L'astronome qui a révélé les secrets de l'univers avec une simple loi scientifique
Les humains ont longtemps cru que l’univers ne contenait rien d’autre que notre Voie lactée, mais l’astronome américaine Henrietta Swan Leavitt a changé à jamais cette croyance, sur la base d’une simple loi scientifique, et sans même avoir besoin d’un télescope.
Il y a un siècle, l’univers semblait beaucoup plus petit qu’aujourd’hui. De nombreux astronomes étaient convaincus que l'univers ne consistait en rien d'autre que notre galaxie connue sous le nom de « Voie lactée », une perception qui a changé en 1923, lorsque l'astronome américain Edwin Hubble a construit un observatoire au sommet du mont Wilson en Californie et a dirigé l'étude. télescope de l'observatoire vers un vortex spiral Mystérieux et scintillant, il apparaît de loin dans le ciel sombre, et on l'appelait - à l'époque - la nébuleuse d'Andromède.
À cette époque, Hubble remarqua que ce vortex était loin de faire partie de la Voie Lactée, qu'il ne s'agissait pas d'une simple nébuleuse, mais plutôt composé d'un billion d'étoiles et qu'il se trouvait à 2,5 millions d'années-lumière de la Terre. Ce qui est remarquable, c'est que cet homme n'aurait pas pu faire cette merveilleuse observation, sans les efforts de recherche entrepris au cours des années précédentes par l'astronome américaine Henrietta Swan Leavitt, sans qu'elle ait besoin d'un seul télescope.
L'ironie est que Levitt a fait ses découvertes à cet égard en dirigeant ses lentilles grossissantes vers le bas et non vers le haut, spécifiquement sur une fine plaque de verre montée sur un cadre en bois et recouverte d'un côté d'une surface photographique sensible, sur laquelle des points représentant des milliers de les étoiles sont dispersées. Ces étoiles, qui apparaissaient en noir sur fond blanc, formaient une image miroir de la scène du ciel que l’on voit la nuit à l’œil nu. C'est ainsi que Levitt a découvert l'univers et ses détails.
À cette époque, plus précisément à la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle, cette femme faisait partie d’un groupe entièrement féminin travaillant à l’Observatoire américain du Harvard College. Ces femmes étaient connues comme le groupe des « esprits électroniques » et elles ont réussi à découvrir des dizaines d’astéroïdes, de nébuleuses et de novae, ainsi que des milliers d’« étoiles variables », dont la luminosité varie entre la luminosité et l’obscurité. Il n’est peut-être pas surprenant que Levitt soit décrite comme « l’experte accomplie en matière d’étoiles variables », étant donné qu’elle en a découvert plus de 2 000 par elle-même. Sa quête incessante de ces étoiles lui a valu de remporter un prix plus important : trouver un moyen de calculer les distances dans l’espace.
Cette méthode était représentée dans une relation mathématique connue dans le passé sous le nom de « Nouraniya - Période de temps ». Cette relation relie la luminosité des étoiles variables pulsantes à la période de temps pendant laquelle durent leurs pulsations. Grâce à cette méthode, développée par Levitt, les astronomes ont pu calculer les distances entre les galaxies, et Hubble avait l'équation dont il avait besoin pour observer les objets et les étoiles situés en dehors de notre galaxie, et au-delà dans le vaste univers.
"Notre perception entière de l'univers a changé à la suite de la découverte de cette femme", déclare Wendy Friedman, astronome et astrophysicienne à l'Université de Chicago.
L'astronome Edward Pickering avec "Electronic Brains" au Harvard College
Après que l'astronomie ait suscité l'intérêt de Levitt au cours de sa dernière année d'études, cette jeune femme rejoint l'Observatoire du Harvard College en tant que stagiaire en 1895, à l'âge de vingt-sept ans. Levitt ne faisait pas exception à cet égard. À cette époque, les départements et entités liés à l'astronomie célébraient grandement le recours aux femmes pour mener à bien les grands projets scientifiques qui se déroulaient dans leurs couloirs et qui nécessitaient l'emploi d'un grand nombre de travailleurs mal payés. Leur besoin de ce type de travail a coïncidé avec le fait que Levitt et un nombre croissant de ses pairs terminaient leurs études avec des notes élevées, comme le dit l'historienne Margaret Rossiter, qui a évoqué dans ses recherches le rôle des femmes dans les domaines scientifiques au début du XXe siècle. . Malgré leur excellence, ces femmes étaient alors exclues de l’enseignement universitaire ou de l’exercice de postes de direction.
