Les astronomes étaient sceptiques quant à la matière noire – jusqu’à ce que Vera Rubin arrive

Vera Rubin n’a pas « découvert » la matière noire, mais elle l’a mise sur la carte.

La matière noire est un concept sauvage. C’est l’idée qu’un pourcentage ahurissant de toute la matière de l’univers peut être invisible, et totalement différent de la matière qui compose la Terre. Rubin est célébrée parce qu’elle a forcé une grande partie de la communauté astronomique à la prendre au sérieux.

Ce moment de jugement est venu en 1985, lorsqu’elle s’est tenue devant l’Union astronomique internationale et a présenté au public certaines des données qu’elle avait collectées.

Ses données ont montré que les étoiles aux bords de plusieurs galaxies se déplaçaient d’une manière qui n’avait pas de sens, selon les règles de la physique. Une explication possible de cet étrange phénomène, a suggéré Rubin, était l’existence d’une mystérieuse « matière noire » aux bords de la galaxie. Au cours des décennies qui ont suivi ce discours, la recherche sur la matière noire a explosé, révolutionnant l’astronomie.

Dans Bright Galaxies, Dark Matter, and Beyond, une nouvelle biographie de Rubin, la journaliste scientifique Ashley Yeager explique comment Rubin, décédé en 2016, est passé d’un jeune chercheur dont les idées audacieuses ont été initialement ignorées au genre de scientifique qui pourrait changer tout un domaine. En 2020, nous avons interviewé Yeager pour un épisode du podcast Unexplainable sur la matière noire. Une transcription de notre conversation, légèrement modifiée pour plus de longueur et de clarté, suit.

Noam Hassenfeld

Quand Vera Rubin s’est-elle intéressée pour la première fois à l’astronomie ? Quelle est son histoire d’origine ?

Ashley Yeager

Vers l’âge de 11 ans, elle a commencé à regarder les étoiles. Vera et sa sœur, Ruth, partageaient une chambre dans leur maison de ville de Washington, DC. Et Ruth se souvient que Vera rampait constamment sur elle la nuit pour pouvoir ouvrir les fenêtres et regarder le ciel nocturne et commencer à suivre les étoiles. Alors clairement, Vera était captivée par le ciel nocturne. Et ça l’a collée.

Elle est ensuite allée à Vassar, où elle a étudié l’astronomie. [While at Vassar, she met a mathematician named Robert Rubin.] Ils ont fini par se marier. Et cela a conduit à l’une des plus grandes décisions de la vie de Vera, car elle voulait aller à l’école supérieure d’astronomie.

Elle était entrée à Harvard, mais Robert Rubin était à Cornell. Il était bien avancé dans ses études supérieures. Ils ont dû faire un choix et Vera a dit : « Restons ensemble. Je viendrai à Cornell avec vous et je ferai ma maîtrise en astronomie pendant que vous terminerez votre doctorat en physique.

Noam Hassenfeld

N’est-ce pas un choix sauvage ? Choisir Cornell sur la base d’un mari ?

Ashley Yeager

C’est la fin des années 40. Et Vera, à certains égards, était très traditionnelle, même si elle n’était pas traditionnelle à d’autres égards. Elle sentit qu’on s’attendait à ce qu’elle se marie à la fin de ses quatre années à Vassar. C’était toujours quelque chose qui était attendu par la société.

Et je pense en fait que cela lui a permis d’avoir plus de succès qu’elle ne l’aurait été si elle était allée à Harvard ou à Princeton ou ailleurs, juste à cause de l’exposition qu’elle a eue. Il y avait une liberté intellectuelle qu’elle avait à Cornell, pour pouvoir approfondir différentes questions en astronomie dont elle aurait probablement été écartée si elle avait suivi un programme d’études supérieures plus structuré.

Noam Hassenfeld

Elle est donc à Cornell. Elle sonde les questions. Elle a une grande liberté intellectuelle. Quelles sont les grandes questions qui occupent son esprit ?

Ashley Yeager

Le plus important, qui devient son mémoire de maîtrise, est vraiment l’idée de « Est-ce que l’univers tourne ? »

Noam Hassenfeld

Attends, l’univers tourne-t-il ?

Ashley Yeager

Donc, probablement non. C’était une question posée par un astronome très excentrique nommé George Gamow. Le mari de Vera a en fait montré à Vera ce papier que George Gamow avait écrit sur cette idée. Et elle a pensé : « Eh bien, pourquoi n’essayerions-nous pas de répondre à cette question ? »

Noam Hassenfeld

Le genre de question que, si elle avait été dans une autre université, elle n’aurait peut-être pas eu la liberté de se plonger ?

Ashley Yeager

Je pense que oui. J’ai l’impression, en parcourant la littérature et en parcourant l’histoire, qu’elle aurait probablement été guidée vers une question plus traditionnelle.

Et alors qu’elle commençait à parcourir les données, les chiffres ont commencé à suggérer qu’il y avait ce mouvement latéral étrange qui pourrait peut-être être interprété comme une rotation universelle. Elle a présenté son idée à son directeur de thèse de maîtrise, William Shaw.

Il dit : « Votre conclusion est vraiment bonne. Je veux le présenter sous mon nom à cette prochaine conférence d’astronomie.

Et Vera dit : « Non ! Je ne suis peut-être pas encore membre de cette société. Mais vous ne me présentez pas mes données. Je vais le présenter sous mon propre nom, contre vents et marées.

