,他帮助她建造了一台望远镜。她的母亲是一位家庭主妇,她发现了女儿对知识的渴望,并写信给当地的图书管理员,说明鲁宾可以从成人区借阅书籍。

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在高中时,一位物理老师忽略了她,这位老师似乎对允许女孩参加他的课程感到惊讶。当鲁宾分享她被瓦萨学院录取并获得奖学金的好消息时,他告诉她她会做得很好“……只要你远离科学。”

被瓦萨学院录取后,鲁宾选修了天文学课程,并担任天文学教授的助手。夏天,她在海军研究实验室工作。1948 年,她提前毕业,结婚后,开始在康奈尔大学攻读研究生,她的丈夫在那里攻读化学博士学位。

1951 年获得硕士学位后,鲁宾是一位住在华盛顿特区郊区的年轻母亲。她一边读着《天体物理学杂志》(她后来将在那里发表文章),一边看着她的儿子在沙坑里玩耍,并决定进一步深造。她进入乔治城大学攻读天文学博士学位。1954 年毕业时,她的丈夫和孩子们都出席了。毕业后,鲁宾开始在该大学任教。


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缅怀一位“不可阻挡的女战士”

随着鲁宾声誉的增长,她获得了荣誉。她是第二位当选美国国家科学院的女天文学家,并于 1993 年获得美国国家科学奖章。

鲁宾利用她的地位为他人代言,特别是那些被禁止进入研究生课程、就业机会和专业组织的科学界女性。

她去世后,国会注意到了鲁宾的成就以及她所面临的障碍。在她去世后不久的一次悼念中,卡内基科学研究所所长称鲁宾为“一位不可阻挡的女战士”。他回顾了她最初因性别而被帕洛马天文台拒绝的经历,并表示如果她听从了那些试图限制她的人,那将是“巨大的损失”。


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