Levitt a été nommé à ce poste par Edward Pickering, directeur de l'Observatoire de Harvard, qui a dirigé un projet de plusieurs décennies visant à cartographier l'ensemble du ciel nocturne, puis à classer les chaînes d'étoiles qui s'y trouvent et à les répertorier comme des objets présentant des caractéristiques similaires.
Conformément à la manière dont les emplois étaient répartis entre les sexes au XIXe siècle, les femmes étaient considérées comme idéales pour effectuer ces classifications, car elles exigeaient la capacité d'être patientes et de prêter attention aux détails, qualités que l'on pensait que les femmes possédaient de manière innée. Quant aux hommes, la croyance dominante était qu’ils étaient plus enclins à assumer des postes de direction et à s’engager dans un travail intellectuel centré sur la surveillance, l’observation et l’élaboration de théories.
Ainsi, les femmes qui occupaient des emplois similaires à ceux occupés par Levitt étaient généralement mal payées et n'avaient pratiquement aucune possibilité d'avancement. Dans les emplois qui ont été confiés à ces femmes, elles ont pu bénéficier de leurs compétences « féminines », sans constituer une menace pour leurs collègues masculins, que ce soit en termes de salaire ou de statut professionnel.
Levitt (à droite) avec Annie Jump Cannon, qui faisait partie du nombre très limité de femmes autorisées à utiliser le télescope de l'observatoire de Harvard.
En fait, la décision de Pickering de s'appuyer principalement sur des femmes dans la composition de son personnel était cohérente avec ce qu'il écrivait lui-même dans le rapport annuel de l'Observatoire de Harvard de 1898, à savoir que « pour atteindre la plus grande efficacité possible, il est nécessaire de ne pas avoir besoin d'un observateur averti de l'évolution de la situation ». les stars de Il passe son temps à faire ce qu’un assistant pourrait faire pour un salaire bien inférieur. Pour cela, cet homme donnait à « l’esprit électronique » de ce groupe de femmes 25 cents de l’heure, ce qui équivaut à 1 500 $ par an. Quant aux hommes travaillant à l'observatoire, ils étaient payés au moins 2 500 dollars par an.
Ce groupe d'« esprits électroniques » n'avait pas le droit d'utiliser le télescope de l'observatoire, à l'exception de Levitt et Annie Jump Cannon, qui y rejoignirent les travaux un an plus tard. La modification du matériel utilisé et la prise de photographies des étoiles étaient réservées aux seuls hommes. Quant aux panneaux de verre photographiques, ils ont été livrés à la salle « Esprits électroniques », située au deuxième étage de l'aile est du bâtiment de l'observatoire, pour analyses et calculs particuliers, avec des étoiles dispersées à leur surface.
Dans cette pièce, les femmes passaient leurs journées à se concentrer sur les planches qui leur étaient remises, à classer les étoiles, à identifier le degré de luminosité de chacune d'elles et à en dresser des listes. Ce travail était intense, épuisant et stéréotypé à la fois.
Cette plaque montre le Petit Nuage de Magellan, sur lequel nous voyons des notes prises par Levitt basées sur ses études sur les étoiles variables dites Céphéides.
La tâche de Levitt était de déterminer la luminosité de chacune des « étoiles variables » au-dessus du pôle Nord, sur la seule base de l'analyse de photographies placées sur des plaques de verre. L’une des raisons pour lesquelles la lumière émanant de ces étoiles fluctue est parce qu’elles « pulsent », ou plutôt se dilatent et se contractent, du fait qu’elles compriment les gaz et les libèrent selon des cycles réguliers. Afin de déterminer si l’étoile est « variable » ou non ; Levitt plaçait côte à côte deux panneaux de verre montrant le même morceau de ciel ; L’un d’eux montre cette zone sous sa forme naturelle, et l’autre la montre de manière négative. Dans ce cas, la luminosité des étoiles sur les deux panneaux est supposée égale, à moins qu’il ne s’agisse d’« étoiles variables » dont la luminosité varie de temps en temps. À cette époque, Levitt n'avait pas réalisé l'importance de cette méthode pour calculer les distances entre les objets spatiaux, étant donné que la capacité de calculer la distance d'une étoile à la Terre réside dans la compréhension de la relation entre le modèle de variation de sa luminosité et sa taille totale.
Ainsi, d'une étoile à l'autre, et d'une plaque photographique à l'autre, cette astronome passait ses journées à l'observatoire, occupée à déterminer le niveau de luminosité de chacune de ces étoiles, et à les comparer à la taille connue d'autres étoiles, avant d'enregistrer la résultats dans ses cahiers.
