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Les Femmes de l'Astro épisode 4 - Henrietta SWan Leavitt

Médiation

Média : AMA²

Thèmes : Femmes de l'astro, Céphéides

· Femme de l'astro

Henrietta Leavitt, variable indispensable de l'Histoire des Céphéides

Mettre en évidence l'expansion de l'Univers, c'est fait. Calculer la distance et la taille de galaxies comme Andromède, c'est fait ! Mais sans Leavitt, tout ça n'aurait pas été possible. Ou bien plus tard, certainement.

Dans le Massachusetts, elle travaille d'arrache-pied à décrypter des plaques photographiques obtenues depuis les télescopes de l'observatoire d'Harvard. Réalisant ce rude travail, elle ne se doute pas qu'elle fera une découverte qui changera le cours de l'astronomie : petit voyage dans l'Histoire des étoiles Céphéides.

@Wikipédia, Henrietta Swan Leavitt

Crédit : Wikipédia

Avant Leavitt, quand l'Univers ne se mesure pas

Leavitt naît à Lancaster dans le Massachusetts, en 1868. Elle passe deux ans à l'Oberlin College, puis est transférée au Collegiate Instruction of Women, qui deviendra plus tard le Radcliff College. Elle y obtient un Certificat, qui aurait été appelé Licence, si elle avait été un homme1.
En 1892, elle propose d'offrir de son temps afin de pouvoir mettre un pied dans l'observatoire de l'Université d'Harvard. À cette époque, entrer à l'Université en tant que femme est très complexe, voire impossible. C'est pour cette raison qu'elle choisit le bénévolat lui fournissant un premier accès, précieux bien que précaire, dans ce milieu très masculin.
À ce moment de la vie de Leavitt, des études photométriques sont éffectuées sur les étoiles. Cette époque traduit photométrie par l'art de mesurer la luminosité des étoiles au travers de plaques photographiques, prises par les télescopes. Ce que l'on sait, et ce depuis le XVIème siècle, c'est que certaines étoiles sont variables. Leur luminosité varie au cours du temps, selon une période et donc avec une fréquence plus ou moins longue.

Photographie d'une portion de la Lyre, 1887

@ObservatoiredeParis, Photographie d'une portion de la Lyre 1887

Crédit : Observatoire de Paris

Leavitt, une "Calculatrice" à Harvard

Peu après sa contribution bénévole, Leavitt est embauchée par Edward Charles Pickering, directeur de l'observatoire. Ce dernier lance un grand chantier de détermination de la magnitude c'est-à-dire de la luminosité, de toutes les étoiles mesurables. Cependant, les données récoltées sont tellement nombreuses qu'il lui est impossible de réaliser cette tâche à lui seul.
Il embauche alors une quinzaine de femmes : les "calculatrices d'Harvard", payées 0.30 dollars de l'heure2, afin de faire ces travaux fastidieux. Elles restent, de plus, injustement assignées à ce dur labeur car elles n'ont catégoriquement pas le droit d'accéder aux télescopes.
L'idée de Pickering est de réaliser un catalogue d'étoiles afin de réaliser des études sur chacune d'elles. Henrietta Leavitt a pour mission d'étudier les étoiles variables des Nuages de Magellan, deux galaxies naines voisines de la Voie Lactée. Elle en catalogue 1777.
Elle travaille notamment auprès de Williamina Fleming, découvreuse de la Nébuleuse de la Tête de Cheval3 en 1888, Annie Jump Cannon travaille elle sur la première classification sérieuse d'étoiles par type spectral4. Ce dernier est défini par la température, la masse, la luminosité et la gravité à la surface des étoiles. Antonia Maury quant à elle fait des analyses spectroscopiques sur l'étoile binaire β-Lyrae5.

Les "calculatrices d'Harvard" en plein travail - Sur la photo : Leavitt, Fleming, Cannon et Maury

