Henrietta Swan Leavitt: descobrindo o tamanho do Universo

Títulos:

1777 variables in the Magellanic Clouds (1908)

Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud (1912)

Autores: Henrietta Swan Leavitt (com Edward C. Pickering no artigo de 1912)

Instituição do primeiro autor: Harvard College Observatory, EUA

Status: publicados em Harvard College Observatory Circular, vol. 173 (1908) e Annals of Harvard College Observatory, vol. 60 (1912) [acesso aberto]

Hoje o fato de que a nossa Galáxia, a Via-Láctea, é apenas mais uma entre bilhões de galáxias no nosso Universo é senso comum. Além disso, temos também uma boa noção do tamanho da nossa Galáxia. Contudo, há menos de um século, isso não era nem um pouquinho óbvio. Saber a distâncias das estrelas não é uma tarefa fácil. Duas estrelas com um mesmo brilho aparente podem estar ambas a uma mesma distância e ter o mesmo brilho intrínseco, ou – o que é mais provável – uma delas pode estar mais próxima e ser intrinsecamente mais fraca. Não se sabia também sobre a natureza de objetos difusos, que eram conhecidos como “nebulas”. Apenas as distâncias das estrelas mais próximas podiam ser estimadas com certa precisão, por meio do método de paralaxe (medida da mudança relativa na posição de estrelas próximas contra um fundo aproximadamente imóvel de estrelas).

Esse cenário mudou em parte devido ao desenvolvimento de placas fotográficas. Percebendo o potencial que a capacidade de registrar permanentemente o céu usando essa tecnologia então relativamente nova, o diretor do Harvard College Observatory, Edward C. Pickering, iniciou uma grande campanha de monitoramento do céu para catalogar estrelas. Atualmente, esses dados seriam facilmente processados com um computador, mas, naquela época, os computadores eram na verdade humanos – e frequentemente mulheres. A autora dos artigos de hoje, Henrietta Swan Leavitt, era um desses “computadores” trabalhando no Harvard College Observatory, juntamente com outras astrônomas notáveis como Williamina Fleming e Annie Jump Cannon. O trabalho de Leavitt era analisar as placas fotográficas coletadas por iniciativa de Pickering.

Descobrindo estrelas variáveis

Henrietta Swan Leavitt mediu as posições e brilhos de estrelas nas Nuvens de Magalhães a partir das placas fotográficas. Ela notou, ao comparar duas placas, que certas estrelas mudavam seu brilho ao longo do tempo. Examinando outras placas, ela encontrou 57 novas variáveis na Pequena Nuvem de Magalhães. Após essa descoberta empolgante, mais placas foram obtidas no Harvard College Observatory em Arequipa, Peru. Por meio da análise cuidadosa dessas placas e de medidas de brilho de cada estrela (veja um exemplo de uma placa aqui), 1777 novas estrelas variáveis foram encontradas nas Nuvens de Magalhães. Leavitt publicou em seu artigo em 1908 as posições e brilhos máximos e mínimos de cada uma dessas estrelas.

Para 16 variáveis na Pequena Nuvem de Magalhães que eram brilhantes o suficiente para serem vistas em diversas placas, Leavitt pôde determinar sua periodicidade, ou seja, o tempo que cada estrela levava de um mínimo para um máximo e novamente para um mínimo. O brilho e a periodicidade dessas estrelas foi registrado no seu artigo de 1908, em que ela nota que as estrelas mais brilhantes tinham períodos mais longos. Leavitt também comentou o fato de que as estrelas com períodos mais longos pareciam ser tão regulares quanto as estrelas com períodos de apenas um ou dois dias, sugerindo que um processo similar poderia estar causando essa variação em diferentes intervalos de períodos.

Figura 1: exemplo de curva de luz de uma variável Cefeida clássica, mostrando o rápido aumento e a lenta diminuição em brilho, característicos deste tipo de variável. Créditos: ThomasK Vbg/Wikipédia.

Confirmando suspeitas

Leavitt considerava sua amostra de 16 estrelas muito pequena para que conclusões gerais fossem obtidas, mas, em seu artigo de 1912, a amostra cresceu para 25 estrelas que ainda seguiam o mesmo padrão, confirmando que o período e o brilho aparente das estrelas estavam relacionados. Assumindo que todas essas estrelas estavam a uma mesma distância, já que estavam todas localizadas na Pequena Nuvem, Leavitt concluiu que a luminosidade intrínseca das estrelas estava relacionada a seu período. Essas estrelas hoje são conhecidas como variáveis Cefeidas, fazendo referência ao protótipo da classe. A Figura 2 mostra que o logaritmo do período das Cefeidas é diretamente proporcional à sua magnitude (ou logaritmo da luminosidade). Hoje conhecemos essa relação como “Relação Período-Luminosidade”, ou “Lei de Leavitt”.

Figura 2: luminosidade em magnitudes (eixo-y) em função do período (eixo-x). O painel à esquerda mostra o período em dias, e o painel à direita mostra o logaritmo do período. Os dois conjuntos de pontos, superior e inferior, representam a máxima e o mínima luminosidade observadas, respectivamente. Figuras 1 e 2 no artigo de 1912.

Implicações da descoberta de Leavitt

A relação entre período e luminosidade descoberta por Leavitt tem uma implicação bastante importante: por meio de uma simples medida de período, é possível obter a luminosidade intrínseca de uma estrela e, com isso, sua distância! Como esperado por Leavitt, medidas de distância por meio de paralaxe para algumas Cefeidas próximas permitiram que a relação fosse calibrada, e seu potencial confirmado.

Medir distâncias é, obviamente, muito útil em astronomia. Atualmente Cefeidas são conhecidas como “velas padrão”. O estudo desses objetos foi essencial para que o astrônomo americano Harlow Shapley pudesse medir distâncias até aglomerados globulares e com isso estimar o tamanho da Galáxia. A detecção de Cefeidas por Edwin Hubble nas então “nebulas espirais” Andrômeda e Triângulo permitiram estimativas das suas distâncias, e a conclusão de que se tratavam, de fato, de outras galáxias – expandindo drasticamente a concepção de escala do Universo. Mesmo muitos anos depois, Cefeidas continuam a atuar como ferramentas essenciais para medidas de distâncias, sendo um dos degraus na “escada” de distâncias cósmicas, que permite que estimemos distâncias progressivamente maiores para estudar a constante de Hubble e a expansão do Universo (leia mais sobre isso neste astroponto).

Embora Leavitt tenha sido empregada como um “computador” à época, seu trabalho foi essencial para a descoberta de Hubble, de modo que ela certamente merece o reconhecimento como uma astrônoma de grande influência. Seu trabalho impressionou por exemplo o matemático sueco Gösta Mittag-Leffler, que a escreveu expressando seu desejo de nomeá-la para o Prêmio Nobel de Física, sem saber que ela já havia falecido. A importância do trabalho de Leavitt pode ser resumida nesta citação sobre Leavitt da bibliotecária Maria McEachern do CfA Wolbach (para a Harvard Gazette):

Uma das profundas verdades que me vem à mente quando penso em Henrietta, em seu trabalho e em sua influência, é melhor expressa por uma citação atribuída a Sir Isaac Newton: “Se eu vi mais longe, é por estar nos ombros dos gigantes”. Começando com a descoberta de Edwin Hubble em 1921, e continuando até os dias atuais, os esguios ombros de Henrietta Swan Leavitt ainda apoiam pesquisas realmente inovadoras.


Adaptado de Leavitt’s Standard Candles, escrito por Emma Foxell

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