En 1896, un an après avoir commencé ses recherches, Levitt quitta l'Observatoire de Harvard pour parcourir l'Europe et travailler dans le domaine de l'art dans une université du Wisconsin, près de la maison familiale. Mais les stars ont fini par l’appeler à nouveau.
Même si cette femme n’a laissé aucun journal intime et que sa correspondance ne révélait que des détails personnels limités à son sujet, elle était clairement dévouée au travail de l’observatoire, au point qu’un des astronomes qui y travaillaient à cette époque a déclaré qu’elle « était immergé dans "Ça marche, à un degré inhabituel". Son amour pour ce travail était également évident dans ce qui était déclaré dans une lettre qu'elle adressait à Pickering en mai 1902, soit six ans après avoir quitté l'observatoire, affirmant que ce qu'elle y faisait lui manquait et qu'elle éprouvait des regrets au-delà. ce qu'elle pouvait exprimer, parce que «le travail que... je l'ai entrepris avec une telle joie, et je l'ai mené à bien avec tant de plaisir, qu'il a fallu le laisser inachevé».
À la lumière du grand désir de Levitt à cette époque de retourner dans le domaine de l'astronomie, elle a demandé à Pickering s'il pouvait l'aider à rejoindre le personnel de l'observatoire ou à lui trouver un emploi de professeur d'astronomie dans une école. Mais ses possibilités d’accéder à la profession enseignante étaient limitées. Des années auparavant, elle avait commencé à souffrir d’un déclin croissant de sa capacité auditive. Par conséquent, l’otologue ne lui a pas permis d’observer le ciel pendant les nuits froides, estimant que cela aggraverait ses souffrances de surdité. À l'époque, Pickering ne savait pas comment répondre aux demandes de Leavitt, étant donné que travailler en astronomie était censé aggraver ses problèmes de santé et son incapacité à trouver un observatoire dans un climat chaud qui serait disposé à l'exploiter. . On lui a donc proposé de travailler à nouveau à l’Observatoire de Harvard, pour 30 cents de l’heure, soit cinq cents de plus que ce que recevaient les autres « esprits électroniques ». Leavitt accepta l'offre et rejoignit à nouveau l'observatoire, à temps plein, en 1903.
Henrietta Swan Leavitt sur une photographie prise vers 1910 environ
Après cela, Levitt retourna travailler sur les étoiles variables, coïncidant avec l'intérêt de Pickering pour le même sujet, notamment la recherche de ce type d'étoiles dans les régions nébuleuses. En 1903, l'homme reçoit une subvention du Carnegie Institute pour financer ses efforts de recherche dans ce contexte. Mais l'institut n'a pas renouvelé la subvention. L'année suivante, l'observatoire a accordé cette subvention, obligeant Williamina Fleming, l'un des membres éminents du groupe « Electronic Minds », responsable de la conservation des photographies astronomiques à l'observatoire, à renoncer à cette subvention. toutes les femmes du groupe, à l'exception de Leavitt, qui est alors devenue seule responsable du traitement des régions nébuleuses. La première tâche qui lui a été confiée dans ce domaine a été d'examiner une nébuleuse connue sous le nom de « Nébuleuse d'Orion », dans une constellation qui porte également le nom d'« Orion ».
Après avoir examiné des plaques de verre photographiques astronomiques qui surveillent les conditions de cette constellation sur une période de 10 ans, Levitt y a découvert 77 « planètes variables ». Cette femme se charge alors d’observer les nébuleuses de la constellation du Sagittaire et d’une région astronomique connue sous le nom de « Petit Nuage de Magellan ». Au cours de l'été 1905, Scientific American rapporta que Miss Levitt avait découvert 1 300 nouvelles planètes variables depuis qu'elle avait commencé à observer seule les régions des nébuleuses en février 1904.
Tout au long de 1908, Levitt a poursuivi ses efforts pour rechercher davantage d'étoiles variables dans le Petit Nuage de Magellan et le Grand Nuage de Magellan. A cette époque, les astronomes ne savaient pas que ces deux nébuleuses formaient deux galaxies naines tournant autour de la Voie Lactée. Levitt a découvert 1 777 nouvelles étoiles variables dans les deux galaxies et a pu identifier les niveaux de luminosité les plus élevés et les plus bas pour chacune d'elles.
À ce stade particulier, l’astronome américain a observé un schéma astronomique unique. Après avoir classé 17 des nouvelles « étoiles variables » et dressé des listes d’objets qui leur ressemblaient dans certaines caractéristiques, j’ai remarqué que plus l’étoile est brillante, plus la période entre l’atteinte de sa luminosité maximale et son degré d’atténuation le plus bas est longue.
