Henrietta Swan Leavitt

Eine gerade Linie kann leicht unter jeden der beiden Punktreihen gezogen werden, die den Maxima und Minima entsprechen, was zeigt, dass es eine einfache Beziehung zwischen der Helligkeit der Variablen und ihren Perioden gibt.

Henrietta Swan Leavitt war eine amerikanische Astronomin. Als Absolventin des Radcliffe College arbeitete sie am Harvard College Observatory als „Computerin" und war mit der Untersuchung fotografischer Platten beauftragt, um die Helligkeit von Sternen zu messen und zu katalogisieren. Diese Arbeit führte sie zur Entdeckung der Beziehung zwischen der Leuchtkraft und der Periode von Cepheiden-Variablen. Leavitts Entdeckung lieferte Astronomen die erste „Standardkerze", mit der sie die Entfernung zu weit entfernten Galaxien messen konnten. Nach ihrem Tod nutzte Edwin Hubble Leavitts Perioden-Leuchtkraft-Beziehung zusammen mit den galaktischen Spektralverschiebungen, die erstmals von Vesto Slipher am Lowell Observatory gemessen wurden, um zu zeigen, dass sich das Universum ausdehnt – siehe Hubble-Gesetz. Bevor Leavitt die Beziehung zwischen Leuchtkraft und Periode bemerkte, die für Entfernungen bis zu 20 Millionen Lichtjahren verwendet werden kann, verließen sich Astronomen auf Parallaxe und Triangulation. Die Parallaxen- und Triangulationsmethode funktioniert bis zu hunderten von Lichtjahren, aber nicht weiter. Unsere Galaxie, die Milchstraße, ist bereits 100.000 Lichtjahre groß. Noch größere Entfernungen können gemessen werden, indem die theoretische maximale Masse von weißen Zwergen verwendet wird, die von Subrahmanyan Chandrasekhar berechnet wurden.

Biographie

Frühe Jahre und Ausbildung

Henrietta Swan Leavitt wurde in Lancaster, Massachusetts, als Tochter des Geistlichen der Congregational Church George Roswell Leavitt und seiner Ehefrau Henrietta Swan Kendrick geboren. Sie war eine Nachfahrin von Deacon John Leavitt, einem englischen puritanischen Schneider, der sich in der frühen siebzehnten Jahrhundert in der Massachusetts Bay Colony niederließ. In den frühen Aufzeichnungen von Massachusetts war der Familienname als „Levett" geschrieben. Leavitt blieb zutiefst religiös und ihrer Kirche treu.

Leavitt besuchte das Oberlin College, bevor sie zur Society for the Collegiate Instruction of Women an der Harvard University wechselte, die später zu Radcliffe College wurde, und erhielt 1892 einen Bachelor-Abschluss. In Oberlin und Harvard studierte Leavitt ein breites Curriculum, das klassisches Griechisch, bildende Künste, Philosophie, analytische Geometrie und Analysis umfasste. Erst in ihrem vierten Studienjahr belegte Leavitt einen Astronomie-Kurs, in dem sie eine A erhielt.:27 Leavitt begann auch als eine der Frauen „Computerinnen" am Harvard College Observatory zu arbeiten, eingestellt von dessen Direktor Edward Charles Pickering, um die Helligkeit von Sternen zu messen und zu katalogisieren, wie sie in der fotografischen Plattensammlung des Observatoriums erschienen. In den frühen 1900er Jahren durften Frauen nicht mit Teleskopen arbeiten.

1893 erhielt Leavitt Anrechnungen für einen Graduiertenabschluss in Astronomie für ihre Arbeit am Harvard College Observatory, vollendete diesen Abschluss aber nie. 1898 wurde sie Mitarbeiterin des Harvard-Personals als erste „Kuratorin für Astronomische Fotografien". Leavitt verließ das Observatorium, um zwei Reisen nach Europa zu unternehmen, und absolvierte eine Zeit als Kunstassistentin am Beloit College in Wisconsin. In dieser Zeit zog sie sich eine Krankheit zu, die sie dazu führte, ihr Gehör zunehmend zu verlieren.

Astronomische Karriere

Leavitt kehrte 2003 von ihren Reisen zum Harvard College Observatory zurück. Weil Leavitt unabhängige Mittel hatte, musste Pickering sie zunächst nicht bezahlen. Später erhielt sie 0,30 Dollar pro Stunde für ihre Arbeit,:32 und verdiente nur 10,50 Dollar pro Woche. Sie war angeblich „fleißig, ernst gemeint …, wenig zur Frivolität neigend und sich selbstlos ihrer Familie, ihrer Kirche und ihrer Karriere widmend". Eine der Frauen, mit denen Leavitt am Harvard Observatory arbeitete, war Annie Jump Cannon, die die Erfahrung der Taubheit teilte.

