薇拉·魯賓是如何發現暗物質存在第一直接證據的(內含中文視頻)

2020-11-29 天文在線

視頻版權:SciShow Space (YouTube);

字幕翻譯:天文志願字幕組(有錯誤的地方望各位指出)

翻譯:DK

審核:拾嶼

解說詞

(翻譯:天文志願字幕組,若有錯誤,歡迎指出)

那是70年代

肖恩·康納利還是詹姆士邦德 時尚界還像瞎了一樣醜

天文學家還在不知疲倦地探究銀河系旋轉問題

這是一個誤導性的名字

因為問題是銀河系旋轉得太好了

在銀河系邊緣的星星運轉的速度遠超天文學家的預期

於是他們開始質疑他們對物理學定律的了解

最後 他們意識到他們正在尋找證明暗物質的第一直接證據

這是由一位叫薇拉·魯賓的天文學家發現的

薇拉·魯賓於1928年出生在賓夕法尼亞州的費城 她從小就喜歡凝視星空

而且她特別著迷於星星如何在夜空中移動

她的父親是一位電機工程師 父親在她14歲時給她做了一個望遠鏡

之後她便開始參加業餘天文學家會議

在採訪中 她曾自曝她假裝高中畢業

因為她把每份作業都變成了寫天文學的藉口

這份對星星的熱誠將她送入了紐約的瓦薩學院

她選擇這所大學是因為有一位優秀的天文學前輩瑪麗亞·米切爾在這裡任教

在那裡 她得到了康納爾天文學碩士學位和喬治敦哲學博士學位

她的碩士論文分析了超過一百個星系的運動

她的博士論文研究了宇宙中星系是如何分布的

也許你已經發現了 她真的對星系很感興趣

在師從幾個不同的教授之後

1965年 最後魯賓選擇了華盛頓的卡耐基學院

也就是在這裡 她和她的同事 天文學家肯特·福特

將注意力轉向了恆星是如何圍繞星系中心旋轉的這一問題上

福特發明了一種更靈敏的光譜儀

這是一種將望遠鏡觀測到的光按波長分開的儀器

魯賓和福特用這個儀器計算銀河系不同部位的運轉速度

當他們繪製星系中星星的運轉速度圖時

他們預測越接近銀心的星星就運轉的越快

隨著星星遠離銀心 軌道速度就越來越慢

像太陽系裡一樣 水星在其軌道上繞太陽運轉的速度

就比海王星快

但結果並不是預期的那樣

他們發現星系邊緣的恆星

和離中心更近的星星運轉速度是一樣的

這很不合常理

星系外圍的星星運行的如此之快\N(註:圓周運動中,每個固定軌道上的物體運動的速度是一定的)

以致於星系基本上應該被分成幾個部分

因為每個星系中所能看到的物質的質量不應該足以把它們凝聚在一起

現在 魯賓和福特並不是最早發現星系這一奇特運動的人了

在同一世紀的早些時候曾有過一些獨立的發現

比如在同世紀30年代 美國天文學家H·W·巴布科克曾觀察到

附近的仙女座星系旋轉得太快了

另外 為奧爾特雲命名的荷蘭天文學家簡·奧爾特

曾發現六分儀座中的紡錘狀星系也有與仙女座星系相似的現象

無獨有偶 瑞士天文學家弗裡茨·茲威基也在\N后髮座星系團的一些星系中發現了這種現象

他們對這種現象提出了幾種不同的解釋

巴布科克認為這可能與光的吸收有關 或許星系外的物體

存在不同的動力規律 只是目前我們的數學還無法描述

奧爾特和弗裡茨都各自獨立的提出 這是由於星系周圍

存在的不發光物質的影響 也就是暗物質的影響

魯賓和福特發現

這個現象不只存在於個別星系中

這是普遍存在於宇宙中的

巴布科克 奧爾特和弗裡茨並沒有發現異常

他們看見了普遍現象的具體例子

魯賓繪製了銀河系的運動曲線

並標記了從中心到邊緣的速度

20世紀70年代 她收集並公布了大批數據

這些數據無可爭議的證明 銀河系自轉問題是典型的星系問題

並且其中存在某種無法解釋的物理作用

她還意識到暗物質的假設

和她對星系的研究發現是一致的

如果星系裡存在很多我們無法探測到的物質

那麼這就能解釋銀河系旋轉的那麼快了

此後 天文學家開始尋找更多暗物質存在的證據

最近 大多數的天文學家認為宇宙中有84%都是暗物質

魯賓於2016年12月去世 享年88歲

通過幾十年對星系與暗物質的研究

她為這個巨大的領域奠定了基礎

直到現在 天文學家依舊不知道暗物質到底是什麼

全世界有成千上萬的研究者也都致力於解決這一謎題

所以到現在 在許多方面 薇拉·魯賓仍然在為我們對宇宙的認識做出貢獻

感謝收看本期SciShow Space

想了解更多關於暗物質 可以觀看「我們所不知道的暗物質」

它探討了天文學家多年來考慮的一些可能性\N翻譯:DK\N審核:拾嶼\N(觀看更多中文天文視頻歡迎關注weibo天文在線)\N【也歡迎您加入我們字幕組,私信koukou零度星系(南充)】

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