Henrietta Swan Leavitt

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Henrietta Swan Leavitt
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Henrietta Swan Leavitt.

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Henrietta Swan Leavitt (4 juillet 1868 – 12 décembre 1921) était une astronome américaine ayant découvert la relation entre la luminosité des étoiles variables et leur période de variation. En 1893, diplômée du Radcliffe College, Leavitt commença à travailler à l'Observatoire de l'Université Harvard, en tant que calculatrice, s'occupant d'examiner des plaques photographiques dans le but de mesurer et de cataloguer la luminosité des étoiles.

Bien qu'elle ne reçu que très peu de mérite de son vivant, ce fut sa découverte qui permis aux astronomes de mesurer la distance entre la Terre et les autres galaxies. Elle expliqua sa découverte : “Une ligne droite peut facilement être dessinée entre les deux séries de points correspondant au maximum et au minimum, montrant qu'il y a une relation simple entre la luminosité des variables et leurs périodes.”[1] Après la mort de Leavitt, Edwin Hubble appliqua la relation entre la luminosité et la période aux céphéides, et aperçut des décalages spectraux, mesurés pour la première fois par l'astronome Vesto Slipher, et prouva ainsi l'expansion de l'univers (voir la loi de Hubble).

Jeunesse et études[modifier | modifier le code]

Henrietta Swan Leavitt est la fille du pasteur de l'Église congrégationaliste George Roswell Leavitt[2] et de sa femme Henrietta Swan (née Kendrick). Née à Lancaster, dans le Massachusetts, Leavitt est la descendante de Deacon John Leavitt, un tailleur puritain anglais, qui s'est installé dans la colonie de la baie du Massachusetts au début du XVIIe siècle[3]. (Le nom de famille a été orthographié Levett dans les premiers enregistrements du Massachusetts.) Leavitt fit ses études au Oberlin College et obtint son diplôme au Radcliff College, à l'époque connu sous le nom de Society for the College Instruction for Women. Elle obtint son baccalauréat en 1892. Elle intègre ensuite un large cursus universitaire incluant le grec classique, les beaux-arts, la philosophie, la géométrie analytique et les mathématiques[4]. Ce n'est pas avant sa quatrième année à l'université que Leavitt commença à étudier l'astronomie, cours où elle obtient un A- à ses examens finaux[5]. Puis elle voyage en Amérique et en Europe, voyages durant lesquels elle perd son sens auditif.[6]

Carrière[modifier | modifier le code]

Ancienne photo du “Harem de Pickering”, représentant les femmes calculatrices embauchées par l'astronome de Harvard Edward Charles Pickering. Le groupe inclut Leavitt, Annie Jump Cannon, Williamina Fleming et Antonia Maury.
Ancienne photo du “Harem de Pickering”, représentant les femmes calculatrices embauchées par l'astronome de Harvard Edward Charles Pickering. Le groupe inclut Leavitt, Annie Jump Cannon, Williamina Fleming et Antonia Maury.

En 1893, Leavitt obtient assez de crédits pour pouvoir valider son diplôme d'études supérieures en astronomie pour son travail effectué à l'Observatoire de l'Université Harvard; diplôme qu'elle ne validera jamais[7]. C'est à l'Observatoire de l'Université Harvard que Leavitt commence à travailler en tant qu'une des femmes 'calculatrices', embauchée par Edward Charles Pickering, pour mesurer et cataloguer la luminosité des étoiles en fonction de leur apparition dans la collection de plaques photographiques de l'observatoire. (Au début des années 1900, les femmes n'étaient pas autorisée à se servir de télescopes.)[8] Comme Leavitt était financièrement indépendante, Pickering n'avait initialement pas à la payer. Plus tard, elle sera payée 0,30 dollar de l'heure pour son travail. Elle a été décrite comme « travailleuse, sérieuse…, peu encline à la frivolité et très dévouée à sa famille, son église, et sa carrière. »

