Henrietta Leavitt a găsit rigla pentru distanțele cosmice

Henrietta Swan Leavitt a găsit relația dintre perioada unei stele variabile și strălucirea ei. Lucrarea ei descrie această relație, nu estimează o distanță. Ejnar Hertzsprung a folosit-o pentru Norul Mic al lui Magellan, iar Edwin Hubble a aplicat o relație calibrată pentru a estima distanța până la Andromeda. Lucrările consemnează contribuții distincte: Ejnar Hertzsprung, ‘Über die räumliche Verteilung der Veränderlichen vom δ Cephei-Typus,’ Astronomische Nachrichten 196 (1913) precede Edwin P. Hubble, ‘Cepheids in Spiral Nebulae,’ The Observatory 48 (1925).

În articolul său din buletinul STATUS, Papacosta descrie munca femeilor de la Harvard sub conducerea lui Edward Pickering: examinau plăci fotografice, identificau stele și le înscriau în cataloage. Leavitt făcea parte din acest grup de femei care făceau calcule. Papacosta spune că femeile primeau mult mai puțin decât bărbații, dar nu dă un salariu individual pentru Leavitt. Munca cerea identificarea fiecărei stele și înscrierea ei în catalog.

Papacosta redă scrisoarea astronomului Mittag-Leffler despre o posibilă candidatură a lui Leavitt la Premiul Nobel pentru fizică. Mittag-Leffler spune că s-ar gândi să o propună, dar recunoaște că informațiile lui sunt incomplete. Scrisoarea păstrează intenția exprimată de un astronom; ea nu dovedește că propunerea a ajuns la comitet. În același articol, Papacosta explică regula Nobelurilor: comitetul nu oferă premii postume.

În articolul publicat în 1908, Henrietta Leavitt a catalogat stele variabile din Norul Mic al lui Magellan. Tabelul catalogului adună observații pentru stele din același nor. Pe pagina următoare, Leavitt formulează observația care dă sens catalogului: stelele variabile mai strălucitoare au perioade mai lungi. O stea își schimbă strălucirea în timp; perioada măsoară timpul până când steaua reia același ciclu.

Leavitt compară stele din același nor și descrie o regulă comună pentru cele din catalog. Articolul ei pune în legătură ritmul variației și strălucirea, oferind o cale de a compara stelele între ele. Într-o fotografie, o stea variabilă arată doar ca un punct; compararea punctului pe plăci fotografice realizate la momente diferite îi dă un ritm.

Această regulă le-a dat astronomilor o cale de a estima distanțe. Cunoscând perioada, astronomii puteau deduce strălucirea reală; după calibrare, o comparau cu strălucirea observată. Leavitt a formulat legătura dintre perioadă și strălucire, iar punctul zero și calculul distanței au venit din alte lucrări. Catalogul ei marchează începutul scării; astronomii care au calibrat relația au putut calcula distanțe.

Circulara Observatorului Colegiului Harvard, publicată în 1912, începe prin a-i atribui lui Leavitt pregătirea afirmației despre perioadele stelelor variabile. Tabelul pune observațiile una lângă alta: pentru fiecare stea, perioada și magnitudinea fotografică la strălucire maximă și minimă. Tabelul păstrează numerele măsurate, iar afirmația lui Leavitt descrie direcția relației dintre ele.

Graficul așază rândurile tabelului și separă măsurătorile la strălucire maximă și minimă. Magnitudinea fotografică este o scară inversă: un număr mai mic înseamnă o stea mai strălucitoare. Cititorul interpretează panta pozitivă în funcție de strălucire; graficul păstrează distincte valorile la maxim și minim. Cititorul poate urmări fiecare punct până la rândul lui din tabel. Graficul face afirmația verificabilă punct cu punct.

Refacerea potrivirii dă o pantă de 0,46 la strălucire maximă și 0,45 la strălucire minimă. Pentru lumina maximă, panta calculată este 0,46, față de aproximativ 0,48 tipărită de Leavitt. Potrivirea confirmă aceeași direcție și o valoare apropiată, fără să reproducă exact aproximația din circulară.

În lucrarea publicată în 1913, Ejnar Hertzsprung folosește relația perioadă–strălucire pentru a estima distanța până la Norul Mic. Punctul lui de calibrare pornește de la o Cefeidă cu perioada de 6,6 zile și magnitudinea absolută de -7,3. Lucrarea compară această strălucire reală cu magnitudinea fotografică medie de 14,5 pentru stelele Norului Mic cu aceeași perioadă.

Pe aceeași pagină, Hertzsprung tipărește rezultate incompatibile. Paralaxa pe care Hertzsprung o publică implică 10.000 parseci. El mai exprimă distanța în ani-lumină, echivalentă cu aproximativ 920 parseci. Astfel, cititorul poate vedea că lucrarea oferă distanțe diferite. O medie ar șterge contradicția. Rigla convertește valorile în parseci și păstrează contradicția dintre ele.

Calculul cu date incompatibile dă valoarea diagnostică de 241.571 parseci; aceasta nu este o estimare validă a distanței. Formula aplică punctul zero vizual al lui Shapley și panta fotografică a lui Leavitt unei magnitudini fotografice măsurate la maxim, fără conversia dintre sisteme și fără corecția fazei. Hubble a transformat curba vizuală a lui Shapley în magnitudini fotografice și a corectat valoarea de la maxim cu jumătate din amplitudinea medie, apoi a raportat aproximativ 285.000 parseci pentru cele 12 Cefeide din Andromeda. Calculatorul afișează doar un factor de comparație între magnitudinea medie de referință a Norului Mic și magnitudinea la maxim măsurată de Hubble; fazele diferă, deci acesta nu este un raport între distanțe. Calibrarea modernă a lui Riess et al. folosește Telescopul Spațial Hubble și magnitudini Wesenheit, o combinație de filtre care corectează efectul înroșirii luminii de către praf; magnitudinea absolută este -5,839 la perioada de referință de 10 zile. Filtrele și faza pulsației diferă de datele fotografice ale lui Hubble, astfel că nu se calculează o distanță.

