2021-01 HistoRik over ... Vera Rubin


Vera Rubin (1928-2016)

Welbekende Amerikaanse astronome, die in de krantenkoppen omschreven wordt als ontdekker van de donkere materie.

Juister is dat ze, door haar eigen wetenschappelijk werk en voortgaand op bevindingen van andere astronomen, bewijzen vond voor het bestaan van donkere materie in melkwegstelsels.

 

Kijk hier voor de bijhorende afbeelding.

Copyright: Mark Godfrey

 

Al jong belangstelling voor sterrenkunde

Ze werd geboren in Philadelphia in 1928 als Vera Cooper.

Haar ouders waren beide joodse immigranten uit Oost-Europa. Vader Philip Cooper was geboren in Vilnius, Litauwen met de naam Pesach Kobchevski. Te samen met zijn ouders belandden ze rond 1900 in Amerika en veranderden van naam. Hij werd in 1920 elektrisch ingenieur en kon gaan werken bij Bell Telephone.

Moeder Rose Appelbaum was geboren in Philadelphia en haar moeder was een joodse immigrante uit Bessarabia (Moldavië). Ze deed haar studies in Philadelphia en ging daarna werken bij Bell Telephone. Daar ontmoetten beide ouders elkaar, maar na hun huwelijk moest Rose ontslag nemen, omdat volgens een reglement van Bell geen twee leden van dezelfde familie bij het bedrijf mochten werken.

Het koppel kreeg twee dochters:  eerst Ruth, die later wetsrechter werd aan het Staatsdepartement van Defensie, daarna Vera.

In 1938 verhuisde de familie Cooper naar Washington D.C. waar Philip Cooper kon werken bij het Departement van Landbouw. De 10-jarige Vera had interesse voor sterrenkunde en kon ’s avonds urenlang vol interesse naar de sterren kijken. Samen met haar vader bouwde ze een elementaire telescoop en maakte haar eerste astronomische foto’s. Van haar moeder mocht ze uit de bibliotheek alle boeken lenen, ook die voor oudere studenten. Ze ging naar de Coolidge Hogeschool, een gemengde school waar de professor in fysica zijn vak beschouwde als een vak voor jongens en de meisjes sterk negeerde. Ze beëindigde succesvol haar studies en zei tegen de professor dat ze ging verder studeren aan het Vassar College. Die raadde haar aan om eerder kunstenares te worden en ver weg te blijven van de wetenschappen: “Dan zal je zeker slagen”.

Ze volgde die 'goeie' raad niet en ging in 1945 naar het Vassar College voor astronomie, waar ooit Maria Michell (1818-1889) nog professor was (zie Mira Ceti 2009-03). Dat was haar bekend uit boeken. Ze kon er gebruik maken van een 12 cm telescoop, had uitstekende professoren en een uitgebreide bibliotheek ter beschikking. Na drie maanden was ze al assistent van de professor astronomie. In het tweede jaar kon ze vooral de oefeningen in astronomie waarderen. Ze ontmoette daar ook Leonard Bernstein, de componist en Richard Feynman, de latere Nobelprijswinnaar.

 

Kijk hier voor de bijhorende afbeelding.

Copyright: Vassar College Archives and Special Collections

 

Carrière in de sterrenkunde

In de zomers 1946-47-48 mocht ze werken in het onderzoekingslaboratorium van de US Navy en zorgde er mee voor dat een raket een UV-spectrum van de Zon terugbracht.   En zo behaalde ze in 1948 haar bachelor in de astronomie, trouwens de enige dat jaar. Maar in het jaar 1947 hadden haar ouders haar al voorgesteld aan een jongeman, Robert Rubin, uit een naburige familie. Robert werd door de US Navy gestuurd naar de Cornell University in New York om scheikunde te studeren voor zijn opleiding als officier. Het eerste wat Vera vroeg bij hun ontmoeting: “Ken jij Richard Feynman?”, waarop Robert antwoordde: “Het is een van mijn professoren”.  En zo was er onmiddellijk een band.

Vera Cooper probeerde een studie te bekomen aan Princeton, maar vrouwen waren daar toen nog niet toegelaten. Ze kreeg een verzoek van Harvard University in Cambridge, MA, maar dat wees ze af. In 1947 en 1948 ging ze verscheidene keren op bezoek bij Robert Rubin aan de Cornell University, en in juni 1948 trouwden ze: Vera Cooper, 19 jaar en Robert Rubin, 21 jaar. Gevolg was dat ze samen naar Cornell gingen wonen en vanaf dan werd haar naam Vera Rubin.

