12.25丨纪念薇拉·鲁宾

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天文学家薇拉·鲁宾于圣诞节(2016年12月25日)自然辞世。本文为了纪念薇拉·鲁宾。

薇拉·鲁宾

“名誉是短暂的,‘我’的数量比我的名字更重要。如果天文学界多年后仍在引用我的数据,才是对我最大的恭维。”

——薇拉·鲁宾

【薇拉·鲁宾的发现】

或许你没听过薇拉·鲁宾(Vera Rubin),但我相信你肯定听过什么是暗物质。正是薇拉·鲁宾找到了暗物质存在的确凿证据。

论文

直到1960年代末,薇拉·鲁宾通过光谱分析测量了仙女座星系中心和边缘的恒星运行速度。根据牛顿的引力定律,当恒星离银河系中心越来越远的时候,它的速度也会变得越来越慢,比如在太阳系(下图左)中,冥王星需要248个地球年才能绕太阳一圈,而水星(比冥王星大一点)只需要88个地球日。然而,当我们预期在星系的旋转曲线中看到同样的情况时,薇拉·鲁宾对仙女座星系的测量结果震惊了所有人(下图右)。

星系

星系的旋转曲线:左边为太阳系,右边为仙女座星系。

我们看到,当恒星距离星系中心越来越远的时候,速度并没有减少,而是保持均速。如果薇拉·鲁宾的测量是正确的,星系中的可见物质根本无法维系恒星,因此必须存在着大量我们看不见的物质提供了额外的引力来源,否则星系早应该分崩离析。

之后,薇拉·鲁宾测量了更多的星系,发现这样的现象并不只存在于仙女座星系,而是所有他们测量的螺旋星系。科学家也发现星系中的气体也跟恒星一样,保持着相同的速度。薇拉·鲁宾的发现得到了其它实验结果的支持。天文学家在星系团、微波背景辐射等观测中找到了更多暗物质存在的证据。

宇宙

宇宙的成分:暗物质约为26.8%,暗能量约为68.3%,而普通物质只占4.9%(图片来源:ESA/Planck)

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