L’astronome Vera Rubin a changé notre façon de penser l’univers en montrant que les galaxies sont principalement de la matière noire. Découvrez son histoire.

Jeunesse de Rubin

Vera Rubin est née le 23 juillet 1928 à Philadelphie de deux parents immigrants juifs. Le père de Vera Rubin, Philip Cooper, est un ingénieur électricien, né à Vilnius, en Lituanie sous le nom de Pesach Kobchefski. Sa mère, Rose Applebaum, originaire de Bessarabie, travaille pour Bell Telephone Company et calcule le kilométrage des lignes téléphoniques. Vera a une sœur aînée nommée Ruth. Lorsqu’elle est âgée de 10 ans, Vera s’installe avec sa famille à Washington, D.C. C’est là qu’elle a commencé à s’intéresser à l’astronomie.

Ses parents encouragent ses intérêts scientifiques dès le début. Son père l’aide à construire un télescope qu’elle utilise pour photographier le mouvement des étoiles. Sa mère persuade le bibliothécaire de laisser sa fille acheter des livres scientifiques dans la section pour adultes de la bibliothèque locale.

La jeune Vera Rubin est poussée par une grande curiosité : « Dans ma chambre à coucher, le lit était sous une fenêtre orientée au Nord. À 10 ans, j’ai commencé à regarder le ciel. Vers l’âge de 12 ans, je préférais rester éveillé et regarder les étoiles plutôt que de m’endormir ». «J’ai commencé à apprendre. J’ai commencé à aller à la bibliothèque et à lire. Mais au départ, je regardais simplement les étoiles depuis ma chambre. Il n’y avait rien de plus intéressant dans ma vie que de regarder les étoiles tous les soirs. »

Étudiante en astronomie

Vera Rubin à Vassar

Une jeune Vera Rubin observait déjà les étoiles lorsqu’elle était étudiante au collège Vassar, où elle a obtenu son baccalauréat en astronomie en 1948.
Credits : Archives & Special Collections, Vassar College Library

En 1947, Vera rencontre Robert Rubin, fils d’une famille du voisinage grâce à ses parents. Ils se marient le 

Vera Rubin est la seule étudiante en astronomie de sa promotion de 1948 au Vassar College, entièrement réservé aux femmes, à New York. Lorsqu’elle tente de postuler à Princeton, ils la refusent parce que le programme d’astronomie n’accepte pas les étudiantes. Il faudra attendre presque une trentaine d’années pour que les femmes y soient autorisées à suivre un programme d’études supérieures en astronomie. La jeune femme fréquente alors les universités Cornell et Georgetown. Lors de son Master à l’Université Cornell, elle étudie la physique avec Philip Morrison, Richard Feynman et Hans Bethe. Pour son diplôme de maîtrise, Vera étudie la distribution des vitesses des galaxies pour lesquelles il existe des données (108 à cette époque). Le directeur du département trouve son travail intéressant et lui dit qu’elle devrait le présenter à la réunion de la Société Américaine d’Astronomie. Mais lorsque Vera y présente ses idées, elle se fait presque injurier.

À Georgetown, elle doit trouver un équilibre entre la famille et la recherche. Avec un petit garçon à charge et une fille en route, elle commence ses études doctorales en suivant des cours du soir. Son mari, Robert Rubin, la conduit à l’université, l’attendant dans la voiture pendant qu’elle étudie.

Sa thèse de doctorat lors de l’obtention de son diplôme en 1954 conclut que les galaxies s’agglutinent, plutôt que d’être distribuées au hasard dans l’univers. Cette thèse est largement ignorée. L’idée de l’existence des amas de galaxies n’a été poursuivie sérieusement par d’autres scientifiques que deux décennies plus tard.

Après avoir obtenu son diplôme, Rubin enseigne au Montgomery County Junior College et travaille également à l’Université de Georgetown en tant qu’assistante de recherche. En 1962, elle devient professeure adjointe.

