venerdì 3 luglio 2009

Storie di Astronomi - Henrietta Leavitt e le Variabili Cefeidi

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Henrietta Swan Leawitt, una vera "calcolatrice umana"


Il 4 luglio 1868, 141 anni fa, nasceva una figura fondamentale dell'astronomia moderna, Henrietta Leavitt ricordata come la regina delle Cefeidi, per il suo prezioso lavoro svolto nello studio di questa categoria di stelle variabili. Era sorda, e paradossalmente questa menomazione le consentì una migliore resa nel difficile lavoro di catalogazione delle lastre fotografiche astronomiche.


Come astronoma la Leavitt iniziò a lavorare nel 1893 quando entrò nel team delle "donne calcolatrici" presso l'Osservatorio di Harvard, così chiamate perchè trascorrevano le giornate a studiare e catalogare le lastre fotografiche. Il team svolse un ruolo fondamentale nella storia dell'astronomia e fu creato da Edward Charles Pickering (1846-1919) che aveva bisogno di manodopera per misurare e catalogare la luminosità delle stelle nelle lastre fotografiche in possesso all'osservatorio.

All'inizo il team era fatto da studenti di astronomia, di sesso maschile, che arrotondavano i loro guadagni con le ore trascorse ad esaminare le lastre. Era un lavoro complicato e noioso, che necessitava di una dedizione assoluta e una rigorosità mentale che mancava agli irrequieti e distratti studenti di Pickering. Alla fine Charles, stanco di tanti errori commessi dai suoi ragazzi sbottò: "questo lavoro lo farebbe meglio la mia domestica!". Fu di parola, assunse la sua governante, Williamina Fleming, e la mise a capo di un team al femminile, che mostrò subito le qualità richieste dal tipo di lavoro, aumentando la produzione e la qualità delle analisi ed ad un costo orario inferiore rispetto agli uomini!

L'harem di Pickering (così lo definivano i forse invidiosi colleghi) produsse una ricerca colossale, e Henrietta si distinse per la sua grande concentrazione che le permetteva una enorme precisione sulla catalogazione delle stelle variabili.

La Leawitt si concentrò ben presto della presenza di numerose stelle variabili, del tipo noto come Variabili Cefeidi, che pulsavano a un ritmo regolare, ma tra loro diverso. La prima stella osservata con questa variabilità era stata Delta Cephei, scoperta nel suo comportamento "bizzarro" da John Goodricke nel 1789: un giovane e promettente astronomo, ironia della sorte, anch'esso sordo, brillantissimo ma purtroppo prematuramente scomparso.

Le Cefeidi diventano più brillanti e più deboli di circa una magnitudine in modo piuttosto regolare e con un periodo medio di circa cinque giorni, ma in realtà variabile da pochi giorni fino a qualche settimana. Ora sappiamo il perchè: le cefeidi sono stelle "pulsanti", diventano cioè alternativamente più brillanti e più deboli con la loro superficie che diventa più calda e più fredda e con il cambiamento di dimensioni ed anche del tipo spettrale. La più celebre tra esse è forse la Stella Polare.

Ma al tempo di Henrietta Leawitt il mistero rimaneva, che correlazione c'era tra queste stelle che variavano in modo simile ma così diverso?
Il problema nasceva dall'incapacità di misurarne le distanze, la parallasse stellare, misurata per la prima volta da Bessel nel 1838: essa non consentiva di misurare quanto fossero lontane gran parte delle cefeidi, cosa necessaria per confrontare le stelle tra di loro, sapendo così la loro luminosità assoluta. La Leavitt però ebbe una idea geniale: perchè non correlare i periodi delle Cefeidi, ponendole alle medesime distanze? Ma come? Henrietta ebbe l'intuizione di studiare le curve di tutte le cefeidi che riusciva a riconoscere nelle lastre relative alle nubi di Magellano.

Non era nota la loro distanza, ma era giusto il concetto che rispetto a noi, le cefeidi al loro interno, dovevano trovarsi più o meno alla stessa distanza.

Mettendo su di un grafico i risultati del campionamento, la Leavitt si accorse di avere scoperto una relazione lineare e diretta tra periodo e luminosità di una Cefeide! Più luminosa era la Cefeide, più lungo era il suo periodo! Henrietta nel 1912 aveva trovato il modo di misurare le distanze nell'universo! Bastava solo calibrare il metodo, trovare una luminosità assoluta di riferimento di una Cefeide, e grazie al collega Ejnar Hertzsprung (si quello del famoso diagramma) il gioco fu in breve reso possibile: gli astronomi avevano ora un metro per misurare le grandi distanze dell'universo!


Eh si, proprio in quegli anni era in corso il Grande Dibattito, e la disputa tra Shapley, Hubble e il mondo scientifico di allora, verteva sulla natura di certe nebulose: erano fuori o dentro la nostra via lattea? Ora grazie alla Leavitt bastava scoprire delle eventuali cefeidi in quelle nebulose, misurarne semplicemente il periodo e quindi da esso ricavarne la luminosità assoluta! Da questo valore era facile misurarne poi la distanza, con la luce delle stelle che varia con la regola dell'inverso del quadrato della loro distanza. Hubble tra il 1922 e il 1923 identificò le cefeidi nella nebulosa di Andromeda, che da quel momento divenne la galassia di Andromeda, dopo che ne fu compresa l'enorme distanza da noi, grazie proprio a Henrietta... Grazie a lei Hubble mise poi a punto la sua celebre costante, dimostrando l'espansione dell'universo.

Hubble riconobbe il grande lavoro della Leavitt e disse anche pubblicamente che essa avrebbe meritato il premio nobel, ma il destino crudele aveva già colpito inarrestabile: nel 1921 Harlow Shapley aveva assunto il posto di direttore dell'Osservatorio di Haward, e Henrietta fu messa a capo della sezione che si occupava di fotometria astronomica. Purtroppo la Leavitt si ammalò e morì di cancro proprio alla fine di quell'anno, ancora piuttosto giovane. In un certo senso come Goodricke, legato dallo stesso handicap uditivo, la Leavitt morì prematuramente, troppo in anticipo sulle potenzialità di scienziata che erano in lei, morendo a 53 anni. Ignaro della sua scomparsa, quattro anni dopo la sua morte, il matematico svedese Gösta Mittag-Leffler la propose proprio per il Premio Nobel. La nomination era dovuta alla sua formulazione della relazione periodo-luminosità delle Cefeidi. Tuttavia, poiché era già morta, la Leavitt non poté mai essere nominata... Alla sua memoria le sono stati dedicati un asteroide, il 5383 Leavitt e il cratere Leavitt sulla Luna. Di sicuro però rimane l'eterna gratitudine di noi appassionati di astronomia che grazie al suo lavoro abbiamo una cognizione più precisa di quanto sia grande e meraviglioso l'universo che ci circonda...
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