Pickering wies Leavitt das Studium von Variablensternen der Kleinen und Großen Magellanschen Wolken zu, wie auf fotografischen Platten verzeichnet, die mit dem Bruce Astrograph der Boyden Station des Harvard Observatory in Arequipa, Peru, aufgenommen wurden. Sie identifizierte 1777 Variablensterne. 1908 veröffentlichte sie ihre Ergebnisse in den Annals of the Astronomical Observatory of Harvard College und bemerkte, dass die helleren Variablen die längere Periode hatten.

In einem anderen 1912 veröffentlichten Papier betrachtete Leavitt sorgfältig die Beziehung zwischen den Perioden und der Helligkeit einer Stichprobe von 25 Cepheiden-Variablen in der Kleinen Magellanschen Wolke. Dieses Papier wurde von Edward Pickering mitgeteilt und unterzeichnet, aber der erste Satz zeigt, dass es von „Miss Leavitt vorbereitet" wurde. Leavitt erstellte ein Diagramm der Größe versus Logarithmus der Periode und stellte fest, dass in ihren eigenen Worten:

Eine gerade Linie kann leicht unter jeden der beiden Punktreihen gezogen werden, die den Maxima und Minima entsprechen, was zeigt, dass es eine einfache Beziehung zwischen der Helligkeit der Cepheiden-Variablen und ihren Perioden gibt.

Sie verwendete dann die vereinfachende Annahme, dass sich alle Cepheiden in der Kleinen Magellanschen Wolke ungefähr in der gleichen Entfernung befanden, so dass ihre innere Helligkeit aus ihrer scheinbaren Helligkeit, wie sie in den fotografischen Platten registriert wurde, bis zu einem Skalierungsfaktor abgeleitet werden konnte, da die Entfernung zu den Magellanschen Wolken noch unbekannt war. Sie äußerte die Hoffnung, dass Parallaxen zu einigen Cepheiden gemessen würden, was bald geschah und es damit ermöglichte, ihre Perioden-Leuchtkraft-Skala zu kalibrieren. Diese Überlegung ermöglichte es Leavitt festzustellen, dass der Logarithmus der Periode linear mit dem Logarithmus der durchschnittlichen inneren optischen Leuchtkraft des Sterns verwandt ist, das ist die Menge der Energie, die der Stern im sichtbaren Spektrum ausstrahlt.

Leavitt entwickelte auch den Harvard Standard für fotografische Messungen und verbeserte ihn kontinuierlich – eine logarithmische Skala, die Sterne nach Helligkeit über 17 Größenordnungen ordnet. Sie analysierte zunächst 299 Platten von 13 Teleskopen, um ihre Skala zu konstruieren, die 1913 vom Internationalen Ausschuss für fotografische Größenordnungen angenommen wurde.

1913 entdeckte Leavitt T Pyxidis, eine wiederkehrende Nova in Pyxis, und eine der häufigsten wiederkehrenden Novae am Himmel mit Ausbrüchen, die 1890, 1902, 1920, 1944, 1967 und 2011 beobachtet wurden.

Leavitt war Mitglied von Phi Beta Kappa, der American Association of University Women, der American Astronomical and Astrophysical Society, der American Association for the Advancement of Science und Ehrenmitglied der American Association of Variable Star Observers. 1921, als Harlow Shapley die Leitung des Observatoriums übernahm, wurde Leavitt zur Leiterin der Stellarphotometrie ernannt. Bis Ende dieses Jahres war sie dem Krebs erlegen und wurde auf dem Familiengrab der Leavitts auf dem Cambridge Cemetery in Cambridge, Massachusetts begraben.:89

Wissenschaftliche Auswirkungen

Nach Aussage des Wissenschaftsautors Jeremy Bernstein: „Variablensterne waren seit Jahren von Interesse, aber als sie diese Platten studierte, bezweifle ich, dass Pickering dachte, sie würde eine bedeutende Entdeckung machen – eine, die die Astronomie letztendlich verändern würde." Die Perioden-Leuchtkraft-Beziehung für Cepheiden, jetzt bekannt als „Leavitts Gesetz", machte die Sterne zur ersten „Standardkerze" in der Astronomie und ermöglichte es Wissenschaftlern, die Entfernungen zu Galaxien zu berechnen, die zu weit entfernt sind, um parallaktische Beobachtungen zu nutzen. Ein Jahr nach Leavitts Bericht bestimmte Ejnar Hertzsprung die Entfernung mehrerer Cepheiden in der Milchstraße und dass damit die Entfernung zu jedem Cepheiden genau bestimmt werden konnte.