Pickering assigna Leavitt à l'étude des étoiles variables, dont la luminosité varie avec le temps. Selon l'auteur scientifique Jeremy Bernstein, « les étoiles variables ont suscité un intérêt pendant des années, mais quand Leavitt commença à étudier ces plaques, je doute que Pickering ait pensé qu'elle ait pu faire une importante découverte — une qui aurait pu finalement changer l'astronomie. »[9] Leavitt catalogua des milliers d'étoiles situées dans les nuages de Magellan. En 1908, elle publia ses résultats dans les Annales de l'Observatoire astronomique de l'Université Harvard[10], notant que certaines étoiles parmi les plus lumineuses avaient les plus longues périodes de variation. Après des études plus approfondies, elle confirma en 1912 que les céphéides avec une plus grande luminosité intrinsèque avaient les plus longues variations, et qu'une relation entre la luminosité et la période de variation des étoiles variables était prévisible[11].

Henrietta Swan Leavitt travaillant à son bureau à l'Observatoire de l'Université Harvard.
Henrietta Swan Leavitt travaillant à son bureau à l'Observatoire de l'Université Harvard[12].

Leavitt supposa que toutes les céphéides situées dans les nuages de Magellan étaient approximativement à la même distance de la Terre, et que donc leur luminosité intrinsèque pouvait être déduite de leur luminosité apparente (mesurée sur les plaques photographiques) et de leur distance par rapport à chaque nuage. « Étant donné que les étoiles variables sont probablement à la même distance de la Terre, leurs périodes sont apparemment associées à leur émission actuelle de lumière, déterminée par leur masse, leur densité et leur luminosité de surface. »[13].

Sa découverte, qu'elle réalisa à partir de l'étude de près de 1 777 étoiles variables sur les plaques photographiques de Harvard, est connue comme la relation période-luminosité, encore appelée la loi de Leavitt[réf. nécessaire] : le logarithme de la période est linéairement lié au logarithme de la luminosité optique et intrinsèque de l'étoile (qui est la quantité d'énergie émise par l'étoile dans le spectre visible)[14]. Selon Leavitt, « Une ligne droite peut facilement être dessinée entre les deux séries de points correspondant au maximum et au minimum, montrant qu'il y a une relation simple entre la luminosité des variables et leurs périodes de variation. »[15],[16].

Leavitt a également développé et a continué d'affiner les standards de Harvard pour les mesures photographiques, mettant en place une échelle logarithmique ordonnant les étoiles en fonction de leur luminosité supérieure à la magnitude 17. Elle a d'abord analysé 299 plaques de 13 télescopes pour construire son échelle, qui a été acceptée par le Comité international des magnitudes photographiques en 1913[17].

Influence[modifier | modifier le code]

Page d'introduction de “1777 Étoiles Variables dans les nuages de Magellan”, Henrietta S. Leavitt, Annales de l'Observatoire de l'Université Harvard, 1908.
Page d'introduction de “1777 Étoiles Variables dans les nuages de Magellan”, Henrietta S. Leavitt, Annales de l'Observatoire de l'Université Harvard, 1908.

La relation période-luminosité des céphéides fait d'elles les premières chandelles standards en astronomie, permettant aux scientifiques de calculer les distances entre des galaxies trop éloignées pour que leurs observations à partir de la parallaxe stellaire soient utiles. Une année après que Leavitt eut noté ses résultats, Ejnar Hertzsprung détermina la distance de plusieurs Céphéides dans la Voie Lactée. Avec ces résultats, la distance jusqu'à chaque Céphéide peut être précisément déterminée[18].

Des céphéides furent rapidement détectées dans d'autres galaxies, telles qu'Andromède[Quoi ?] (découvertes notamment par Edwin Hubble en 1923-1924), et les céphéides devinrent rapidement une des preuves les plus importantes de l'évidence que les “nébuleuses spirales” étaient en réalité des galaxies indépendantes très éloignées de notre Voie Lactée. Ainsi, la découverte de Leavitt a changé pour toujours l'image de notre univers, car c'est grâce à cette découverte que Harlow Shapley a eu l'idée que le Soleil pouvait être éloigné du centre de la galaxie dans le Grand Débat, et que Edwin Hubble a eu l'idée d'éloigner notre galaxie du centre de l'univers.