Le Grand Nuage de Magellan vu à travers la lentille d'un télescope et non sur une plaque de verre
Il apparaîtra plus tard que cette observation aura des implications considérables. Mais Levitt ne s’est pas concentré sur grand-chose ni sur ce que cela pourrait signifier. Après avoir soumis les tableaux qu'elle avait préparés à partir de ses observations à ce sujet, elle a pris un congé de travail à l'observatoire en raison de sa maladie, dont il lui a fallu une année complète pour se remettre. Levitt n’a pas abordé l’observation qu’elle a faite dans ce contexte, sauf à travers quelques lignes d’un rapport qu’elle a préparé, dans lequel elle a déclaré : « Il est à noter que plus l’étoile variable est brillante, plus les périodes qui la séparent d’atteindre son objectif sont longues. luminosité maximale et atteignant son degré de gradation le plus bas.
Dans la période suivante, Levitt alternait entre des périodes de maladie et des périodes pendant lesquelles elle effectuait d'autres tâches à l'observatoire. Mais cela ne l’a pas empêché de continuer à réfléchir aux étoiles variables qu’elle observait dans les Grands et Petits Nuages de Magellan. Ainsi, trois ans après avoir préparé son premier rapport sur leurs enfants, elle est revenue examiner les objets qui s'y trouvaient.
Même si cette femme ne connaissait pas à l’époque la distance exacte entre la Terre et les étoiles indiquées sur ses plaques de verre photographique, elle savait que, faisant partie du Petit Nuage de Magellan, ces étoiles étaient toutes situées à peu près à égale distance de notre planète.
Cela représentait une conclusion importante ; Ce qu’il voulait dire, c’est que les différences entre ces étoiles en termes de niveaux de luminosité et d’obscurité n’ont rien à voir avec la distance qui les sépare de la Terre. Les étoiles les plus brillantes ne l’étaient pas parce qu’elles étaient plus proches de la Terre, mais parce qu’elles étaient intrinsèquement plus brillantes. Pour vérifier ses soupçons, Levitt détermina les cycles de luminosité et de gradation de huit nouvelles étoiles variables, et elle découvrit ici que la déduction qu'elle avait faite trois ans plus tôt n'avait pas changé ; Plus l’étoile est brillante, plus il lui faut de temps pour passer d’une luminosité extrêmement brillante à une obscurité presque complète.
Cette fois, Pickering a partagé son observation. Quelques mois plus tard, le 3 mars 1912, l'homme publiait l'observation de Levitt concernant la « relation remarquable » entre le niveau de luminosité et la durée du cycle entre celui-ci et la gradation. Ainsi, ce qui semblait initialement être une « tendance prometteuse » d’un point de vue scientifique, s’est transformé en une « loi » centrée sur une relation mathématique, appelée à l’époque « une relation d’illumination – une période de temps ».
Malheureusement, Leavitt est décédée avant de réaliser à quel point la loi qu'elle avait établie était importante pour l'astronomie.
Un univers en expansion
Bien que Levitt n’ait formulé aucune théorie concernant sa nouvelle loi scientifique à cette époque ; Au moins, comme l’indiquent les documents écrits de cette période, de nombreux autres chercheurs le feront dans les années suivantes. Les astronomes se sont progressivement rendu compte que cette loi leur permettait de déterminer la distance entre la Terre et des étoiles dont la distance à notre planète était autrefois impossible à déterminer, en raison des grandes distances qui les séparent.
Il y a des décennies, des problèmes nous empêchaient de déterminer la distance entre la Terre et les objets spatiaux. Parmi ces problèmes figurent : La luminosité de chaque étoile est différente de l’autre, ce qui nous empêche d’identifier sa proximité ou sa distance par rapport à notre planète, en surveillant sa luminosité. De plus, la méthode de la « perspective stellaire » ou du « déplacement stellaire », que les astronomes utilisaient pour déterminer les distances en comparant le mouvement relatif des étoiles, ne pouvait être suivie qu'avec des étoiles situées à une certaine distance de la Terre, et ne pouvait être appliquée. aux objets existants, à des distances plus grandes que cela.
Levitt a montré que les astronomes peuvent déterminer la véritable luminosité des étoiles variables, appelées variables céphéides, au cours de leur cycle entre luminosité et obscurité, quelle que soit leur luminosité à ceux qui les regardent depuis la surface de la Terre. Cela signifie que la présence d’une de ces étoiles, dont l’une est désormais connue sous le nom de « bougie étalon », dans une galaxie lointaine, permet aux astronomes de calculer la distance entre la Terre et cette galaxie.
