Σε νεαρή ηλικία, η Βέρα Ρούμπιν (Vera Rubin) γοητευόταν από τα αστέρια, παρακολουθώντας τον νυχτερινό ουρανό να περιστρέφεται από το υπνοδωμάτιό της στην Ουάσινγκτον.
Αν και ο πατέρας της είχε αμφιβολίες για τις ευκαιρίες καριέρας στην αστρονομία, υποστήριξε το ενδιαφέρον της βοηθώντας την να κατασκευάσει το δικό της τηλεσκόπιο και πηγαίνοντας μαζί της σε συναντήσεις ερασιτεχνών αστρονόμων. Η Βέρα Ρούμπιν πήρε υποτροφία για το διάσημο γυναικείο κολέγιο Βασσάρ, από όπου αποφοίτησε ως η μοναδική ειδικευόμενη στην αστρονομία το 1948. Κάνοντας αίτηση σε μεταπτυχιακές σχολές, η ίδια πληροφορήθηκε ότι «το Πρίνστον δεν δέχεται γυναίκες» στο πρόγραμμα αστρονομίας. Απτόητη, η Ρούμπιν έκανε αίτηση στο Κορνέλ, όπου σπούδασε φυσική με καθηγητές τους Φίλιπ Μόρισον, Ρίτσαρντ Φάινμαν και Χανς Μπέτε. Στη συνέχεια πήγε στο Πανεπιστήμιο Τζορτζτάουν, όπου πήρε το διδακτορικό της το 1954.
Αφού δίδαξε για λίγα χρόνια στο Τζορτζτάουν, πήρε μια θέση έρευνας στο Ινστιτούτο Κάρνεγκι στην Ουάσιγκτον, το οποίο είχε ένα μέτριο πρόγραμμα αστρονομίας. Η εργασία της επικεντρώθηκε σε παρατηρήσεις της δυναμικής των γαλαξιών. Συνεργάστηκε με τον Κεντ Φορντ, έναν αστρονόμο που είχε αναπτύξει ένα εξαιρετικά ευαίσθητο φασματόμετρο.
Η Ρούμπιν και ο Φορντ χρησιμοποίησαν το φασματόμετρο για να απλώσουν το φάσμα του φωτός που προερχόταν από τα αστέρια σε διάφορα μέρη των σπειροειδών γαλαξιών. Τα αστέρια στο δίσκο ενός γαλαξία κινούνται σε περίπου κυκλικές τροχιές γύρω από το κέντρο. Εάν ο δίσκος έχει κλίση προς τη γραμμή όρασής μας, τα αστέρια στη μία πλευρά μας πλησιάζουν ενώ εκείνα στην άλλη πλευρά απομακρύνονται. Όταν μια πηγή φωτός κινείται προς το μέρος μας, βλέπουμε μείωση των μηκών κύματος του φωτός (μετατόπιση προς το μπλε άκρο του φάσματος), ενώ όταν η πηγή απομακρύνεται, βλέπουμε αύξηση των μηκών κύματος (μετατόπιση προς το κόκκινο άκρο). Αυτό ονομάζεται φαινόμενο Ντόπλερ και η μετατόπιση του μήκους κύματος είναι ανάλογη της ταχύτητας της πηγής φωτός σε σχέση με τον παρατηρητή. Οι Ρούμπιν και Φορντ έκαναν προσεκτικές μετρήσεις των μετατοπίσεων Ντόπλερ στους δίσκους διαφόρων γαλαξιών. Λίγο αργότερα μπόρεσαν να υπολογίσουν τις ταχύτητες τροχιάς των άστρων σε διάφορα μέρη αυτών των γαλαξιών.
Επειδή η περιοχή του πυρήνα ενός σπειροειδούς γαλαξία έχει την υψηλότερη συγκέντρωση ορατών αστέρων, οι αστρονόμοι υπέθεσαν ότι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας και συνεπώς της βαρύτητας ενός γαλαξία θα ήταν επίσης συγκεντρωμένο προς το κέντρο του. Στην περίπτωση αυτή, όσο πιο μακριά βρίσκεται ένα αστέρι από το κέντρο, τόσο πιο αργή αναμένεται να είναι η ταχύτητα της τροχιάς του. Παρομοίως, στο ηλιακό μας σύστημα, οι εξωτερικοί πλανήτες κινούνται πιο αργά γύρω από τον Ήλιο από ό,τι οι εσωτερικοί. Παρατηρώντας τον τρόπο με τον οποίο η τροχιακή ταχύτητα των άστρων εξαρτάται από την απόστασή τους από το κέντρο ενός γαλαξία, οι αστρονόμοι, κατ’ αρχήν, θα μπορούσαν να υπολογίσουν πώς κατανέμεται η μάζα σε ολόκληρο τον γαλαξία.
Όταν η Ρούμπιν και ο Φορντ άρχισαν να κάνουν παρατηρήσεις Ντόπλερ των τροχιακών ταχυτήτων στους σπειροειδείς γαλαξίες, ανακάλυψαν αμέσως κάτι εντελώς απροσδόκητο. Τα αστέρια μακριά από τα κέντρα των γαλαξιών, στις αραιοκατοικημένες εξωτερικές περιοχές, κινούνταν εξίσου γρήγορα με εκείνα που βρίσκονταν πιο κοντά. Αυτό ήταν περίεργο, επειδή η ορατή μάζα ενός γαλαξία δεν έχει αρκετή βαρύτητα για να συγκρατήσει σε τροχιά τόσο γρήγορα κινούμενα αστέρια. Αυτό συνεπαγόταν ότι έπρεπε να υπάρχει μια τεράστια ποσότητα αόρατης ύλης στις εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών, όπου τα ορατά αστέρια είναι σχετικά λίγα. Η Ρούμπιν και ο Φορντ συνέχισαν να μελετούν περίπου εξήντα σπειροειδείς γαλαξίες και διαπίστωσαν πάντα το ίδιο πράγμα. «Αυτό που βλέπετε σε έναν σπειροειδή γαλαξία», είπε η Ρούμπιν, «δεν είναι αυτό που παίρνετε».
