Робертс демонстрировал Вере Рубин результаты своих радиоастрономических наблюдений галактики Андромеды – Фабер, тогда еще аспирантку, плоские кривые вращения совершенно не впечатлили. После того, как в 1972 году она перебралась в Ликскую обсерваторию Калифорнийского университета в Санта-Круз, Фабер продолжила работать над своей диссертацией о динамике и эволюции эллиптических галактик – огромных систем овальной формы из случайным образом движущихся звезд2.

У эллиптических галактик нет четко выраженного регулярно вращающегося диска. У них также нет расположенных далеко от центра облаков нейтрального водорода, и поэтому получение кривых вращения для таких галактик представляет собой гораздо более трудную задачу. Вместо этого Фабер занялась изучением дисперсии скоростей – то есть степени разброса скоростей звезд в пределах эллиптической галактики. И хотя аргументы в пользу наличия невидимой массы в окрестностях эллиптических галактик были не столь убедительны, как в случае спиральных галактик, все же ряд данных свидетельствовали о том, что эллиптические галактики тоже окружены огромными гало из темной материи.

Интерес Фабер к тайне темной материи только усилился, когда в Санта-Круз приехал Острайкер с докладом о его совместной работе с Пиблсом и Яхилом. Фабер опубликовала в 1979 году статью в журнале Annual Reviews в соавторстве с Джоном Галлахером – учеником Острайкера, впоследствии ставшим директором обсерватории Лоуэлла во Флагстаффе (штат Аризона). Именно такую публикацию все и ждали – ясную, информативную, основанную на фактах, легко читаемую, достоверную, полную и с однозначными выводами. Астрономическое сообщество наконец убедилось в реальности темной материи. По словам авторов, «не было представлено никакого другого приемлемого объяснения». И вскоре темная материя пришла на страницы школьных учебников.

Спустя пять лет, в октябре 1984 года, в журнале Nature была опубликована еще одна судьбоносная статья с участием Фабер. На это раз вопрос состоял не в том, «реальна ли темная материя», а в том, «о какой именно темной материи идет речь». В статье также обсуждалась роль темной материи в происхождении крупномасштабной структуры Вселенной и образовании галактик. Меньше чем за 10 лет таинственная субстанция проделала путь от непонятного ингредиента Вселенной до главного архитектора физического мира, без которого не было бы галактик, звезд, планет или людей вроде нас с вами.

Вопрос о «виде темной материи» может на первый взгляд показаться странным. Разве мы не пришли к выводу, что она должна быть небарионной? В конце концов, ведь количества атомных ядер, которые образовались в ходе Большого взрыва, недостаточно для объяснения оценки современной плотности Вселенной, основанной на динамических соображениях? Это действительно так. Но у небарионных элементарных частиц могут быть самые разные свойства. С одной стороны, они могут быть очень массивными (для элементарных частиц) и поэтому двигаться со сравнительно малыми скоростями, или же, наоборот, очень легкими, и в этом случае они должны носиться со скоростями, близкими к скорости света.

Например, электроны – это маломассивные быстродвижущиеся частицы, а поскольку они не состоят из кварков, то формально не относятся к барионам. Очевидно, что темная материя не может состоять из отрицательно заряженных электронов – ведь при наличии у них заряда частицы темной материи давно были бы обнаружены. Но есть ведь небарионная элементарная частица, которая не обладает зарядом – это нейтрино. Может ли темная материя состоять из нейтрино?

Про нейтрино пойдет речь в главе 23. Пока что достаточно сказать, что эти частицы не входят в состав атомов и молекул и что несметное их количество образовалось при Большом взрыве. Может ли темная материя состоять из нейтрино, зависит от того, есть ли у этих частиц масса, пусть даже очень маленькая. Если да, то благодаря их огромному количеству нейтрино вполне могут объяснить большое значение плотности Вселенной, полученное из анализа динамики галактик.

Перед тем как окунуться в проблему массы нейтрино, следует немного поговорить о массах элементарных частиц. Физики обычно выражают массы элементарных частиц в единицах энергии. Ведь, в соответствии со знаменитым уравнением Альберта Эйнштейна E = mc2, масса (m) и энергия (E) могут взаимно превращаться друг в друга. Например, масса электрона (9,11×10–31 кг) эквивалентна энергии 511 000 электронвольт (эВ). Протоны же намного массивнее – масса одного протона в 1836 раз больше массы электрона и соответствует энергии 938,3 миллиона эВ (МэВ). (Один электронвольт – это кинетическая энергия, которую приобретает один электрон, ускоренный разностью потенциалов в 1 вольт, – она равна 1,6×10–19 джоуля.) Если вас утомляют такие подробности, то просто запомните, что масса протона очень мала (около одной триллионной массы типичной бактерии), а масса электрона еще почти в 2000 раз меньше. А что же с нейтрино?

Нейтрино свободно проносятся по Вселенной, оставаясь совсем незаметными, и, согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, их масса должна быть в точности равна нулю. Только вот некоторые научные теории порой оказывались неверными.

Где-то около 1980 года главным сторонником идеи о том, что темная материя может состоять из массивных нейтрино (имелось в виду, что их масса отлична от нуля, а не то, что она большая!), был физик-теоретик Яков Зельдович. Он сыграл ключевую роль в советской программе создания ядерного оружия во время Второй мировой войны. Зельдович также первым рассчитал, каким образом современная крупномасштабная структура Вселенной – скопления и сверхскопления галактик, а также космические пустоты – могла возникнуть из малых флуктуаций плотности в «первичном бульоне» под действием одной лишь гравитации. Мог ли этот процесс начаться со скучивания нейтрино? Может ли темная материя состоять из нейтрино?

Всего в пяти километрах на юго-восток от места работы Зельдовича – Московского государственного университета – его коллеги Валентин Любимов и Евгений Третьяков в Институте теоретической и экспериментальной физики пытались с середины 1970-х годов измерить массу нейтрино. В 1980 году они объявили о полученном ими впечатляющем результате – да, у нейтрино есть масса, хотя и очень маленькая. Согласно их экспериментам, масса нейтрино составляет от 14 до 46 эВ, то есть примерно в 17 000 раз меньше массы электрона.

Это невероятно малая масса, но, с учетом огромного числа реликтовых нейтрино во Вселенной, такой массы как раз хватило бы, чтобы решить загадку темной материи. Невидимое вещество в гало галактик, таинственная материя, удерживающая галактики и скопления галактик от распада, – быть может, все это наши старые знакомые – крохотные нейтрино!

Понятно, что Зельдович очень обрадовался. Он сказал в своей речи на банкете во время конференции в Таллине (Эстония) в апреле 1981 года, посвященной обсуждению новых результатов: «Наблюдатели работают ночами, не покладая рук, теоретики интерпретируют наблюдения, часто ошибаясь, исправляя свои ошибки и переделывая все заново, и при этом бывают