Les astronomes le font grâce à ce qu’on appelle « l’échelle de distance cosmique » ou « l’échelle de distance extragalactique ». Ce processus de mesure commence par déterminer la distance entre la Terre et une « bougie étalon » proche d’elle, suffisante pour calculer sa « perspective stellaire » et déterminer sa luminosité. En conséquence, la distance entre notre planète et une « bougie standard » plus éloignée peut être calculée en fonction de son niveau de luminosité, en supposant que ces deux « bougies standard » ont le même modèle de luminosité.
Une décennie après que Levitt ait publié sa loi scientifique ; Hubble a pointé son télescope vers Andromède et y a trouvé une "bougie standard" - celle que l'astronome avait découverte - qui brillait au milieu de la nébuleuse brumeuse environnante. Lorsque l’homme a observé une « variable céphéide » à cet endroit du ciel, il a eu l’occasion de reconnaître la distance entre « Andromède » et la Terre, selon la loi de Levitt. Ainsi, Hubble a prouvé que cette nébuleuse est située très loin de notre galaxie, la Voie lactée. Grâce à la même méthode, le même scientifique a pu, peu de temps après, trouver 23 autres galaxies et déterminer à quelle distance elles se trouvaient de la Terre. Certains d’entre eux se trouvaient à 20 millions d’années-lumière de notre planète. En 1929, Hubble découvrit également que l'univers était en expansion et en expansion, et la loi de Levitt était à la base de cette découverte.
L'astronome et astrophysicienne Wendy Friedman affirme que la loi de Levitt est devenue « la base sur laquelle nous mesurons les distances (et les dimensions entre) les galaxies depuis plus de cent ans. Au début, on n'avait qu'une image bidimensionnelle à cet égard. Mais cela La loi a prévu - pour la première fois - une image tridimensionnelle pour que l'on puisse mesurer cette troisième dimension, quelle que soit la distance des étoiles, qui cherche à connaître la distance qui les sépare de la Terre.
Friedman elle-même représente un exemple clair à cet égard, car elle s'appuie fortement dans ses travaux sur les « variables céphéides » découvertes par Levitt. Avant le lancement de l’Observatoire spatial Hubble en 1990, les astronomes savaient que l’univers était en expansion, mais ils ne connaissaient pas sa véritable taille ni son âge. Ici encore, les découvertes de Levitt apportèrent la solution. Friedman a dirigé un projet dans lequel cet observatoire avancé était utilisé pour calculer les distances dans l'espace à l'aide de variables céphéides, ce qui a permis d'atteindre cet objectif avec une bien plus grande précision. La capacité de Friedman et de son équipe de recherche à identifier les distances entre la Terre et les « étoiles variables » avec une telle précision a contribué à résoudre des décennies de controverse concernant l’âge de l’univers, dont cette scientifique a déclaré plus tard qu’elle avait découvert qu’il était âgé de 13,7 milliards d’années.
« Plus la masse est brillante, plus sa période de luminosité est longue », telle est la loi élégante mais simple de Levitt, qui a changé à jamais la façon dont les astronomes regardent l'univers. Malheureusement, Levitt est décédée d'un cancer de l'estomac avant de réaliser toute la signification de sa découverte. Friedman commente cela en disant : « L’une des choses les plus tristes est que Levitt est mort en 1921 (deux ans avant). Hubble a fait sa découverte des variables des Céphéides en 1923, puis a découvert que l’univers est en expansion et en expansion, ce qui explique pourquoi. a été réalisé. » L’année 1929. Malheureusement, elle n’avait aucune idée des énormes implications de ce qu’elle avait accompli.
Même si Levitt n’a pas survécu pour voir comment ses découvertes ont changé l’astronomie, elle n’a pas été oubliée par les scientifiques qui l’ont suivie. Parmi eux, la scientifique anglo-américaine Cecilia Helena Payne, qui a continué à travailler sur le thème des « étoiles variables » et a découvert la structure du Soleil. Cet astronome, qui n'avait jamais rencontré Levitt, travaillait au vieux bureau que la femme utilisait à Harvard et disait d'elle : « Je pense qu'elle était la plus intelligente de toutes les femmes qui travaillaient » à l'observatoire de ce collège américain.
Jusqu’à présent, les « bougies standards » découvertes par Levitt éclairent toujours le chemin des astronomes à travers l’univers en constante expansion. Pour montrer leur appréciation et leur respect pour cela, les astronomes – dont Friedman – ont voté en 2008 pour remplacer ce qui était auparavant connu sous le nom de « loi de la relation lumière-période » par « loi de Leavitt ».
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