@Wikipédia, Calculatrices d'Harvard au travail

Crédit : Wikipédia

Grâce à l'étude méticuleuse des magnitudes des étoiles des Nuages de Magellan, Leavitt découvre en 1912 une catégorie d'étoiles très particulières appelées Céphéides. Elles appartiennent à une sous-classe d'étoiles variables, ayant la propriété exceptionnelle de posséder une relation entre leur période de variation et leur luminosité.
Les Céphéides sont donc des étoiles variables géantes ou super géantes jaunes. Leur période de variation oscille entre 1 et 135 jours. Ces périodes sont très courtes, en comparaison avec celle du Soleil par exemple, dont la luminosité varie tous les 11 ans, soit environ 4000 jours. La relation période-luminosité, également appelée loi de Leavitt, fournit donc un lien entre la variation de la luminosité de la Céphéide et la luminosité elle-même. Plus l'étoile est lumineuse, plus la période est grande.
Cette relation est un outil très précieux duquel on peut extraire des distances en astronomie.
Il existe deux types de magnitudes différentes : la magnitude apparente et la magnitude absolue. La première représente la luminosité de l'étoile telle qu'on l'observe depuis la Terre. La seconde est la luminosité de l'étoile mesurée à partir de sa période.
En terme de mesure, on retiendra que plus la magnitude est petite, plus la luminosité est grande. Ainsi, par exemple, la magnitude apparente du Soleil est d'environ -26, car il nous apparaît très brillant. En guise d'échelle, l'oeil humain ne capte pas les objets dont la magnitude dépasse en moyenne 5 en magnitude.

Pourquoi cette distinction apparente/absolue ?

Une étoile peut être très brillante, donc de magnitude absolue très basse, cependant très lointaine. Ainsi elle nous apparaît moins brillante, donc de magnitude apparente très grande.
Or, Leavitt remarque judicieusement que les étoiles qu'elle étudie sont toutes dans les Nuages de Magellan : elles sont donc spatialement très proches. Donc leur luminosité apparente est sensiblement égale à leur luminosité absolue, fournissant ainsi la distance de celles-ci.
Ces travaux sont publiés en 1912, signés par Pickering, qui mentionne l'aide de Leavitt en haut d'article6.

"Le travail suivant, portant sur l'étude de la période de 25 étoiles dans le Petit Nuage de Magellan a été préparé par Miss Leavitt."

Suite à sa découverte (désappropriée), Leavitt souhaite déterminer la distance des étoiles en fonction de leur lien période-luminosité. Cependant, Pickering ne le voit pas de cet oeil. Il la dissuade de poursuivre ce travail, et lui demande de simplement recueillir les données sans essayer de les interpréter. Pour le directeur, la place des femmes est à l'étude répétitive et systématisée des plaques photométriques, mais certainement pas aux calculs. C'est un chercheur Danois qui s'en chargera : Ejnar Hertzprung. Leavitt gagnera la tête du département de photographie photométrique stellaire d'Harvard.

Au centre, RS Puppis - Céphéide la plus brillante de cette classe d'étoiles variables

@NASA, RS Puppis

Crédit : NASA

L'apport de Leavitt à l'astronomie du XXème siècle

Les recherches de Leavitt, même si avortées, auront eu un impact conséquent sur les avancées en astronomie du XXème siècle. En effet, sa découverte de 4 novae et d'environ 2400 étoiles variables, couplées à sa création de la loi de Leavitt ont permises à Hertzprung, Hubble ou encore Shapley de prendre le relais.
Hertzprung et Shapley étalonnent en 1918 les Céphéides afin de calculer la distance de ces étoiles. Or ces dernières résident dans des galaxies, ou dans les amas d'étoiles. Donc cette relation période-luminosité fournit un outil très puissant pour déterminer l'éloignement de la Terre à ces grandes structures : Hubble mesure alors la distance entre la grande galaxie d'Andromède et nous. À partir de ces mesures, il mettra en évidence en 1929 l'expansion de l'Univers.

Malheureusement, Leavitt n'assiste pas à cette réussite. Elle décède à 53 ans d'un cancer. En 1925, un membre de l'académie des sciences de Suède propose Leavitt pour le prix Nobel de 1926. Il apprendra plus tard qu'elle est décédée quatre ans plus tôt et qu'elle ne peut prétendre au Nobel, ce prix n'étant pas décerné à titre posthume.

Au delà de sa loi, et de son immense contribution pour l'astronomie, et à défaut d'être un nom parmi les Nobelé.e.s, Leavitt deviendra en 1973 le nom d'un astéroïde : (5383) Leavitt7, ainsi que celui d'un cratère de la face cachée de la Lune.

@Wikipédia, Cratère Leavitt

Crédit : Wikipédia

1. Un jour une femme remarquable, Henrietta Swan Leavitt - Reddit
2. Henrietta Swan Leavitt - Wikipédia

3. Williamina Fleming - Wikipédia

4. Annie Jump Cannon - Wikipédia
5. Antonia Maury - Wikipédia

6. Period of 25 variable stars in the Small Magellanic Cloud - SAO/NASA ADS

7. (5383) Leavitt - Wikipédia

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