Wie was Henrietta Swan Leavitt?

Henrietta Swan Leavitt

Henrietta Swan Leavitt op middelbare leeftijd aan het werk aan haar bureau (credit: wikipedia)

Henriëtta Swan Leavitt (1868 – 1921) was een Amerikaanse astronome die zich op verschillende gebieden binnen de astronomie wist te onderscheiden. Ze ontdekte een manier om met behulp van fotografische platen de helderheden van sterren te classificeren. Ook ontwikkelde ze een manier om nauwkeuriger extra galactische afstanden te meten. Deze manier is bekend als de periode-lichtkracht relatie. Ook is ze de astronome die in die tijd de meeste veranderlijke sterren ontdekte.

Henriëtta Swan Leavitt werd op 4 juli 1868 gebeuren in Lancaster in de Amerikaanse staat Massachusetts. Ze komt uit een gezin van zeven kinderen. Ze is de dochter van Henriëtta Swan Kendrick en George Roswell Leavitt. Haar vader was een dominee met een parochie in Cambridge, Massachusetts. Haar ouders, die strikt Puriteins waren, moedigden haar aan haar verstand te gebruiken. Dit gebeurde in een tijd dat het heel normaal was dat vrouwen geen opleiding volgden. De familie Leavitt vertrok later naar Cleveland in de Amerikaanse staat Ohio.

Tussen 1885 en 1888 studeerde Henriëtta aan het Oberlin College in Ohio. Later vertrok ze naar de Society for the Collegiate Instruction of Woman (het latere Raddcliffe College van de Universiteit van Harvard) in Cambridge, Massachusetts waar ze in 1892 haar graad haalde. Pas in haar laatste jaar aan het college raakte Henriëtta geïnteresseerd in astronomie.

Na haar afstuderen volgde ze een andere sterrenkunde opleiding maar tijdens die studie werd ze getroffen door een slopende ziekte. Deze ziekte resulteerde in een blijvende doofheid en ze bleef verschillende jaren thuis.

In 1895 kreeg ze een aanstelling als research assistent aan het Harvard College Observatory in Cambridge. Het was vrijwilligerswerk; ze moest de helderheden van sterren op fotografische platen bepalen. Haar werk viel op bij de wetenschappelijke staf en in 1892 gaf Edward Pickering die toen hoofd was van de sterrenwacht haar een vaste aanstelling. Henriëtta ging aan de slag voor 30 dollarcent per uur.

Leavitt maakte deel uit van een groep vrouwen die bekend werden als de menselijke computers. Er werd gezegd dat Pickering, om geld uit te sparen, met vrouwen werkte in plaats van met mannen die hij een veel hoger salaris zou moeten betalen. Andere bekende astronomen uit deze groep zijn Annie Jump Cannon en Williamina Fleming.

Leavitt werd al snel tot hoofd van de fotografische fotometrie afdeling gepromoveerd. Fotometrie is de wetenschap die de helderheid van sterren meet. Door fotografie in de sterrenkunde toe te passen werd het voor astronomen noodzakelijk om de magnitudeschaal aan te passen omdat film het licht heel anders registreert. Leavitt kwam niet toe aan theoretisch werk. Ze kreeg ook geen kans om keuzes te maken in haar werk. Het was Pickering die bepaalde wat er gebeurde en welk soort onderzoek dat er werd verricht.

Leavitt moest op de fotometrie afdeling fotografische platen onderzoeken op veranderlijke sterren in de Magelhaanse Wolken. De techniek die Leavitt hiervoor gebruikte was relatief eenvoudig. Ze legde een positieve plaat van een deel van de sterrenhemel over een negatieve plaat van hetzelfde gebied maar genomen op een andere nacht. Als de positieve en negatieve sterren niet met elkaar overeenkwamen dan had ze mogelijk een veranderlijke ster ontdekt. In 1904 had ze op deze manier al meer dan 200 veranderlijke sterren gevonden. Het jaar er op groeide dat door tot meer dan 840 veranderlijke sterren. Tijdens dit werk ontdekte ze een manier om de magnitudes van heldere sterren op fotografische platen te rangschikken. Deze rangschikking, bekend als de Harvard Standard, werd al snel een standaard onder astronomen

Leavitt was geïnteresseerd in Cepheïden. Dit zijn sterren die met een vaste periode helderder worden en dan weer afzwakken. Cepheïden zijn vernoemd naar de ster Delta Cephei. Dit wad de eerste ster met dit patroon die werd ontdekt. Leavitt merkte in 1904 als eerste op dat er een relatie was tussen de periode van een Cepheïde en zijn maximale helderheid. Het probleem was dat dit niet kon worden bevestigd door sterren in ons eigen sterrenstelsel te bestuderen. Er waren te veel verschillende factoren die de mogelijke resultaten zouden beïnvloeden. Uiteindelijk publiceerde ze in 1908 haar ontdekking. Leavitt bleef nog verschillende jaren werken aan dit onderzoek.

In 1907 werd Leavitt gevraagd om een “North Polar Sequence” te ontwikkelen waarbij de helderheid van een ster kon worden beschreven en die als een standaard in het veld gebruikt zou kunnen worden. Ze gebruikte 46 sterren in de buurt van de Noordelijke hemelpool om een variatie te maken in de verschillende stermagnitudes. Magnitudes konden niet betrouwbaar worden bepaald vanaf fotografische platen of door een telescoop. Sterren zenden op verschillende golflengtes licht uit en die kunnen het oog voor de gek houden of verwarren. Dergelijke gegevens gebruiken om de magnitude te bepalen levert een grote spreiding op en vaak verkeerde resultaten. Leavitt vergeleek de sterren met behulp van afbeeldingen gemaakt met verschillende telescopen. Leavitt ontwikkelde een schaal voor de helderheden van sterren die varieerde van magnitude 4 tot magnitude 21. Haar bevindingen werden gepubliceerd in de “Annals of Harvard College”.