Οι υπολογισμοί της έδειξαν ότι οι γαλαξίες πρέπει να περιέχουν περίπου δέκα φορές περισσότερη «σκοτεινή» μάζα από όση μπορεί να εξηγηθεί από τα ορατά αστέρια. Εν ολίγοις, τουλάχιστον το 90% της μάζας στους γαλαξίες, και επομένως στο παρατηρήσιμο σύμπαν, είναι αόρατη και μη αναγνωρίσιμη. Τότε η Βέρα Ρούμπιν θυμήθηκε κάτι που έμαθε ως μεταπτυχιακή φοιτήτρια σχετικά με παλαιότερες ενδείξεις για αόρατη μάζα στο σύμπαν. Το 1933, ο Φριτς Ζβίκι είχε αναλύσει τις ταχύτητες Ντόπλερ ολόκληρων γαλαξιών μέσα στο σμήνος Κόμα. Διαπίστωσε ότι οι μεμονωμένοι γαλαξίες μέσα στο σμήνος κινούνται τόσο γρήγορα που θα ξέφευγαν αν το σμήνος συγκρατούνταν μόνο από τη βαρύτητα της ορατής μάζας του. Εφόσον το σμήνος δεν δείχνει σημάδια διάσπασης, πρέπει να περιέχει μια υπεροχή «σκοτεινής ύλης» -περίπου δέκα φορές περισσότερη από την ορατή ύλη- για να το συγκρατήσει. Το συμπέρασμα του Ζβίκι ήταν σωστό, αλλά οι συνάδελφοί του ήταν επιφυλακτικοί. Η Βέρα Ρούμπιν συνειδητοποίησε ότι είχε ανακαλύψει πειστικές αποδείξεις για τη σκοτεινή ύλη του Ζβίκι.
Πολλοί αστρονόμοι ήταν αρχικά απρόθυμοι να δεχτούν αυτό το συμπέρασμα. Ωστόσο οι παρατηρήσεις ήταν τόσο ξεκάθαρες και η ερμηνεία τόσο απλή, ώστε σύντομα συνειδητοποίησαν ότι η Ρούμπιν έπρεπε να έχει δίκιο. Τα φωτεινά αστέρια είναι μόνο οι ορατοί ιχνηλάτες μιας πολύ μεγαλύτερης μάζας που αποτελεί έναν γαλαξία. Τα αστέρια καταλαμβάνουν μόνο τις εσωτερικές περιοχές μιας τεράστιας σφαιρικής «άλω» αόρατης σκοτεινής ύλης που περιλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας ενός γαλαξία. Ίσως να υπάρχουν ακόμη και μεγάλες συσσωρεύσεις σκοτεινής ύλης στους αχανείς χώρους μεταξύ των γαλαξιών, χωρίς να υπάρχουν ορατά αστέρια που να ανιχνεύουν την παρουσία τους. Αλλά αν είναι έτσι, θα ήταν πολύ δύσκολο να παρατηρηθούν.
Και τι ακριβώς είναι αυτή η «σκοτεινή ύλη», που μέχρι στιγμής δεν έχει παρατηρηθεί παρά μόνο από την επίδραση της βαρύτητάς της στα άστρα; Το ερώτημα είναι ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα μυστήρια της αστρονομίας σήμερα. Πολλοί θεωρητικοί και παρατηρητικοί αστρονόμοι εργάζονται σκληρά προσπαθώντας να απαντήσουν.
Η Βέρα Ρούμπιν συνέχισε να εξερευνά τους γαλαξίες. Το 1992 ανακάλυψε έναν γαλαξία (NGC 4550) στον οποίο τα μισά αστέρια του δίσκου περιφέρονται προς τη μία κατεύθυνση και τα μισά προς την αντίθετη, με τα δύο συστήματα να αναμειγνύονται, Ίσως αυτό να προέκυψε από τη συγχώνευση δύο γαλαξιών που περιστρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις. Από τότε η Ρούμπιν ανακάλυψε αρκετές άλλες περιπτώσεις παρόμοιας παράξενης συμπεριφοράς. Αργότερα, η ίδια και οι συνάδελφοί της διαπίστωσαν ότι οι μισοί γαλαξίες στο μεγάλο σμήνος της Παρθένου παρουσιάζουν σημάδια διαταραχών που οφείλονται σε στενές βαρυτικές συναντήσεις με άλλους γαλαξίες.
Σε αναγνώριση των επιτευγμάτων της, η Βέρα Ρούμπιν εξελέγη μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών και το 1993 της απονεμήθηκε το Εθνικό Μετάλλιο της Επιστήμης. Όμως καθ’ όλη τη διάρκεια της καριέρας της, η Ρούμπιν δεν επιδίωξε το κύρος ή την αναγνώριση. Αντίθετα, στόχος της ήταν η προσωπική ικανοποίηση από την επιστημονική ανακάλυψη. «Κοιτάξαμε σε έναν νέο κόσμο», έγραψε, «και είδαμε ότι είναι πιο μυστηριώδης και πιο πολύπλοκος από ό,τι είχαμε φανταστεί. Ακόμα περισσότερα μυστήρια του σύμπαντος παραμένουν κρυμμένα. Η ανακάλυψή τους περιμένει τους τολμηρούς επιστήμονες του μέλλοντος».