Raportul lui Shapley și Curtis despre disputa privind scara universului datează conferințele la 26 aprilie 1920. Shapley susținea că Calea Lactee era mult mai întinsă decât se credea și a plasat Soarele departe de centru; pe rigla de aici, limita pe care o dă raportul este de cel puțin 15.330 parseci. Curtis apăra modelul unei galaxii mai mici, cu Soarele aproape de centru.

În raport, Shapley și Curtis discută statutul nebuloaselor spirale. Shapley le trata ca obiecte din Calea Lactee, în timp ce Curtis le descria ca sisteme stelare independente, aflate în afara ei. Raportul consemnează argumentele fiecărui vorbitor. Distanța publicată de Hubble pentru Andromeda a sprijinit interpretarea lui Curtis despre nebuloasele spirale.

Distanța publicată de Hubble pentru Andromeda sprijină interpretarea lui Curtis: nebuloasele spirale pot fi galaxii separate, aflate dincolo de Calea Lactee. Raportul păstrează argumentele inițiale ale celor doi vorbitori; articolul lui Hubble oferă măsurarea ulterioară a Andromedei.

Arhiva Carnegie Science reproduce placa fotografică H335H a lui Edwin Hubble și însemnările de pe ea. Cineva a tăiat litera „N” de lângă o stea și a scris „VAR!”, semn că steaua își schimba strălucirea. Arhiva datează expunerea: Noaptea de 5–6 octombrie 1923. Placa consemnează o însemnare; distanța lui Hubble apare într-o lucrare publicată separat.

În lucrarea sa despre Cefeidele din Andromeda, publicată în 1925, Hubble tipărește perioadele și magnitudinile stelelor variabile. Tabelul păstrează perechile de observații pentru fiecare stea. O perioadă lungă indică o strălucire reală mare; astronomul o poate compara cu cât de slabă apare steaua pe fotografie și astfel estima distanța. Relația lui Leavitt a trecut din catalogul stelelor la o măsurare dincolo de Calea Lactee.

Hubble calculează în articol o distanță de aproximativ 285.000 parseci pentru Andromeda. Estimarea lui urmează estimării pentru Norul Mic publicate deja de Hertzsprung. Leavitt a găsit relația, Hertzsprung a aplicat-o unei distanțe, iar Hubble a extins metoda la Cefeidele din Andromeda. Notația „VAR!” documentează identificarea stelei de către Hubble; articolul lui Hubble documentează măsurarea distanței.

Georges Lemaître folosește 42 nebuloase pentru a calcula o distanță medie de 0,95 milioane de parseci și o viteză radială medie de 600 km/s, echivalentă cu 625 km/s pentru un milion de parseci. Fără ponderarea observațiilor, el obține 870 km/s la 1,16 milioane de parseci, adică 575 km/s pentru un milion de parseci. Transcrierea OCR mai consemnează valoarea adoptată de 0,68 × 10^-27 cm⁻¹. Aceste valori provin din transcrierea OCR a paginii 56; imaginile paginii nu au putut fi verificate.

În articolul său PNAS din 1929, Hubble găsește K = +465 (50) km/s pentru 24 obiecte individuale și K = +513 (60) km/s pentru 9 grupuri, pentru fiecare milion de parseci. El adoptă valoarea reprezentativă K = +500 km/s pentru un milion de parseci. În paragraful final, descrie relația ca aproximativ liniară și spune că este prea devreme pentru a-i discuta pe larg consecințele: He concludes that the results establish a roughly linear velocity-distance relation, then says it is premature to discuss its obvious consequences in detail. He calls the outstanding feature the possibility that the relation may represent the de Sitter effect. The paper does not use the phrase ‘expanding universe’ or state that conclusion..

În raportul său despre Andromeda, Vesto Slipher publică măsurători ale vitezei radiale. Raportul său descrie deplasarea obiectului pe linia de vedere; măsurarea vitezei și măsurarea distanței sunt rezultate distincte. Hubble și Lemaître au folosit observații publicate de mai mulți astronomi, apoi au asociat vitezele cu distanțele. Formula „Hubble a descoperit expansiunea universului” atribuie lui Hubble o concluzie pe care propriul articol o lasă deschisă.

În relatarea sa despre reuniunea astronomică de la Roma, Walter Baade spune că noua calibrare a Cefeidelor de tip I a schimbat distanțele pe care astronomii le calculaseră anterior. Corecția lui Baade aplicată estimării lui Hubble pentru Andromeda mută reperul la 570.000 parseci. Reperul lui Hubble rămâne pe riglă, iar corecția lui Baade apare alături. Cititorul poate urmări efectul schimbării calibrării fără să piardă valoarea publicată inițial.

Li și colegii săi au folosit Cefeide observate cu Telescopul Spațial Hubble, calibrate în aceleași filtre cu ajutorul Cefeidelor din Norul Mare al lui Magellan, pentru a măsura distanța până la Andromeda: 761.000 ± 11.000 parseci. Rezultatul bazat pe magnitudini medii și o relație Wesenheit, o combinație de filtre care corectează efectul prafului, apare alături de estimarea lui Hubble și de corecția lui Baade.