Bij het bestuderen van fotografische afbeeldingen van ongeveer 1800 Cepheïden in de Magelhaanse Wolken, twee satellietstelsels van ons eigen sterrenstelsel, die gemaakt waren vanaf de Harvard sterrenwacht in Peru ontdekte ze een direct verband tussen de helderheid van een Cepheïde veranderlijke en zijn veranderlijkheid die haar theorie ondersteunde. De theoretische relatie die ze had opgesteld is bekend als de periode-helderheidstheorie. Leavitt had bedacht dat als de sterren van de Magelhaanse Wolken zich allemaal ongeveer even ver van de Aarde bevinden er wellicht een relatie zou zijn tussen deze twee factoren. Het bleek dat haar hypothese juist was.

Rekenkundig beschreven, ze ontdekte dat de schijnbare helderheid van Cepheïden lineair toeneemt met het logaritme van de periode. In 1925 publiceerde ze haar resultaten en een tabel van 25 Cepheïden. Deze perioden varieerden in lengte van 1,253 dagen tot 127 dagen met een gemiddelde periode van 5 dagen. De schijnbare helderheid van de sterren was ook opgenomen in de tabel.

Grafiek van Leavitt

De door Leavitt opgestelde relatie tussen de periode en de absolute helderheid

Leavitt schreef er in 1912 over: “Er kan gemakkelijk een rechte lijn getrokken worden tussen elk van de seriepunten die overeenkomen met de maxima en de minima, waarbij dus wordt aangetoond dat er een eenvoudige relatie bestaat tussen de helderheid en de periode van de ster”. Ze schreef verder dat omdat de veranderlijke sterren zich waarschijnlijk allemaal op ongeveer dezelfde afstand van de Aarde bevinden, hun periode klaarblijkelijk verband houdt met de hoeveelheid licht die ze uitzenden, zoals bepaald door hun massa, dichtheid en oppervlakte helderheid.

Omdat de sterren in dit systeem allemaal op ongeveer dezelfde afstand van de Aarde staan en als de helderheidsvariatie van een enkele Cepheïde berekend kan worden dan zouden deze gegevens gebruikt kunnen worden om de afstand tot de Magelhaanse Wolken te berekenen. De gegevens zouden ook gebruikt kunnen worden om de afstand tot nog verder weg zijnde Cepheïden te berekenen.

In 1913 werd het systeem van Leavitt om de magnitudes te omschrijven aangenomen door het International Committee on Photographic Magnitudes. Ze stelde dergelijke reeksen op voor 108 gebieden aan de sterrenhemel. Toen Pickering 48 standaard Harvard gebieden opstelde berekende Leavitt afgeleide helderheidsstandaarden voor deze gebieden. Deze internationale standaarden werden gebruikt totdat de methodologie werd verbeterd.

In 1913 slaagde een Deense astronoom er in om met behulp van de theorie van Leavitt de afstanden van enkele sterren te berekenen uitgaande van alleen hun periode. In dit tijd gebruikten astronomen de parallax methode om afstanden tussen sterren te meten. Dit werkte goed tot een afstand van ongeveer 100 lichtjaar maar het uitvoeren van dergelijke metingen was heel erg lastig. Aanvullend onderzoek van andere astronomen maakte de relatie tussen de absolute helderheid en de periode nauwkeuriger waardoor afstanden groter dan 10 miljoen lichtjaar nauwkeuriger konden worden berekend. Ook de afstand tussen de Aarde en een ster kon veel beter worden berekend. Dit gaf astronomen ook een veel beter beeld van de grootte van het heelal. Het zorgde er voor dat Harlow Shapley de grootte van ons sterrenstelsel kon bepalen.

Leavitt ontdekte tijdens haar carrière meer veranderlijke sterren dan wie ook. Tijdens haar verblijf aan Harvard ontdekte ze 2400 veranderlijke sterren. In die tijd was dat ongeveer de helft van alle bekende veranderlijke sterren. Ook ontdekte ze vier novae en bestudeerde ze Algol-eclipserende sterren maar ook asteroïden.

Zoals al eerder gesteld dicteerde Pickering welk werk uitgevoerd moest worden. Als Leavitt haar eigen onderzoek had mogen bepalen dan had ze vermoedelijk de gevolgen van haar periode-helderheidsrelatie willen onderzoeken. Pickering nam mensen aan voor een bepaalde klus en wilde niet dat ze hun tijd verdeden met iets anders. Dat Leavitt niet verder mocht werken aan haar passie voor veranderlijke sterren heeft vermoedelijk een snelle voortgang op dit gebied belemmerd. Cecilia Payne-Gaposchkin, een van de vrouwen die Leavitt goed kenden, schreef dat het besluit van Pickering een briljant wetenschapper tot onsympathiek werk veroordeelde en de studie van veranderlijke sterren met tientallen jaren vertraagde.

Leavitt was lid van de American Association for the Advancement of Science en de Astronomical and Astrophysical Society of America. Daarnaast was ze erelid van de American Association of Variabel Star Observers en lid van Phi Bèta Kappa en The Americab Association of University Women.

Leavitt bleef tot aan dood werken bij het Harvard Observatory. Ze stierf op 21 december 1921 in Cambridge, Massachusetts aan de gevolgen van kanker.

Henrietta Swan Leavitt
Geboren:

4 juli 1868 te lancaster, Massachusetts, Verenigde Staten

Overleden:

21 december 1921 te Cambridge, Massachusetts, Verenigde Staten

Eerste publicatie: 4 juli 2016
Laatste keer gewijzigd op: 24 september 2016