Ejnar Hertzsprung: Il chimico che classificò le stelle

Si formò come ingegnere chimico, lavorò in un laboratorio di San Pietroburgo e studiò fotochimica a Lipsia. Solo allora, come amatore che osservava da Frederiksberg, Ejnar Hertzsprung notò qualcosa che nessun astronomo professionista aveva registrato adeguatamente: due stelle potevano condividere un tipo spettrale — lo stesso colore, la stessa impronta digitale di luce assorbita — e tuttavia differire enormemente in luminosità intrinseca. Quell'osservazione divise la popolazione stellare in due, produsse il diagramma più utile dell'astrofisica e diede agli astronomi il loro primo metro affidabile per misurare l'universo.

L'apprendistato di un amatore

Hertzsprung nacque l'8 ottobre 1873 a Frederiksberg, in Danimarca, figlio di Severin Carl Ludvig Hertzsprung e Henriette Christiane Charlotte Frost. Suo padre era un astronomo amatoriale e gli trasmise l'entusiasmo, anche se non inizialmente come carriera. Hertzsprung studiò ingegneria chimica all'Istituto Politecnico di Copenaghen, laureandosi nel 1898, poi trascorse due anni lavorando come chimico a San Pietroburgo e un altro anno, nel 1901, studiando fotochimica all'Università di Lipsia.

La deviazione non fu vana. La fotochimica era, in quell'epoca, la scienza alla base della lastra fotografica, e la lastra fotografica era lo strumento che trasformava l'astronomia da una disciplina da oculare a una quantitativa. Hertzsprung arrivò alle stelle sapendo già come misurare la luce su pellicola.

Nel 1902 iniziò le sue osservazioni astronomiche a Frederiksberg, lavorando al di fuori dell'establishment professionale.

Giganti e nane

Nel giro di pochi anni fece la scoperta che contava. Gli astronomi classificavano le stelle per tipo spettrale, che corrisponde approssimativamente alla temperatura superficiale e al colore. Hertzsprung notò che le stelle che condividevano un tipo spettrale potevano avere magnitudini assolute molto diverse; cioè, la loro vera luminosità, una volta tenuta conto della distanza, variava per fattori enormi.

L'implicazione era strutturale. Se due stelle sono ugualmente calde in superficie ma una emette molta più luce, quella più luminosa deve essere molto più grande. La popolazione stellare si divise quindi in giganti e nane. Questo non fu un raffinamento della classificazione; fu la scoperta che le stelle appartengono a famiglie fisiche distinte, il che a sua volta aprì la questione se queste famiglie rappresentino diverse fasi di una stessa storia di vita.

Il diagramma

Nel 1909, Hertzsprung entrò all'Osservatorio di Gottinga sotto Karl Schwarzschild, passando da amatore al centro dell'astrofisica tedesca. Nel 1911 produsse il grafico che porta il suo nome: stelle disposte per tipo spettrale rispetto alla luminosità, basandosi sul precedente lavoro di classificazione di Antonia Maury. Henry Norris Russell arrivò essenzialmente alla stessa costruzione in modo indipendente, e il risultato è universalmente noto come diagramma di Hertzsprung-Russell.

Il suo potere risiede in ciò che rivela piuttosto che in ciò che registra. Le stelle non si disperdono casualmente sul grafico; cadono in una lunga banda diagonale, la sequenza principale, con distinti ammassi di giganti e nane al di fuori di essa. Quella struttura è la traccia visibile dell'evoluzione stellare: il diagramma divenne il quadro principale per spiegare i tipi stellari e come le stelle cambiano nel corso della loro vita, e rimane, più di un secolo dopo, la prima cosa che uno studente di astronomia impara a leggere.

Cefeidi e un errore costoso

Nel 1913, Hertzsprung si dedicò alle variabili cefeidi, stelle la cui luminosità pulsa con rigorosa regolarità. Henrietta Leavitt aveva scoperto che il periodo di una cefeide è legato alla sua luminosità, il che significava che se la relazione potesse essere calibrata rispetto a stelle di distanza nota, qualsiasi cefeide ovunque annuncerebbe la propria distanza attraverso il suo ritmo. Era potenzialmente la chiave per la scala del cosmo.

Hertzsprung eseguì la calibrazione, utilizzando misurazioni di parallasse per fissare le distanze dalle cefeidi vicine, e poi applicò la relazione calibrata per stimare la distanza della Piccola Nube di Magellano. Commise anche un errore significativo, posizionando le stelle dieci volte troppo vicine; un errore descritto come forse un lapsus, che propagò una sottostima sistematica di un fattore dieci nelle sue cifre di distanza. È un promemoria di quanto fossero stretti i margini nel lavoro sulle distanze cosmiche all'inizio del XX secolo, dove un errore aritmetico poteva restringere l'universo di un ordine di grandezza. Il metodo in sé era solido, ed è stato il metodo a perdurare.

Leida

Nel 1919, Hertzsprung si trasferì all'Osservatorio di Leida nei Paesi Bassi, dove avrebbe trascorso i successivi ventisette anni, diventandone direttore nel 1937 e rimanendovi fino al 1946. Il suo matrimonio lo legò ulteriormente al mondo astronomico olandese: sua moglie era Henrietta Mariette Augustine Albertine Kapteijn, figlia dell'astronomo Jacobus Kapteyn, i cui studi statistici sui movimenti stellari stavano rimodellando le idee sulla struttura della galassia.

A Leida insegnò anche. Tra i suoi dottorandi c'era Gerard Kuiper, che avrebbe fondato la moderna scienza planetaria: una linea intellettuale che va da un ingegnere chimico danese fino al sistema solare esterno.

Le abitudini osservative di Hertzsprung si estendevano oltre le stelle. Scoprì due asteroidi, tra cui 1627 Ivar, un membro del gruppo Amor le cui orbite si avvicinano a quella della Terra.

Riconoscimento e lunga vita

Gli onori arrivarono costantemente nei suoi sessant'anni. Fu eletto all'American Academy of Arts and Sciences nel 1927 e ricevette la Medaglia d'Oro della Royal Astronomical Society nel 1929, il più alto riconoscimento dell'astronomia britannica. La Medaglia Bruce seguì nel 1937, l'anno in cui assunse la direzione di Leida, e l'elezione alla American Philosophical Society nel 1941.

Morì il 21 ottobre 1967 a Roskilde, in Danimarca, all'età di novantaquattro anni, avendo vissuto abbastanza a lungo da vedere il diagramma che costruì nel 1911 diventare il quadro organizzativo di una disciplina che esisteva a malapena quando iniziò. Un asteroide, 1693 Hertzsprung, e un cratere lunare portano il suo nome.