האישה שמאחורי החומר האפל

במערכת השמש שלנו, כוכבי הלכת מצייתים לחוקי קפלר: ככל שהם קרובים יותר לשמש, כך מהירותם גבוהה יותר. כוכב הלכת חמה מקיף את השמש מהר יותר מנוגה ומכדור הארץ, שבתורם מהירים יותר ממאדים, צדק, שבתאי וכן הלאה.

אולם, בשנות ה-70 של המאה ה-20 התברר שזה לא כך בכל מקום. תצפיות על גלקסיות מרוחקות העלו שהכוכבים שבשולי הגלקסיות נעים מהר יותר מכוכבים הקרובים למרכז. ככל שאנו יודעים, גם בגלקסיה שלמה, כמו במערכת שמש יחידה, רוב המסה נמצא במרכז ומי שקרוב יותר למרכז המסה צריך לנוע מהר יותר.

מסקנתם של החוקרים הייתה שאם הכוכבים החיצוניים אכן נעים יותר, כנראה יש בשולי הגלקסיות האלה עוד מסה שאיננו יכולים לראותה, לכן הם כינו את המסה הזו "חומר אפל". מאחורי הגילוי עמדה מדענית יוצאת דופן ופורצת דרך, שהלכה השבוע לעולמה.

גלקסיות סוטות מדרכן

ורה קופר (Cooper) נולדה בפילדלפיה ב-1928. היא הייתה בתם השנייה של פיליפ קופר, מהנדס חשמל יהודי יליד ליטא, ורוז (אפלבאום), חשבת בחברת הטלפון בֶּל. כשהייתה בת עשר עברה המשפחה לוושינגטון הבירה. ורה התעניינה באסטרונומיה מגיל צעיר, ואביה תמך בה ועודד אותה. הוא לקח אותה לתצפיות ולהרצאות של אסטרונומים חובבים, ואף סייע לה לבנות את הטלסקופ הראשון שלה כשהייתה בת 14.

קופר למדה לתואר ראשון במכללת וסאר שבמדינת ניו יורק, אחת המכללות היוקרתיות לנשים בזמנה. כשסיימה ב-1948 ביקשה להמשיך את לימודיה באוניברסיטת פרינסטון, אך נדחתה משום שהאוניברסיטה היוקרתית לא הסכימה לקבל נשים. בסופו של דבר התקבלה ללימודי תואר שני באוניברסיטת קורנל, ולמדה אצל כמה מהפיזיקאים הבולטים של תקופתה. שם היא גם הכירה את רוברט רובין (Rubin), תלמיד מחקר בכימיה פיזיקלית, והם נישאו כעבור כמה חודשים.

בעבודת המסטר שלה חקרה רובין תנועה של גלקסיות. שנים קודם לכן הוכיח הפיזיקאי הנודע אדווין האבל כי היקום מתפשט, באמצעות מדידות של שינוי הצבע של גלקסיות מרוחקות. כאשר גוף מתרחק מאתנו במהירות גבוהה מאוד, אורכי הגל של הצבעים שלו ייראו לנו ארוכים יותר, כלומר שואפים יותר לגוונים האדומים, לכן התופעה מכונה "הסחה לאדום". האבל בחן מדידות כאלה וגילה כי ככל שגלקסיה רחוקה יותר מאיתנו, כך היא מתרחקת במהירות גבוהה יותר. המסקנה הייתה שכל הגלקסיות התחילו באותו מקום בערך, ושהיקום שלנו מתרחב והולך.

רובין התעמקה בנתונים וגילה שגלקסיות רבות אינן מתרחקות מאתנו ישירות, כפי שצפוי מהתפשטות היקום, אלא נעות גם "הצדה", כלומר סוטות מנתיב ההתרחקות המהירה. תוצאות מחקרה לא התקבלו בעין יפה, וכמה כתבי עת מובילים סירבו לפרסם את המאמר שכתבה.

ממצאים פורצי דרך. רובין מודדת ספקטרום של גלקסיות בצילומים אסטרונומיים | צילום: Science Photo Library

תעלומת החומר האפל

לאחר התואר השני המשיכה רובין לדוקטורט באוניברסיטת ג'ורג'טאון בוושינגטון, בהדרכתו של ג'ורג' גאמוב, מאבות תיאוריית המפץ הגדול. היא המשיכה לעסוק בחקר גלקסיות ותנועתן, והייתה בין הראשונים להבין שהגלקסיות אינן מפוזרות ביקום באופן אקראי ואחיד פחות או יותר אלא מרוכזות בצבירים. היא סיימה את מחקרה ב-1954, אך גם עבודה זו לא זכתה להכרה של ממש. רק בשנות ה-70, כשהחל מחקר נרחב יותר על גופים קוסמיים גדולים במיוחד, התקבלו תובנותיה של רובין בקהילה המדעית.

לאחר שקיבלה את הדוקטורט המשיכה לחקור באוניברסיטת ג'ורג'טאון וללמד בה עשור נוסף, והתקדמה לדרגת פרופסור. מחקריה עסקו בתנועות גלקסיות, ובין היתר היא החלה להתעמק בסוגיות הסיבוב של מערכות כוכבים שונות סביב עצמן.