Vera schreef zich in 1948 in voor fysica bij de gekende ^professoren Richard Feynman en Hans Bethe. En ondertussen volgde ze nog cursus astronomie bij de nog jonge Martha Stahr (1920-2013), later bekend in de radioastronomie en op het gebied van veranderlijke sterren. Als thesis bestudeerde ze de beweging van een honderdtal melkwegstelsels waarvan de uitdijing volgens Hubble al waargenomen was. Ze kwam tot het besluit dat er afwijkingen waren in de uitdijende bewegingen die dus niet lineair waren. De baas van het departement vond dat deze bevinding moest voorgesteld worden aan de American Astronomical Society, maar Vera was op dat moment hoogzwanger en haar baas wou het zelf voorstellen. Uiteindelijk ging ze in 1950 met echtgenoot, baby en haar ouders naar het congres in Pennsylvania. De uiteenzetting die ze daar gaf met al haar informatie en gegevens was heel controversieel en gedurfd en werd algemeen afgewezen en vergeten. Ook de pers was niet mild, maar toch heeft ze zich nooit beklaagd dat ze zo te werk was gegaan.

In 1951 werd Robert Rubin overgeplaatst naar de Johns-Hopkings University in Baltimore en de familie ging wonen in het nabije Washington D.C.

 

Doctoraat

Op aanraden van haar echtgenoot schreef Vera zich in aan de Georgetown University in Washington D.C. Het was de enige universiteit in de regio waar ze een doctoraat kon behalen. Robert werkte er met de fysicus Ralph Alpher en deze stelde Robert en Vera voor aan de astrofysicus George Gamow, professor aan de George Washington Unviversity. Deze ging graag in op haar vraag om mentor te worden voor haar doctoraatsthesis. In 1953 namen ze nog deel aan conferenties van Gamow, Walter Baade en Alan Sandage, waarbij Vera de mogelijkheid had om vele uren met hen over sterrenkunde te discussiëren. (Voor Alpher, Bethe en Gamow zie Mira Ceti 2010-02 en voor Baade zie Mira Ceti 2013-03).

In 1954 stuurde ze haar thesis naar Gamow en ze werd gepubliceerd in de 'Proceedings of the National Academy of Sciences'. Vooral: ze behaalde haar doctoraat! De volgende tien jaar werkte ze aan de universiteit als onderzoeker, gaf lezingen en werd stafmedewerker in het Department of Terrestrial Magnetism (DTM), de astronomische faculteit. In 1960 kreeg ze haar vierde kind en twee maanden later reisde ze naar Europa voor een zomerschoolconferentie over de evolutie van melkwegstelsels. Bij die gelegenheid ontmoette ze vele collega’s, waaronder Margaret en Geoffrey Burbidge.

In 1963 kon Robert voor een jaar gaan werken in Californië en Vera maakte van de gelegenheid gebruik om samen te werken met Margaret en Geoffrey Burbidge. De hele familie woonde er in een groot huis aan de kust met kinderen Dave 13, Judith 11, Karl 7 en Allan 3 jaar oud. 

Ze kon er ook zelf waarnemen met de 83 cm telescoop van Kitt Peak en met de 2,10 m telescoop van het McDonald observatorium. Voor de eerste keer mat ze zelf de radiale snelheden van sterren aan de buitenrand van onze Melkweg. Ze voelde zich nu een echte beroepsastronome.

 

Aanwijzingen voor het bestaan van donkere materie

In 1964 keerden ze terug naar Washington. Ze namen ook deel aan een congres van de International Astronomical union en ontmoetten er Alan Sandage die Vera voorstelde om de Mount Palomar telescoop te gebruiken, wat ze natuurlijk met veel enthousiasme aanvaardde. In het DTM, het Department of Terrestrial Magnetism, vroeg ze om zelf waarnemingen te mogen doen, maar in het observatorium waren nooit vrouwen te werk gesteld. Tijdens een bijeenkomst vroeg de directeur om haar werkproject voor te stellen. Ze ontmoette er Kent Ford, een jonge fysicus die een photomultiplier had uitgevonden en het instrument had kunnen testen op Mount Wilson. Dankzij deze uitvinding was het mogelijk de opnametijd op fotografische platen met een factor 10 te verminderen. Ford gaf platen aan Vera en vroeg om hierop de snelheid van sterren te meten. Drie maand later werd ze onderzoekster aan het DTM. Kent Ford en Vera Rubin vormden nog jarenlang een team.

In 1965 werkten ze samen in het Lowell Observatory in Arizona aan de 165 cm telescoop met een spectrograaf en de photomultiplier. Ze maakten er spectra tot in het infrarood van melkwegstelsels, quasars, radiosterrenstelsels en planetaire nevels.

 

Kijk hier voor de bijhorende afbeelding.

Copyright: Smithsonian Institution 

 

Vera ging zich meer toeleggen op sterren aan de buitenkant van de stelsels en de Hα-regio’s. Tijdens een waarnemingssessie in Flagstaff, Arizona ontmoetten ze een astronoom en kwamen te weten dat in het Carnegie Instituut nog alle foto’s bewaard waren van Walter Baade uit de jaren 1940 met spectra van Hα-regios in de Andromedanevel. In 1967 en 1968 namen ze nog vele spectra zowel in Kitt Peak als in het Lowell Observatory. En telkens namen ze hun spectrograaf mee.

