В сентябре 1922 года, вскоре после смерти своего учителя, Оорт перебрался в Йельский университет, где работал вместе с американским астрономом Фрэнком Шлезингером. Затем, в 1924 году, он вернyлся в Нидерланды, где и осел. Вся оставшаяся профессиональная жизнь Оорта прошла в Лейденской обсерватории, где он, в частности, выполнил свои пионерские исследования вращения Млечного Пути – нашей Галактики. Результатом этих исследований стала упомянутая выше статья 1932 года, опубликованная в журнале Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands под непритязательным названием «Сила, создаваемая звездной системой в направлении, перпендикулярном плоскости Галактики, и некоторые смежные проблемы»8. Впоследствии она стала известна просто как статья о темной материи.
Это трудночитаемая статья на 38 страницах со множеством таблиц, графиков и уравнений. Оорт в основном применяет описанные за 10 лет до него Каптейном методы и приходит к выводу, что в плоскости Млечного Пути содержится большое количество невидимой массы – о чем уже ранее догадывались Джинс в 1922 году и шведский астроном Бертил Линдблад в 1926-м.
Суть оригинального подхода Оорта состояла в изучении движений звезд в вертикальном направлении, то есть в направлении, перпендикулярном плоскости Галактики. На основе характеристик этих движений он смог оценить количество гравитирующего вещества в галактической плоскости. Звезды обращаются вокруг центра Галактики – например, Солнце совершает один оборот по галактической орбите за 225 миллионов лет. Но кроме этого звезды также медленно скачут вверх-вниз подобно лошадкам на карусели. Именно эти движения обеспечивают поддержание вертикальной протяженности («толщины») Млечного Пути на уровне около 1000 световых лет. Сила тяготения не дает большинству звезд слишком удаляться от плоскости – расположенная непосредственно вблизи плоскости масса видимой и невидимой материи притягивает отлетающие звезды обратно.
Изучив вертикальное распределение звезд в окрестностях Солнца и измерив их скорости в вертикальном направлении, можно вычислить местную плотность материи в плоскости Галактики. А сравнение этой плотности с количеством видимых звезд и оценкой их масс позволяет получить представление о количестве темной материи.
Полученная Оортом оценка местной плотности вещества составляет всего 0,0000000000000000000000063 грамма на кубический сантиметр (6,3 × 10–24 г/см3) плюс-минус 20 %. Это исключительно малая величина – ведь Вселенная состоит в основном из пустоты. И все же это примерно в три раза больше суммарной массы звезд и облаков межзвездного газа. Оорт обнаружил, что в Галактике вещества гораздо больше, чем мы видим, что свидетельствует о значительном количестве темной материи. Он также пришел к выводу, что распределение темной материи отличается от распределения видимого вещества. Как Оорт отметил в резюме своей статьи, «есть признаки того, что невидимая масса концентрируется к галактической плоскости сильнее, чем видимые звезды».
Оорт опубликовал свою статью в нидерландском журнале, и, хотя она была написана на английском языке, внимание на нее обратили далеко не сразу. Правда, швейцарско-американский астроном Фриц Цвикки, по-видимому, был знаком с ней в 1933 году, когда обнаружил огромное количество темной материи в скоплении галактик в созвездии Волосы Вероники. Статья Цвикки, опубликованная в другом малоизвестном европейском журнале, вышла через год после статьи Оорта, но представленные в ней свидетельства были более убедительными и тревожными. Вообще-то результаты Цвикки оказались настолько из ряда вон выходящими, что большинство астрономов предпочли попросту не замечать их в надежде, что проблема как-нибудь сама рассосется. На протяжении нескольких десятилетий открытие темной материи Фрицем Цвикки оставалось чем-то вроде невидимого слона в космологическом доме.
Цвикки родился 14 февраля 1898 года в Варне, на черноморском побережье Болгарии9. Но его родители были гражданами Швейцарии, и с шести лет он жил со своими дедом и бабушкой в деревне Гларус в восточной части Швейцарских Альп. Цвикки учился по специальностям «математика» и «физика» в Швейцарской высшей технической школе (Политехникуме) в Цюрихе – том самом институте, где Альберт Эйнштейн в 1900 году получил диплом преподавателя. В 1925 году Цвикки перебрался в Калифорнийский технологический институт (КАЛТЕХ), где работал ассистентом Роберта Милликена – выдающегося специалиста по физике твердого тела, который двумя годами ранее был удостоен Нобелевской премии. Правда, вскоре Цвикки потерял интерес к физике твердого тела и стал заниматься астрономией. КАЛТЕХ в Пасадене располагался прямо у подножия обсерватории Маунт-Вилсон, где на телескопах работали ученые мирового класса. Вскоре Цвикки оказался в компании самых выдающихся астрономов того времени – Хейла, Хаббла и Вальтера Бааде. Блестящий и решительный бунтарь Цвикки тоже стал звездой астрономии.