Генриетта Левитт: Открытие зависимости период-светимость цефеид.

Введение

Американский астроном (1868–1921)

До того, как Левитт открыла зависимость между периодом и светимостью для цефеид (иногда называемую законом Левитта), единственными методами, доступными астрономам для измерения расстояния до звезды, были методы, основанные на звездном параллаксе. Эти методы можно использовать только для измерения расстояний до нескольких сотен световых лет. Важным прозрением Левитт было то, что, хотя расстояние до Малого Магелланова Облака никому не было известно, все его звезды должны находиться примерно на одинаковом расстоянии от Земли. Следовательно, зависимость, которую она обнаружила в нём между периодом определенных переменных звезд (цефеид) и их кажущейся яркостью, отражала зависимость в их абсолютной яркости. После калибровки, путем измерения расстояния до близлежащей звезды того же типа с помощью параллакса, её открытие стало инструментом измерения с гораздо большим радиусом действия. Она была потомком дьякона Джона Левитта, английского пуританского портного, который поселился в колонии Массачусетского залива в начале XVII века. (В ранних записях Массачусетса фамилия писалась как "Леветт".) Генриетта Левитт оставалась глубоко религиозной и приверженной своей церкви на протяжении всей жизни. Левитт посещала Оберлинский колледж в течение двух лет, прежде чем перевестись в Общество Гарвардского университета для обучения женщин на университетском уровне (позже Колледж Рэдклифф), где она получила степень бакалавра в 1892 году. В Оберлине и Гарварде Левитт изучала широкий спектр предметов, включая латынь и классический греческий, изобразительное искусство, философию, аналитическую геометрию и математический анализ. Лишь на четвертом курсе колледжа Левитт взяла курс по астрономии, где получила оценку A−. Левитт также начала работать в качестве волонтера-ассистента, одной из "компьютерш" в Гарвардской колледжской обсерватории. В 1902 году она была нанята директором обсерватории, Эдвардом Чарльзом Пикерингом, для измерения и каталогизации яркости звезд на фотографических пластинах обсерватории. (В начале 1900-х годов женщинам не разрешалось работать с телескопами, но научные данные содержались на фотографических пластинах.) В 1893 году Левитт получила зачеты в счет ученой степени по астрономии за свою работу в Гарвардской колледжской обсерватории, но из-за хронической болезни так и не завершила эту степень. В 1898 году она стала сотрудником Гарвардского университета. Левитт покинула обсерваторию, чтобы совершить две поездки в Европу, и поработала ассистентом по искусству в колледже Белойт в Висконсине. В это время она заболела, что привело к прогрессирующей потере слуха.

Before Leavitt discovered the period luminosity relationship for Cepheid variables (sometimes referred to as Leavitt's Law), the only techniques available to astronomers for measuring the distance to a star were based on stellar parallax. Such techniques can only be used for measuring distances out to several hundred light years. Leavitt's great insight was that while no one knew the distance to the Small Magellanic Cloud, all its stars must be roughly the same distance from Earth. Therefore, a relationship she discovered in it, between the period of certain variable stars (Cepheids) and their apparent brightness, reflected a relationship in their absolute brightness. Once calibrated by measuring, via parallax, the distance to a nearby star of the same type. Her discovery became a measuring stick with vastly greater reach. She was a descendant of Deacon John Leavitt, an English Puritan tailor, who settled in the Massachusetts Bay Colony in the early seventeenth century. (In the early Massachusetts records the family name was spelled "Levett".) Henrietta Leavitt remained deeply religious and committed to her church throughout her life. Leavitt attended Oberlin College for two years before transferring to Harvard University's Society for the Collegiate Instruction of Women (later Radcliffe College), where she received a bachelor degree in 1892. At Oberlin and Harvard, Leavitt studied a broad curriculum that included Latin and classical Greek, fine arts, philosophy, analytic geometry, and calculus. It wasn't until her fourth year of college that Leavitt took a course in astronomy, in which she earned an A−. Leavitt also began working as volunteer assistant, one of the "computers" at the Harvard College Observatory. In 1902, she was hired by the director of the observatory, Edward Charles Pickering, to measure and catalog the brightness of stars as they appeared in the observatory's photographic plate collection. (In the early 1900s, women were not allowed to operate telescopes, but the scientific data were on the photographic plates.) In 1893, Leavitt obtained credits toward a graduate degree in astronomy for her work at the Harvard College Observatory, but due to chronic illness, she never completed that degree. In 1898, she became a member of the Harvard staff. Leavitt left the observatory to make two trips to Europe and completed a stint as an art assistant at Beloit College in Wisconsin. At this time, she contracted an illness that led to progressive hearing loss.