Ze deden een bijzondere vaststelling, namelijk dat sterren aan de buitenkant zich even snel bewegen als nabij het centrum. Dit klopt niet met de wetten van Keppler en Newton, en deze sterren zouden zich uit het sterrenstelsel moeten verwijderen. Er moest dus nog een andere kracht aanwezig zijn, ofwel materie die we nog niet kunnen waarnemen: een bewijs voor het bestaan van donkere materie...

Van 1966 tot 1970 constateerden ze in de spectra van NGC4038 en NGC4039 dat deze stelsels rond elkaar draaien. Deze studie zou ze jaren later nog eens overdoen.

 

Anisotropie in het uitdijende heelal

In de jaren 1970 zijn de instrumenten veel beter dan in de tijd toen Hubble zijn constante vastlegde. Vele astronomen vroegen zich af of het gaat om een constante in alle richtingen. Daarom namen Vera Rubin samen met haar dochter Judith en Kent Ford zich voor om sterrenstelsels in alle richtingen te volgen.

Ze stelden vast dat de uitdijingssnelheid niet dezelfde is in alle richtingen, met andere woorden een anisotropie. Hun eerste resultaten werden in 1973 gepubliceerd en verdere resultaten werden bevestigd in 1976. Het wordt sindsdien het Rubin-Ford effect genoemd. In de jaren 1980 werkte ze nog verder op de observatoria Cerro Tololo en Las Campanas in Chili aan het onderzoek van melkwegstelsels.

Eind jaren 1980 ondernam ze samen met Jeff Keney, de mentor van Judith Rubin voor haar doctoraat, waarnemingen van snelheden in een honderdtal melkwegstelsels van de Virgo-cluster. Dit gebeurde met een digitale camera aan de grote Mount Palomar-telescoop. Met NGC4550 is er iets vreemd aan de hand. Ze namen dan spectra in het rood en in het blauw en lieten die onderzoeken door een computer, maar deze kon geen sluitende verklaring vinden. Na een jaar van brainstormen en het maken van mogelijke modellen vonden ze dat er sterren in tegengestelde richting van andere sterren draaien. Dit was toen een heel nieuw en merkwaardig proces, en waarschijnlijk het gevolg van het vermengen van twee afzonderlijke sterrenstelsels.

 

Officiële erkenning

Vera Rubin werd verkozen in de 'National Academy of Science', als tweede vrouw na Margaret Burbidge.

In 1993 ontving ze van president Bill Clinton de 'National Medal of Science'.

In 1996 ontving ze de Gold Medal van de Royal Astronomical Society, de tweede vrouw sinds Caroline Herschel in 1828.

In 1997 werd ze uitgenodigd voor een bezoek aan McMurdo op Antarctica.

Intussen bleef Vera Rubin verder onderzoek doen en werken als mentor.

Haar man Robert Rubin stierf op nieuwjaarsdag 2008, het koppel was bijna 60 jaar getrouwd.

Vera Rubin stierf op kerstnacht 2016 op 88-jarige leeftijd.

Op Mars is de 'Vera Rubin Ridge' naar haar genoemd.

 

Wetenschap aan de eettafel

Hun kinderen zijn  allemaal wetenschappers geworden, en volgens Allan Rubin was haar enthousiasme aan de eettafel en het plezier voor de wetenschap de aanleiding daartoe.

David (1950): Geoloog US Geological Survey

Judith Rubin Young (1952-2014): Astronome University Massachusetts

Karl (1956): Mathematicus University Irvine, California

Allan (1960): Geoloog Princeton University

 

Anekdotes van zoon Allan over zijn moeder Vera

Vera Rubin werd uitgenodigd voor een lezing bij de Washington Philosophical Society – Cosmos Club. Dit was een grote eer, maar vrouwen mochten niet binnen langs de voordeur. Allan: “Ik was 15 jaar en zei dat ze de voordeur moest nemen en zeggen dat ze een man was, maar ze nam toch de zijdeur. Ik was verbaasd, want het was niet haar aard om terug te krabbelen. Mijn moeder zei later dat ze zijn advies had moeten volgen.

“In een toelatingsgesprek zei mijn moeder dat ze interesse had voor  wetenschappelijke studies, maar de interviewer leidde haar steeds af met de vraag of ze geen andere interesses had en uiteindelijk zei mijn moeder dat ze ook hield van kunst, waarop de interviewer zei of ze ooit overwogen had om astronomische landschappen of objecten te schilderen.”

Dit werd in de familie de gangbare grap: “Ooit een carrière overwogen om astronomische objecten te schilderen?"

 

Vera Rubin Observatory

In december 2019 werd beslist om de Large Synoptic Survey Telescope (LSST) die momenteel in opbouw is op de top van de berg Cerro Pachon in Chili te benoemen als 'National Science Foundation Vera C. Rubin Observatory'.

Het is een optische telescoop van 8,4 meter met een camera van 3.200 Megapixels, die operationeel zal zijn in het najaar 2022 en vooral onderzoek zal doen naar donkere materie en donkere energie.

Een bijzondere waardering voor een bijzondere vrouw, we zijn benieuwd naar de resultaten...

 

Tekst: Rik Blondeel, december 2020