Henrietta Swan Leavitt, la “calcolatrice” di Harvard che ha capito come misurare l’universo

Nel nostro universo sono presenti almeno cento miliardi di galassie, ognuna delle quali ospita centinaia di miliardi di stelle. Proxima Centauri, la stella più vicina al Sole, si trova a 4,3 anni luce di distanza. L’oggetto astronomico più lontano tra quelli individuati finora è invece la galassia GN-z11, situata a circa 13,3 miliardi di anni luce dal sistema solare.

Gli spazi intergalattici e interstellari appaiono incommensurabili, eppure gli astronomi sono in grado di calcolare, con un discreto grado di approssimazione, le distanze che separano il nostro pianeta da stelle che si trovano in luoghi remoti dell’universo. Com’è possibile? All’origine di tutto c’è l’intuizione che ebbe una donna poco più di cento anni fa.

Henrietta Swan Leavitt, questo il suo nome, era una persona fisicamente fragile, affetta da sordità, destinata a morire di cancro poco più che cinquantenne, nata e cresciuta in un’epoca in cui le possibilità di carriera in ambito scientifico per le donne erano prossime allo zero, costretta a svolgere per tutta la vita un lavoro non all’altezza delle sue capacità, poco considerato e sottopagato. Eppure è stata capace di cambiare per sempre la nostra immagine del cosmo, spianando la strada alla comprensione delle reali dimensioni dell’universo e delle distanze che separano stelle e galassie.

Gli studi e la malattia

Henrietta Swan Leavitt nasce a Lancaster, in Massachusetts, nel 1868. Figlia di un pastore della chiesa congregazionista, trascorre l’infanzia spostandosi da un punto all’altro del territorio americano. Si diploma in una scuola di Cleveland, in Ohio, e ha poi la possibilità di frequentare, nella stessa città, l’Oberlin College, la prima istituzione educativa americana aperta alle donne. Qui studia per due anni discipline molto diverse tra loro, dalla musica al greco antico, dalle belle arti alla geometria analitica. Poco più che ventenne, torna a vivere in Massachusetts.

Vorrebbe proseguire i suoi studi ad Harvard, ma la prestigiosa università è preclusa alle persone di sesso femminile; le studentesse devono accontentarsi di frequentare l’Harvard Annex (oggi Radcliffe College), istituto per sole donne gestito dalla Society for the Collegiate Instruction for Women. Al quarto anno, Leavitt segue il suo primo corso di astronomia ed entra in contatto con gli scienziati che lavorano all’Harvard College Observatory. Ne resta fortemente impressionata e scopre la sua vocazione per lo studio delle stelle. Avrebbe la possibilità di proseguire gli studi e laurearsi in astronomia, ma la mancanza di prospettive – alle donne non è consentito usare i telescopi né condurre personalmente ricerche sugli astri e gli altri corpi celesti – la porta a desistere. Nel 1892 consegue una laurea in discipline umanistiche e per alcuni anni lavora come assistente al Beloit College, in Wisconsin. In questo periodo contrae un’infezione che la porterà a perdere gradualmente l’udito.

“Calcolatrice” ad Harvard

Nel 1903, pur tra le mille difficoltà legate al progredire della malattia, Leavitt prende una decisione destinata a cambiare la sua vita e a segnare la storia dell’astronomia. Torna all’Harvard College Observatory ed entra a far parte del gruppo delle “calcolatrici”, donne altamente qualificate a cui l’astronomo Edward Charles Pickering, direttore dell’osservatorio, affida la catalogazione dell’enorme mole di dati raccolti dagli scienziati. Chi svolge questo lavoro si trova, ovviamente, al gradino più basso della scala gerarchica dell’osservatorio. Leavitt, come le altre “calcolatrici”, non può utilizzare il telescopio né le altre strumentazioni presenti all’interno della struttura. In principio svolge la sua attività a titolo gratuito ed è costretta a farsi aiutare economicamente dai genitori, successivamente arriverà a guadagnare 30 centesimi l’ora, il salario minimo dell’epoca.

La scoperta

Pickering affida a Leavitt la catalogazione delle stelle variabili, astri la cui la magnitudine apparente, ovvero la luminosità rilevabile dalla Terra, cambia nel tempo, facendoli apparire più o meno brillanti. La “calcolatrice” Henrietta Leavitt non svolge il suo lavoro in maniera puramente meccanica; oltre a classificare i singoli astri, infatti, indaga in modo approfondito le loro caratteristiche, alla ricerca di possibili regolarità nelle variazioni di luminosità.

Nel 1908, dopo aver studiato circa duemila stelle, ha un’intuizione destinata a lasciare una traccia indelebile nella storia dell’astronomia. L’ipotesi è che ci sia una correlazione tra la magnitudine apparente di ogni singola stella e la durata del relativo periodo di pulsazione, ovvero il ciclo che la porta a essere più o meno luminosa. Maggiore è la luminosità della stella, più lento sarà il ciclo delle sue pulsazioni.

Successivamente, studia un campione di venticinque Cefeidi, variabili con caratteristiche particolari appartenenti alla Piccola Nube di Magellano. Partendo dal presupposto che siano situate all’incirca alla stessa distanza dalla Terra, ipotizza che le differenze di magnitudine apparente siano proporzionali alle differenze di magnitudine assoluta, ovvero alla loro luminosità intrinseca. In questo modo, conoscendo il periodo di  pulsazione di una Cefeide, diventa possibile ottenere la sua distanza.

Nel 1912, dopo ulteriori indagini, la relazione tra periodo e luminosità è confermata. I risultati del lavoro sono riportati in un articolo, “Periods of 25 variable stars in the Small Magellanic Cloud”, che esce sul’Harvard College Observatory Circular. Lo studio è firmato da Edward Pickering, che nell’incipit si limita a specificare che il contenuto “è stato preparato da Miss Leavitt”.

L’impatto della scoperta

Grazie alla scoperta di Leavitt diventa possibile calcolare le distanze tra il nostro pianeta e stelle situate in varie zone dell’universo. L’impatto sulla comunità scientifica è enorme. Nel giro di pochi anni, calcolando la distanza di diverse Cefeidi si scopre, tra le altre cose, che le cosiddette “nebulose a spirale”, tra cui Andromeda, sono in realtà vere e proprie galassie situate a milioni di anni luce dalla nostra Via Lattea. Ci si rende conto che l’universo è molto più vasto ed esteso del previsto.

Leavitt viene nominata membro onorario di associazioni prestigiose, tra cui l’American Association for the Advancement of Science e l’American Astronomical and Astrophysical Society. Il suo fondamentale contributo all’astronomia viene riconosciuto da tutti, ma per anni la donna continua a lavorare come semplice “calcolatrice”. Questo fino al 1921, anno in cui l’astronomo Harlow Shapley, appena nominato direttore dell’osservatorio di Harvard, decide di metterla a capo del dipartimento di fotometria stellare. Malata da tempo di cancro, Henrietta Leavitt morirà pochi mesi dopo, il 12 dicembre del 1921. Nel 1924, il matematico Gösta Mittag-Leffler, membro dell’Accademia svedese delle Scienze – ignaro della morte della scienziata – cercherà di candidarla al Nobel per la fisica. Troppo tardi, il premio non può essere assegnato postumo.

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