В настоящее время «мы не знаем» — есть единственно честный ответ на вопрос, что такое темная материя.

Подтвердить существование феномена темной материи на уровне отдельных галактик и привлечь к нему всеобщее внимание смогла Вера Рубин (1928–2016), астроном из Вашингтона. Научным руководителем диссертации Веры Рубин был Георгий Гамов. Родители Веры тоже были иммигрантами из бывшей Российской империи: мать из Бессарабии или Молдовы, отец — из Литвы. В середине 1960-х годов Вера Рубин стала первой женщиной, которую пригласили в Паломарскую обсерваторию, чтобы вести наблюдения на ее телескопах. В течение нескольких лет Вера Рубин вместе со своим соавтором Кентом Фордом, который изобрел очень чувствительный спектрограф, изучала движение звезд вокруг центров галактик, в первую очередь — Туманности Андромеды. Рубин вспоминала трудности наблюдений на обсерватории Лоуэлла в 1967–1968 годах: приходилось работать на телескопе в полной темноте, ухитряясь на ощупь вырезать фотопластинки нужного размера. Вместе с Фордом они применяли все способы для повышения чувствительности пластинок. Например, Рубин упоминала такой удивительный рецепт: «Нагревание фотопластинки в духовке в течение 72 часов волшебным образом повышало ее чувствительность». Самый первый спектр края Туманности Андромеды был случайно уничтожен — доброволец, который вызвался промыть готовую пластинку, поместил ее не в холодную, а в горячую воду и смыл всю фотоэмульсию со стекла.

Вера Рубин стала опытным специалистом в анализе звездных спектров и их изменений из-за эффекта Доплера, связанного с движением светил (см. книгу Vera Rubin «Bright Galaxies Dark Matters», 1997). Тема была важной, но не сулила каких-то сенсаций — может, именно поэтому Вера за нее взялась. Она признавалась, что не любит проблем, где наблюдатели теснятся, как в переполненном вагоне. Все астрономы заранее были уверены, что звезды вокруг галактических центров должны двигаться в полном соответствии с ньютоновскими законами, которые в случае, например, движения планет в Солнечной системе приводят к закону Кеплера: линейная скорость движения тела по орбите падает с ростом радиуса орбиты по закону . Следовательно, увеличение расстояния от центра галактики в 4 раза должно приводить к уменьшению скорости орбитального движения звезд в 2 раза. Но результаты, которые получили Рубин и Форд, оказались сенсационными — звезды не подчинялись закону Кеплера и двигались примерно с одинаковой скоростью на самых различных расстояниях. Словно каждую галактику обнимало массивное облако темной материи, которое весило гораздо больше звездного диска галактик и заставляло звезды двигаться быстрее, чем им предписывало притяжение суммарной массы всех видимых звезд.

Отметим, что речь идет о равенстве линейных (или обычных) скоростей звезд на разных радиусах, что предполагает достаточно интенсивное дифференциальное вращение галактики. Твердотельное вращение достигается при постоянной, не зависящей от радиуса угловой скорости. В этом случае линейные скорости не являются постоянными, а растут при постоянной угловой скорости пропорционально радиусу. Спиральный узор в дифференциально-вращающихся галактиках движется твердотельно, потому что он представляет собой волну, распространяющуюся в дифференциально-вращающемся газопылевом диске достаточно независимо от движения самого диска. Так волны от катера неподвижны для пассажиров на нем, несмотря на течение реки.

Результаты Рубин и Форда быстро были подтверждены на десятках галактик, на краю которых наблюдалось сильное отклонение от кеплеровского вращения. Линейная скорость вращения часто даже росла с увеличением радиуса.

Вдобавок теоретики показали, что спиральные галактики без массивного гало были бы неустойчивы. В начале 1980-х годов я участвовал в многочисленных семинарах, где обсуждались устойчивости галактических дисков и модели генерации спиральных волн. Изложение таких моделей всегда начиналось с предположения массивного сферического гало вокруг плоской спиральной галактики (см., например: Поляченко В. Л., Фридман А. М. «Устойчивость гравитирующих систем». Наука, 1976).

Когда ученые убедились в справедливости результатов Цвикки, Рубин, Форда и других ученых, то начались интенсивные наблюдательные и теоретические исследования природы этой темной материи. Из чего она состоит? Как распределена в настоящее время? Как эволюционировала с момента Большого взрыва?