בשנת 1965 עברה למכון קרנגי שבוושינגטון, ששם עשתה את מחקרה המפורסם ביותר. היא חקרה עם עמיתה קנט פורד (Ford) את תנועת הכוכבים בגלקסיית אנדרומדה, השכנה הקטנה של שביל החלב, בניסיון להבין את פיזור המסה בגלקסיה. להפתעתם, התברר להם שתנועת הכוכבים בחלקה החיצוני של הגלקסיה הייתה מהירה לפחות כמו תנועתם של הכוכבים שבמרכזה.

רובין ופורד בחנו את המצב בעוד כמה עשרות גלקסיות, והגיעו למסקנה שהתופעה הזו רחבה למדי. המסה הנראית לעין של הכוכבים בגלקסיה אינה יכולה להסביר את מהירותם של הכוכבים החיצוניים, לכן ישנה כנראה מסה נוספת, שאיננו יכולים לראותה. הרעיון של חומר אפל הועלה כבר בשנות ה-30, אבל עבודתם של רובין ופורד סיפקה הוכחות ראשונות לקיומו. כיום מעריכים חוקרים ש90-70 אחוזים ממסת היקום כולו הם חומר אפל. מוסדות מחקר רבים ברחבי העולם מנסים לפענח את טיבו של החומר האפל, בהם CERN, מאיץ החלקיקים האירופי הענקי.

רובין מקבלת את המדליה הלאומית למדעים מנשיא ארה"ב ביל קלינטון, 1997 | צילום: Science Photo Library

אסטרואיד וחדרי שירותים

עבודתה פורצת הדרך של רובין זיכתה אותה בפרסים מדעיים ובאותות הוקרה רבים, בראשם המדליה הלאומית האמריקאית למדעים (1997), פרס גרובר (2002) ומדליית הזהב של החברה המלכותית הבריטית לאסטרונומיה (1996). היא גם זכתה לאסטרואיד הנושא את שמה, ובשנים האחרונות הוזכרה כמה וכמה פעמים כמועמדת לפרס נובל בפיזיקה. "החומר האפל שינה מן היסוד את תפיסתנו בנוגע ליקום וחולל מהפכה בפיזיקה כולה. המאמצים להבין את טיבו מעסיקים חוקרים רבים באסטרופיזיקה ובפיזיקה של חלקיקים", אמרה ד"ר אמילי לאבסק (Levesque), אסטרופיזיקאית מאוניברסיטת וושינגטון בראיון לכתב העת Astronomy. "צוואתו של אלפרד נובל קובעת שהפרס בפיזיקה יוענק על התגלית החשובה ביותר בתחום. אם חומר אפל אינו מתאים לתיאור הזה, איני יודעת מה כן מתאים".

נוסף על עבודתה המדעית פורצת הדרך, פעלה רובין רבות גם לקידום נשים במדע, במיוחד באסטרונומיה. בין השאר, היא הייתה האישה הראשונה שקיבלה אישור להפעיל את הטלסקופ הענקי שבמצפה הכוכבים בהר פלומר (Palomar) בקליפורניה, שהיה במשך שנים ארוכות הטלסקופ הגדול והחשוב בארצות הברית. אחת מעמיתותיה סיפרה שבמצפי הכוכבים לא היו אפילו חדרי שירותים לנשים, עד שרובין פשוט גזרה דמות אישה מנייר, הדביקה אותה על הדלת של שירותי הגברים באחד המצפים וקבעה עובדה בשטח. גם פעילותה לקידום נשים זכתה להוקרה, ובשנת 1996 היא הייתה השנייה שמקבלת את פרס ויצמן, שמעניק מכון ויצמן למדע למדעניות מובילות בארצות הברית.

במשך שנים רבות שילבה רובין את עבודתה עם גידול ארבעת ילדיה. "כמעט כל הקריירה שלי עבדתי כאילו אני במשרה חלקית", סיפרה בראיון למגזין "דיסקאבר" ב-2002. "יצאתי מוקדם כדי להיות עם הילדים מהשעה שלוש, וחלק גדול מהעבודה שלי עשיתי מהבית". היא נחלה הצלחה בשתי החזיתות: ארבעת ילדיה הם בעלי דוקטורט במדעים - שניים מבניה הם גיאולוגים, אחד מתמטיקאי, ובתה ג'ודית הלכה בעקבותיה ופיתחה קריירה בתחום האסטרונומיה.

רובין המשיכה לעבוד במכון קרנגי עד פרישתה לגמלאות, והמשיכה להיות מעורבת במחקר מדעי עד השנים האחרונות, כשלקתה בשיטיון (דמנציה), ולא יכלה לעבוד עוד. היא הלכה לעולמה ב-25 בדצמבר בבית אבות בפרינסטון, לא רחוק מהאוניברסיטה שסירבה לקבל אותה ללימודים רק בשל היותה אישה. "היא הייתה מדענית רבת הישגים ודמות מופת למדענים צעירים ולמדעניות צעירות", ספד לה נשיא מכון קרנגי, מת'יו סקוט. "ורה רובין הייתה אוצר לאומי".