Астрономическая карьера

В статье 1912 года Левитт исследовала связь между периодами и яркостью выборки из 25 цефеид в Малом Магеллановом Облаке. Статья была представлена и подписана Эдвардом Пикерингом, но первое предложение указывает, что она была «подготовлена мисс Левитт». Генриетта обнаружила, что Дельта Цефея является той самой «стандартной свечой», которую долго искали астрономы. Подобную пятидневную цефеиду в Малом Магеллановом Облаке она обнаружила примерно в десять тысяч раз менее яркой, чем наша пятидневная Дельта Цефея. Используя закон обратных квадратов, она вычислила, что Малое Магелланово Облако находится в 100 раз дальше, чем Дельта Цефея, и таким образом открыла способ вычисления расстояния до другой галактики. Левитт также разработала и продолжала совершенствовать Гарвардский стандарт для фотографических измерений – логарифмическую шкалу, упорядочивающую звезды по яркости, превышающей 17 звездных величин. Первоначально она проанализировала 299 пластинок, полученных с помощью 13 телескопов, чтобы создать свою шкалу, которая была принята Международным комитетом по фотографическим величинам в 1913 году. В 1913 году Левитт открыла T Pyxidis – рекуррентную новую в созвездии Пиксис, одну из наиболее часто повторяющихся новых на небе, с извержениями, наблюдавшимися в 1890, 1902, 1920, 1944, 1967 и 2011 годах. Левитт была членом Phi Beta Kappa, Американской ассоциации университетских женщин, Американского астрономического общества, Американской ассоциации содействия развитию науки и почетным членом Американской ассоциации наблюдателей переменных звезд. В 1921 году, когда Харлоу Шепли занял пост директора обсерватории, Левитт была назначена главой отдела звездной фотометрии. К концу года она умерла от рака. Зависимость период-светимость для цефеид, ныне известная как «закон Левитта», сделала эти звезды первыми «стандартными свечами» в астрономии, позволив ученым вычислять расстояния до звезд, находящихся на слишком большом расстоянии для использования наблюдений звездного параллакса. Спустя год после публикации результатов Левитт Эйнар Герцшпрунг определил расстояния до нескольких цефеид в Млечном Пути; с помощью этой калибровки расстояние до любой цефеиды можно было определить с высокой точностью. Вскоре цефеиды были обнаружены и в других галактиках, таких как Андромеда (в частности, Эдвином Хабблом в 1923–24 годах), и стали важной частью доказательств того, что «спиральные туманности» являются независимыми галактиками, расположенными далеко за пределами Млечного Пути. Таким образом, открытие Левитт навсегда изменило представление человечества о Вселенной, побудив Харлоу Шепли сместить Солнце из центра галактики в ходе «Великих дебатов», а Эдвина Хаббла – сместить галактику Млечный Путь из центра Вселенной. Открытие Левитт точного способа измерения расстояний в межгалактическом масштабе проложило путь для современного понимания астрономией структуры и масштаба Вселенной. Математик Гёста Миттаг-Леффлер, член Шведской академии наук, попытался выдвинуть ее кандидатуру на премию в 1925 году, но узнал, что она умерла от рака три года назад.