Cepheiden wurden bald in anderen Galaxien entdeckt, wie zum Beispiel in Andromeda, bemerkenswert von Edwin Hubble 1923–24, und sie wurden ein wichtiger Teil des Beweises, dass „Spiralnebel" unabhängige Galaxien sind, die weit außerhalb unserer eigenen Milchstraße liegen. So würde Leavitts Entdeckung unser Bild des Universums für immer verändern, da sie Harlow Shapley dazu veranlasste, unsere Sonne im „Great Debate" aus dem Zentrum der Galaxie zu verschieben, und Edwin Hubble, unsere Galaxie aus dem Zentrum des Universums zu verschieben.

Leavitts Entdeckung einer Möglichkeit, Entfernungen auf intergalaktischer Skala genau zu messen, ebnete den Weg für das Verständnis der modernen Astronomie der Struktur und Skala des Universums. Die Leistungen von Edwin Hubble, dem amerikanischen Astronomen, der festgestellt hat, dass sich das Universum ausdehnt, wurden auch durch Leavitts bahnbrechende Forschung ermöglicht. Hubble sagte oft, dass Leavitt für ihre Arbeit den Nobelpreis verdient hätte. Der Mathematiker Gösta Mittag-Leffler, ein Mitglied der Schwedischen Akademie der Wissenschaften, versuchte sie 1925 für den Preis zu nominieren, nur um festzustellen, dass sie drei Jahre früher an Krebs gestorben war.:118 Der Nobelpreis wird nicht posthum verliehen.

Krankheit und Tod

Leavitts wissenschaftliche Arbeit in Harvard wurde häufig durch Krankheit und familiäre Verpflichtungen unterbrochen. Ihr früher Tod im Alter von 53 Jahren an Magenkrebs wurde von ihren Kollegen aus Gründen als Tragödie angesehen, die über ihre wissenschaftlichen Leistungen hinausgingen. Ihr Kollege Solon I. Bailey schrieb in ihrem Nachruf, dass „sie die glückliche, fröhliche, Gabe hatte, all das Würdige und Liebenswerte in anderen zu würdigen, und war von einer Natur voller Sonnenschein erfüllt, dass für sie das ganze Leben schön und voller Bedeutung wurde.":28

„Auf der Spitze eines sanften Hügels sitzend", schreibt George Johnson in seiner Biografie von Leavitt, „ist der Ort durch ein hohes sechseckiges Denkmal gekennzeichnet, auf dem ein Globus auf einem drappierten Marmorsockel ruht. Ihr Onkel Erasmus Darwin Leavitt und seine Familie sind auch dort begraben, zusammen mit anderen Leavitts. ..." Eine Gedenktafel für Henrietta und ihre zwei Geschwister, Mira und Roswell, ist auf einer Seite des Denkmals angebracht. In der Nähe befinden sich die Gräber von Henry und William James.:90 Es gibt keine Grabinschrift am Grab, die Henrietta Leavitts Leistungen in der Astronomie verewigt.

Ehrungen nach ihrem Tod

• Der Asteroid 5383 Leavitt und der Krater Leavitt auf dem Mond sind nach ihr benannt, um taube Männer und Frauen zu ehren, die als Astronomen gearbeitet haben.
• Eines der ASAS-SN-Teleskope, das sich am McDonald Observatory in Texas befindet, ist zu Ehren von ihr benannt.

Bücher und Theaterstücke

Lauren Gunderson schrieb ein Theaterstück, Silent Sky, das Leavitts Weg von ihrer Zulassung in Harvard bis zu ihrem Tod verfolgt.

George Johnson schrieb eine Biografie, Miss Leavitt's Stars, die die Triumphe des Frauenfortschritts in der Wissenschaft durch die Geschichte von Leavitt zeigt.

Robert Burleigh schrieb die Biografie Look Up!: Henrietta Leavitt, Pioneering Woman Astronomer für ein jüngeres Publikum. Sie ist für vier bis acht Jahre alte Kinder geschrieben.