Les réussites de l'astronome américain Edwin Hubble, qui prouva l'expansion de l'univers, ont également été rendues possibles par les recherches révolutionnaires de Leavitt. « Si Henrietta Leavitt avait fourni la clef pour déterminer la taille du cosmos, alors ce fut Edwin Powell Hubble qui l'a insérée dans la serrure et a fourni les observations qui ont permis de la tourner », écrivent David H. et Matthew D.H. Clark dans leur livre Mesurer le cosmos[19]. Hubble lui-même déclara souvent que Leavitt méritait le prix Nobel pour son travail[20]. Gösta Mittag-Leffler, de l'Académie suédoise des sciences, essaya de la nominer pour ce prix en 1924, pour apprendre qu'elle était morte du cancer trois années auparavant[21] (le Prix Nobel ne peut pas être attribué à titre post-mortem)[22]. Bien qu'elle était payée seulement 10,50 dollars par semaine, sa découverte permettant le calcul précis des distances à une échelle inter-galactique a dallé la route vers la compréhension de la structure et de l'échelle de l'univers, base de l'astronomie moderne.

Maladie et mort[modifier | modifier le code]

Monument familial des Leavitt au cimetière de Cambridge.
Monument familiale des Leavitt au cimetière de Cambridge.

Leavitt travailla sporadiquement pendant qu'elle était à Harvard, mais des problèmes de santé et ses obligations familiales étaient aussi très présents. Une maladie contractée après avoir terminé ses études au Radcliffe College lui fit perdre de plus en plus son ouïe[23]. En 1921, quand Harlow Shapley est devenu le directeur de l'observatoire, Leavitt prit la tête du département de photométrie stellaire. À la fin de l'année, elle succomba du cancer et fut enterrée dans la parcelle familiale des Leavitt au Cambridge Cemetery à Cambridge, Massachusetts.

« Assise au sommet d'une colline », écrit George Johnson dans sa biographie de Leavitt, « la parcelle est marquée d'un grand monument hexagonal, au-dessus duquel (bercé sur un piédestal en marbre drapé) se trouve un globe. Son oncle Erasmus Darwin Leavitt et sa famille sont également enterrés là, avec d'autres membres de la famille Leavitt… ». Une plaque en la mémoire de Henrietta et de ses frère et sœur Mira et Roswell est installée d'un côté du monument. Pas loin se trouvent les tombes de Henry et William James. Il n'y a aucune épitaphe en hommage aux découvertes de Leavitt en astronomie.

Leavitt était membre de Phi Beta Kappa, de l'Association américaine des femmes diplômées des universités (AAUW), de l'Union américaine d'astronomie (AAS), de l'Association américaine pour l'avancement des sciences (AAAS) et était membre honoraire de l'Association américaine des observateurs d'étoiles variables. Sa mort, à 51 ans, fut une tragédie pour ses collègues de par la grandeur de ses découvertes. Solon I. Bailey nota qu'« elle avait l'agréable don d'aimer tout ce qui était adorable et en valait la peine chez les autres, et possédait une nature bienveillante qui, pour elle, rendait chaque chose de la vie magnifique et pleine de sens »[24].

Récompenses et Honneurs[modifier | modifier le code]

  • L'astéroïde (5383) Leavitt et le cratère Leavitt sur la Lune furent nommé en son honneur[25],[26].
  • Malgré sa mort quatre années auparavant, le mathématicien suédois Gösta Mittag-Leffler tenta de la nommer pour le prix Nobel de physique de 1926, et écrivit à Shapley pour obtenir plus d'informations sur son travail sur les variables céphéides. Shapley répondit et informa Mittag-Leffler de la mort de Leavitt et déclara que le vrai mérite devait revenir à son interprétation de ses recherches (l'interprétation de Shapley). Elle ne fut jamais nommée car le prix Nobel ne peut pas être attribué à titre post-mortem[27].

Dans l'art[modifier | modifier le code]

Lauren Gunderson a écrit une pièce de théâtre, Silent Sky, qui suit la vie de Leavitt depuis son entrée à Harvard jusqu'à sa mort[28].

George Johnson a écrit une biographie, Les Étoiles de Miss Leavitt, qui montre l'importance des femmes dans le progrès de la science à travers l'histoire de Henrietta Swan Leavitt[29].