In a 1912 paper, Leavitt examined the relationship between the periods and the brightness of a sample of 25 of the Cepheids variables in the Small Magellanic Cloud. The paper was communicated and signed by Edward Pickering, but the first sentence indicates that it was "prepared by Miss Leavitt". Henrietta found that Delta Cepheus was the "standard candle" that had long been sought by astronomers. A similar five day cepheid variable in the Small Magellanic cloud she found to be about one ten thousandth as bright as our five day Delta Cepheus. Using the inverse square law, she calculated that the Small Magellanic cloud was 100 times as far away as Delta Cepheus, thus having discovered a way to calculate the distance to another galaxy. Leavitt also developed, and continued to refine, the Harvard Standard for photographic measurements, a logarithmic scale that orders stars by brightness greater than 17 magnitudes. She initially analyzed 299 plates from 13 telescopes to construct her scale, which was accepted by the International Committee of Photographic Magnitudes in 1913. In 1913, Leavitt discovered T Pyxidis, a recurrent nova in the constellation Pyxis, and one of the most frequent recurrent novae in the sky, with eruptions observed in 1890, 1902, 1920, 1944, 1967, and 2011. Leavitt was a member of Phi Beta Kappa, the American Association of University Women, the American Astronomical and Astrophysical Society, the American Association for the Advancement of Science, and an honorary member of the American Association of Variable Star Observers. In 1921, when Harlow Shapley took over as director of the observatory, Leavitt was made head of stellar photometry. By the end of that year she had died from cancer. The period–luminosity relationship for Cepheids, now known as "Leavitt's law", made the stars the first "standard candle" in astronomy, allowing scientists to compute the distances to stars too remote for stellar parallax observations to be useful. One year after Leavitt reported her results, Ejnar Hertzsprung determined the distance of several Cepheids in the Milky Way; with this calibration, the distance to any Cepheid could be determined accurately. Cepheids were soon detected in other galaxies, such as Andromeda (notably by Edwin Hubble in 1923–24), and they became an important part of the evidence that "spiral nebulae" are independent galaxies located far outside of the Milky Way. Thus, Leavitt's discovery would forever change humanity's picture of the universe, as it prompted Harlow Shapley to move the Sun from the center of the galaxy in the "Great Debate" and Edwin Hubble to move the Milky Way galaxy from the center of the universe. Leavitt's discovery of an accurate way to measure distances on an inter galactic scale, paved the way for modern astronomy's understanding of the structure and scale of the universe. Mathematician Gösta Mittag Leffler, a member of the Swedish Academy of Sciences, tried to nominate her for that prize in 1925, only to learn that she had died of cancer three years earlier.

Болезнь и смерть

Научная работа Левитта в Гарварде часто прерывалась из-за болезни и семейных обстоятельств. Ее безвременная смерть в возрасте 53 лет от рака желудка была воспринята коллегами как трагедия, и причины этого выходили за рамки ее научных заслуг. Ее коллега Солон И. Бейли написал в ее некрологе: "Она обладала редким даром – умением видеть и ценить все достойное и прекрасное в других людях, и ее природа была настолько светла и жизнерадостна, что для нее вся жизнь казалась красивой и осмысленной". Один из телескопов ASAS SN, расположенный в обсерватории Макдональда в Техасе, назван в ее память.

В популярной культуре

Джордж Джонсон написал в 2005 году биографию «Звезды мисс Левитт», которая демонстрирует триумф женского прогресса в науке на примере истории Левитт. Роберт Берли написал биографию 2013 года «Взгляни вверх!»: Генриетта Левитт, новатор-астроном, для юной аудитории. Она предназначена для детей от четырех до восьми лет. Лорен Гандерсон написала пьесу «Тихое небо» в 2015 году, повествующую о жизненном пути Левитт от поступления в Гарвард до её смерти. Тео Страссель написал пьесу «Тревожные вещи, которые мы делаем» – абсурдистское произведение, подробно описывающее жизнь Генриетты Левитт и других ученых её эпохи. Книга Давы Собель «Стеклянная Вселенная» рассказывает о работе женщин, анализировавших изображения звезд, полученные в обсерватории Гарвардского колледжа. BBC включила Левитт в свою серию «Забытые гении», созданную для чествования выдающихся личностей из разных слоев общества, оказавших глубокое влияние на мир.