Noam Hassenfeld

Alors, elle ?

Ashley Yeager

Oui. Elle se rend à cette réunion. Apparemment, le trajet de New York à la Pennsylvanie, où se tenait la réunion, était déchirant. C’était l’hiver, neigeux. Ils avaient un nouveau-né dans la voiture. Son père conduisait en fait parce qu’il était le seul à avoir une voiture à l’époque.

Mais elle fait la présentation et la réaction est loin d’être géniale. Il y a de sévères critiques dans la salle. Beaucoup de moqueries. Elle a une personne, Martin Schwarzschild, qui l’encourage. Il dit : « C’est vraiment intéressant. Mais nous avons besoin de plus de données pour pouvoir tirer cette conclusion. »

Et c’est une critique qui la colle vraiment tout au long de sa carrière. Plus tard, elle essaie vraiment d’avoir ou de collecter autant de données que possible pour étayer ses conclusions, juste à cause de cette expérience.

Noam Hassenfeld

Que se passe-t-il ensuite ?

Ashley Yeager

Elle fait une petite pause, car elle a vraiment ce sentiment fort de vouloir fonder un foyer et fonder une famille. Il y a ce moment au début des années 50, quand elle est au terrain de jeu avec son fils. Elle avait lu des journaux d’astrophysique pour rester en contact avec ce qui se passait en astronomie.

Alors son fils joue dans le bac à sable et elle lit le journal, et elle fond en larmes parce qu’elle manque tellement de faire des recherches. Elle manque cette curiosité de poser des questions et de rechercher des données, et d’essayer vraiment de trouver les réponses au fonctionnement de l’univers.

C’est à ce moment-là que son mari dit : « Tu dois retourner à l’école. C’est l’heure. On trouvera la garde d’enfants. Nous trouverons comment préparer les dîners. Mais faisons-le.

Noam Hassenfeld

Elle se remet donc en astronomie. Et finalement, elle commence à faire des recherches à l’observatoire national de Kitt Peak, n’est-ce pas ? C’est comment ?

Ashley Yeager

On parle de la fin des années 60. C’est un télescope de 84 pouces, très grand. Vera est au télescope avec Kent Ford, son collaborateur. Ils regardent cette galaxie appelée Andromède, qui est notre plus proche voisin. Ils regardent ces étoiles très jeunes et chaudes au bord de la galaxie, et ils essaient d’obtenir les vitesses de ces étoiles – à quelle vitesse ces étoiles tournent-elles autour d’Andromède ?

Alors ils regardent les données, et ils se disent : « Oh mon Dieu, ce n’est pas ce à quoi nous nous attendions ». L’hypothèse était que les étoiles les plus proches voleraient rapidement autour du soleil, et les étoiles les plus éloignées allaient très lentement. Mais ces étoiles se déplaçaient plus vite que prévu.

La seule façon pour ces étoiles lointaines dans la galaxie de se déplacer aussi vite est [that] il doit se passer quelque chose là-bas que nous ne comprenons pas.

Noam Hassenfeld

Que pense-t-elle qu’il se passe?

Ashley Yeager

Eh bien, elle n’est pas vraiment sûre. Et encore une fois, elle n’aime pas faire des suppositions ou parler sans données. Alors elle et Kent Ford, et quelques autres personnes, commencent vraiment à faire une étude systématique des galaxies.

Elle fait 20 galaxies, puis 40, puis 60. Et elles montrent toutes ce comportement bizarre des étoiles, ces étoiles loin dans la galaxie, se déplaçant beaucoup, beaucoup trop vite. Donc, à ce moment-là, vous savez, la communauté de l’astronomie se dit : « D’accord, nous devons gérer cela. »

En 1985, Vera Rubin donne cette conférence à l’IAU. Elle dit : « La nature nous a joué un tour. Que nous avons étudié une matière qui ne constitue qu’une petite fraction de l’univers. Le reste de l’univers est une chose que nous ne comprenons pas, et nous ne pouvons pas le voir.

Et je pense que parce qu’elle a fait cela dans tant de galaxies – nous parlons de 60 galaxies – il n’y avait vraiment aucun moyen de le nier. C’est vraiment son travail qui a poussé la communauté à bout, pour dire que nous devons accepter l’idée que la matière noire existe.

Noam Hassenfeld

On dirait que si vous voulez vraiment bouleverser toute notre conception de l’univers, vous devez venir avec des données.

Ashley Yeager

Ouais, absolument. Parce qu’elle s’est accrochée à cette critique de ses travaux de maîtrise et de doctorat – elle s’en prendrait simplement aux données et s’assurerait vraiment que l’histoire qu’elle racontait à partir de ces données sonne vrai.

L’une des choses qui ont fait d’elle une scientifique remarquable est sa persévérance. Elle a fait face à de nombreux barrages routiers, notamment parce qu’elle était une femme scientifique dans les années 1940, 1950, 1960. Elle devait vraiment persévérer. Malheureusement, elle ne pourra jamais voir ou savoir ce qu’est la matière noire. Mais je ne sais pas si elle avait un problème avec ça. Elle serait fière d’avoir ouvert un tout nouveau domaine de l’astronomie et de la physique.

Elle a essentiellement créé plus de questions que de réponses, et je pense que c’est la marque d’un scientifique remarquable : lorsque vous ouvrez ces questions auxquelles personne n’avait jamais pensé auparavant. Lorsque vous créez une toute nouvelle génération de scientifiques qui peuvent y répondre.

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