Robert Burleigh a écrit la biographie Look Up!: Henrietta Leavitt, Pioneering Woman Astronomer (Zoom : Henrietta Leavitt, femme pionnière de l'astronomie) pour un jeune public. La biographie est idéale pour les enfants de quatre à huit ans[30].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Henrietta Swan Leavitt, Edward Pickering, Harvard College Observatory Circular, volume 173, p. 1-3
  2. (en) Gregory M. Lamb, « Before computers, there were these humans... », Christian Science Monitor,‎ (lire en ligne)
  3. (en) Nyna Byers, Gary Williams, Out of the Shadows: Contributions of Twentieth-Century Women to Physics, Cambridge University Press, , 360 p. (ISBN 0-521-82197-5, lire en ligne), p. 62
  4. (en) « 1912: Henrietta Leavitt Discovers the Distance Key. », sur cosmology.carnegiescience.edu, (consulté le 5 octobre 2016)
  5. (en) George Johnson, Miss Leavitt's Stars : The Untold Story of the Woman Who Discovered How To Measure the Universe, New York, Norton, (ISBN 0-393-05128-5)
  6. Thomas Hockey, The Biographical Encyclopedia of Astronomers, Springer,
  7. (en) Kidwell, Peggy Aldrich, « Leavitt, Henrietta Swan. American National Biography Online. », Oxford University Press,‎
  8. (en) « Exploratorium Note »
  9. (en) Jeremy Bernstein, « Review: George Johnson's Miss Leavitt's Stars », Los Angeles Times,‎ (lire en ligne)
  10. (en) Henrietta S. Leavitt, 1777 Variables in the Magellanic Clouds, Annals of Harvard College Observatory, (lire en ligne), p. 87-110
  11. (en) Henrietta S. Leavitt, Edward C. Pickering, Periodes of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Clouds, Harvard College Observatory Circular, , 173 p. (lire en ligne), p. 1-3
  12. (en) Jacob Darwin, Science in the early twentieth century: an encyclopedia, (ISBN 1-85109-665-5, lire en ligne)
  13. (en) Edward C. Pickering, Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud, Harvard College Observatory Circular, (lire en ligne)
  14. (en) Barry F. Madore, Jane Rigby, Wendy L. Freedman, S. E. Persson, Laura Sturch, et Violet Mager, The Astrophysical Journal, (lire en ligne), p. 963-969
  15. (en) Henrietta S. Leavitt, Edward C. Pickering, Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud, Harvard College Observatory Circular,
  16. (en) « Delta Cephei », sur American Association of Variable Star Observers,
  17. (en) « Henrietta Leavitt », sur She is an Astronomer,
  18. (en) J.D. Fernie, « The Period-Luminosity Relation: A Historical Review », Publications of the Astronomical Society of the Pacific.,‎
  19. (en) David H. Clark; Matthew D.H. Clark, Measuring the Cosmos: How Scientists Discoverd the Dimensions of the Univers, Rutgers University Press., (ISBN 0-8135-3404-6, lire en ligne)
  20. (en) Brian Ventrudo, « Mille Markers to the Galaxies », One-Minute Astronomer,‎ (lire en ligne)
  21. (en) Simon Singh, Big Bang: The Origins of the Universe, (ISBN 0-00-716221-9)
  22. (en) « Nomination FAQ », sur NobelPrize.org (consulté le 7 octobre 2016)
  23. (en) Jacob Darwin, Science in the early twentieth century: an encyclopedia,
  24. (en) George Johnson, Miss Leavitt's Stars : The Untold Story of the Woman Who Discovered How to Measured the Universe, New York, Norton,
  25. (en) « Asteroids and Cornets: 5383 Leavitt (4293 T-2) Leavitt Orbital Information »
  26. (en) « Moon Nomenclature », sur NASA
  27. (en) George Johnson, Miss Leavitt's Stars : The Untold Story of the Woman Who Discovered How To Measure the Universe, New York, Norton
  28. (en) « Silent Sky About a Female Astronomers Discovery Will Premiere at South Coast Rep »
  29. (en) « Measuring the Universe in 'Miss Leavitt's Stars' »
  30. (en) « Look Up! Book by Robert Burleigh »

Sources additionnelles[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]