Ejnar Hertzsprung : Le chimiste qui a classé les étoiles

Il a été formé comme ingénieur chimiste, a travaillé dans un laboratoire de Saint-Pétersbourg et a étudié la photochimie à Leipzig. Ce n'est qu'ensuite, en tant qu'amateur observant depuis Frederiksberg, qu'Ejnar Hertzsprung a remarqué quelque chose qu'aucun astronome professionnel n'avait correctement enregistré : deux étoiles pouvaient partager un type spectral — la même couleur, la même empreinte de lumière absorbée — tout en différant énormément en luminosité intrinsèque. Cette observation a divisé la population stellaire en deux, a produit le diagramme le plus utile de l'astrophysique et a donné aux astronomes leur première règle fiable pour mesurer l'univers.

L'apprentissage d'un amateur

Hertzsprung est né le 8 octobre 1873 à Frederiksberg, au Danemark, fils de Severin Carl Ludvig Hertzsprung et Henriette Christiane Charlotte Frost. Son père était astronome amateur, et il lui a transmis son enthousiasme — bien que pas, au début, en tant que carrière. Hertzsprung a étudié le génie chimique à l'Institut polytechnique de Copenhague, obtenant son diplôme en 1898, puis a passé deux ans à travailler comme chimiste à Saint-Pétersbourg et une année supplémentaire, en 1901, à étudier la photochimie à l'Université de Leipzig.

Ce détour n'a pas été inutile. La photochimie était, à cette époque, la science sous-jacente à la plaque photographique, et la plaque photographique était l'instrument transformant l'astronomie d'une discipline d'oculaire en une discipline quantitative. Hertzsprung est arrivé aux étoiles en sachant déjà comment mesurer la lumière sur film.

En 1902, il a commencé ses propres observations astronomiques à Frederiksberg, travaillant en dehors de l'établissement professionnel.

Géantes et naines

En quelques années, il avait fait la découverte qui comptait. Les astronomes classaient les étoiles par type spectral, ce qui correspond globalement à la température de surface et à la couleur. Hertzsprung a remarqué que les étoiles partageant un type spectral pouvaient avoir des magnitudes absolues très différentes — c'est-à-dire que leur véritable luminosité, une fois la distance prise en compte, variait par des facteurs énormes.

L'implication était structurelle. Si deux étoiles sont également chaudes en surface mais que l'une émet beaucoup plus de lumière, la plus brillante doit être beaucoup plus grande. La population stellaire s'est donc divisée en géantes et en naines. Ce n'était pas un raffinement de la classification ; c'était la découverte que les étoiles appartiennent à des familles physiques distinctes, ce qui a ouvert la question de savoir si ces familles représentent différentes étapes d'une même histoire de vie.

Le diagramme

En 1909, Hertzsprung a rejoint l'Observatoire de Göttingen sous la direction de Karl Schwarzschild, passant du statut d'amateur à celui de centre de l'astrophysique allemande. En 1911, il a produit le graphique qui porte son nom : des étoiles classées par type spectral en fonction de la luminosité, en s'appuyant sur les travaux de classification antérieurs d'Antonia Maury. Henry Norris Russell est arrivé essentiellement à la même construction indépendamment, et le résultat est universellement connu sous le nom de diagramme de Hertzsprung-Russell.

Sa puissance réside dans ce qu'il révèle plutôt que dans ce qu'il enregistre. Les étoiles ne se dispersent pas au hasard sur le graphique ; elles tombent dans une longue bande diagonale, la séquence principale, avec des amas distincts de géantes et de naines en dehors. Cette structure est la trace visible de l'évolution stellaire — le diagramme est devenu le cadre maître pour expliquer les types stellaires et comment les étoiles changent au cours de leur vie, et il reste, plus d'un siècle plus tard, la première chose qu'un étudiant en astronomie apprend à lire.

Céphéides et une erreur coûteuse

En 1913, Hertzsprung s'est tourné vers les variables céphéides, des étoiles dont la luminosité pulse avec une régularité stricte. Henrietta Leavitt avait découvert que la période d'une céphéide est liée à sa luminosité — ce qui signifiait que si la relation pouvait être calibrée par rapport à des étoiles de distance connue, n'importe quelle céphéide n'importe où annoncerait sa propre distance par son rythme. C'était potentiellement la clé de l'échelle du cosmos.

Hertzsprung a effectué la calibration, en utilisant des mesures de parallaxe pour fixer les distances aux céphéides proches, puis a appliqué la relation calibrée pour estimer la distance du Petit Nuage de Magellan. Il a également commis une erreur significative, plaçant les étoiles dix fois trop près — une erreur décrite comme étant peut-être un lapsus, propageant une sous-estimation systématique d'un facteur dix dans ses chiffres de distance. C'est un rappel de l'étroitesse des marges dans le travail sur les distances cosmiques au début du XXe siècle, où une erreur arithmétique pouvait réduire l'univers d'un ordre de grandeur. La méthode elle-même était solide, et c'est la méthode qui a perduré.

Leyde

En 1919, Hertzsprung a déménagé à l'Observatoire de Leyde aux Pays-Bas, où il passerait les vingt-sept années suivantes, devenant son directeur en 1937 et y restant jusqu'en 1946. Son mariage l'a davantage lié au monde astronomique néerlandais : sa femme était Henrietta Mariette Augustine Albertine Kapteijn, fille de l'astronome Jacobus Kapteyn, dont les études statistiques sur les mouvements stellaires remodelaient les idées sur la structure de la galaxie.

À Leyde, il a également enseigné. Parmi ses étudiants diplômés figurait Gerard Kuiper, qui allait fonder la science planétaire moderne — une lignée intellectuelle allant d'un ingénieur chimiste danois jusqu'au système solaire externe.

Les habitudes d'observation de Hertzsprung s'étendaient au-delà des étoiles. Il a découvert deux astéroïdes, dont 1627 Ivar, un membre du groupe Amor dont les orbites s'approchent de celle de la Terre.

Reconnaissance et longue vie

Les honneurs sont arrivés régulièrement dans la soixantaine. Il a été élu à l'Académie américaine des arts et des sciences en 1927 et a reçu la médaille d'or de la Royal Astronomical Society en 1929 — la plus haute reconnaissance de l'astronomie britannique. La médaille Bruce a suivi en 1937, l'année où il a pris la direction de Leyde, et l'élection à la Société américaine de philosophie en 1941.

Il est décédé le 21 octobre 1967 à Roskilde, au Danemark, à l'âge de quatre-vingt-quatorze ans, ayant vécu assez longtemps pour voir le diagramme qu'il a construit en 1911 devenir le cadre organisationnel d'une discipline qui existait à peine lorsqu'il a commencé. Un astéroïde, 1693 Hertzsprung, et un cratère lunaire portent son nom.