Voulant éviter des domaines compétitifs ou litigieux, Rubin commence des recherches sur la rotation des galaxies. Cela la conduit à un poste permanent au Département de magnétisme terrestre de la Carnegie Institution de Washington, où elle rencontre et fait équipe avec Kent Ford.

À la même période, elle devient la première femme autorisée à observer au célèbre observatoire Palomar. Seule après Margaret Burbidge l’a utilisé sous couvert de son mari lorsqu’ils étaient étudiants. Voyant que la seule salle de bain de l’observatoire est étiquetée « Hommes », elle dessine une femme en jupe et la colle sur la porte.

Son travail sur la matière noire

Rubin poursuit ses recherches en dévoilant la présence de matière noire dans de nombreuses galaxies.

À l’observatoire de Kitt Peak dans les montagnes du sud de l’Arizona, elle commence à observer avec Kent Ford les étoiles dans la galaxie d’Andromède. Ces observations sont destinées à déterminer la vitesse de rotation des étoiles de la galaxie autour de son centre (ce que les astronomes appellent la courbe de rotation). « À la fin de la première nuit, nous étions déconcertés par la forme de la courbe de rotation. »

La courbe de rotation était plate, ce qui signifie que les étoiles dans les spirales extérieures de la galaxie étaient en orbite à la même vitesse que les étoiles proches du centre. Plus étonnant encore, les étoiles dans les spirales extérieures tournaient si vite qu’elles auraient dû se séparer. La masse d’étoiles visibles n’était pas suffisante pour maintenir la galaxie ensemble. Il manquait une quantité extraordinaire de matière. La galaxie d’Andromède est devenue la première de nombreuses galaxies avec des courbes de rotation inexplicables observées avec Rubin et Ford.

« Ça m’a pris des mois pour comprendre ce que je regardais. » « Un jour, j’ai juste décidé que je devais comprendre quelle était cette complexité que je regardais, et j’ai fait des croquis sur une feuille de papier, et soudain j’ai tout compris. »

Si un halo de matière noire ornait chaque galaxie, réalisa-t-elle, la masse se répandrait dans toute la galaxie, plutôt que de se concentrer au centre. La force gravitationnelle et la vitesse orbitale seraient similaires partout.

Les décennies de découvertes de Rubin ont révélé qu’il y avait beaucoup plus dans l’univers qu’il n’y paraît. Grâce en grande partie aux travaux de Vera Rubin, les scientifiques estiment désormais que seulement 20 % environ de la matière de l’univers est visible, et que 80 % est de la matière noire.

L’astronome suisse Fritz Zwicky avait proposé pour la première fois l’existence de la matière noire en 1933. L’amas de galaxies qu’il avait observé aurait dû se séparer s’il n’y avait pas de masse supplémentaire les maintenant ensemble. Faute de preuves supplémentaires, son idée a été rapidement rejetée par la communauté scientifique.

L’héritage de Rubin

En reconnaissance de ses contributions à l’astronomie, elle est élue à la National Academy of Science en 1981. En 1993, le président Bill Clinton lui décerne la National Medal of Science. La découverte de la matière noire méritait un prix Nobel, mais Vera Rubin n’en a pas obtenu.

Rubin est décédée le jour de Noël 2016, à 88 ans. Vera Rubin Ridge dans le cratère Gale sur Mars et l’astéroïde, 5726 Rubin, ont été nommés en son honneur. Chacun de ses 4 enfants ont hérité de sa curiosité pour l’univers, chacun détenant un doctorat en sciences : David et Allan en géologie, Judith en astronomie et Karl en mathématiques.

Vera Rubin - astronome

« Ma vie a été un voyage intéressant. » « Je suis devenu astronome parce que je ne pouvais pas imaginer vivre sur Terre et ne pas essayer de comprendre comment fonctionne l’Univers. »

Sources

Scientific Women

Space

Astronomy