Il Novecento e la nascita dell’astrofisica Antonia Maury,

Ing. Claudio Costa [email protected] carocicosta.it Astronomia al femminile - Unitrè Ariccia, 20 Feb 2016 Antonia Maury (1866-1952)

Di discendenza portoghese, Antonia era nipote degli astronomi (suo nonno) e (suo zio)

Si laureò in fisica al Vassar College di New York nel 1887 e cominciò a lavorare all'Harvard College Observatory

Pickering, il direttore, le assegnò il compito di determinare il periodo orbitale della binaria spettroscopica Eta Ursa Majoris () che lo stesso Pickering aveva scoperto

Antonia portò a termine questo incarico e, successivamente, scoprì anche che era una binaria spettroscopica Le stelle binarie hanno un’importanza fondamentale in astrofisica perché permettono, tramite l’osservazione del loro moto orbitale, di calcolare le masse delle due stelle Alcune stelle binarie non possono essere scoperte visualmente visuale, perché la loro separazione angolare vista dalla Terra è al di sotto del potere risolutivo dei telescopi più potenti

Lo spettroscopio è però in grado di rilevare una binaria come tale, perché le due stelle, nella loro orbita, mostrano una componente di velocità parallela alla linea di vista (a meno che il piano dell'orbita non sia perfettamente perpendicolare ad essa)

Le righe spettrali delle due stelle mostreranno così uno spostamento periodico dovuto all'effetto Doppler Antonia lavorò molto all’osservazione degli spettri stellari assieme ad Annie Cannon

In particolare lei propose che non soltanto la presenza o l’assenza di una linea spettrale fosse importante, ma anche la loro intensità e larghezza relative

Introdusse quindi delle sotto-classi spettrali per tenere conto di queste differenze: le stelle con linee normali erano etichettate con "a", quelle con righe larghe e diffuse con "b" e quelle con linee sottili e nette con "c"; i casi intermedi con "ab" e "bc"

Era il primo passo verso la definizione tramite la spettroscopia di una scala della luminosità reale delle stelle Edward Pickering, il direttore dell'osservatorio, era però in disaccordo con tale sistema di classificazione che trovava troppo complicato e ciò portò alle dimissioni della Maury

Pickering le impose comunque di completare il lavoro: Antonia chiese allora che di essere riconosciuta come l’autrice: dopo varie discussioni il catalogo finalmente comparve nel volume 28 degli Annali dell’Osservatorio col suo nome sulla prima pagina, prima donna ad avere questo riconoscimento

Pickering, continuò comunque a sminuire il lavoro della Maury finché nel 1905, Ejnar Hertzsprung si rese conto che le stelle classificate da Antonia come di tipo c e di tipo ac erano sistematicamente più luminose di quelli di tipo a o b

Di tutti i cataloghi pubblicati, solo quello della Maury conteneva questa distinzione

Resosi conto di ciò del valore di questa classificazione, Hertzsprung la adottò per elaborare la parte del suo diagramma che oggi è noto come Hertzsprung-Russell (H- R)

Il contributo di Antonia venne pienamente riconosciuto solo nel 1922 quando l’Unione Astronomica Internazionale modificò la classificazione ufficiale introducendo il prefisso c ai tipi spettrali con righe sottili Qui vedete un uso moderno della larghezza relativa delle righe spettrali nei vari tipi posta in relazione con i diversi elementi chimici presenti nelle atmosfere delle stelle La storia del diagramma HR merita di essere raccontata

Intorno al 1910 si cominciò a pensare che le stelle si dividessero in due grandi categorie: quelle luminose, blu e calde e quelle deboli, rosse e fredde

Nessuno infatti aveva ancora trovato una stella debole e calda

Qualsiasi stella poco luminosa veniva, quindi, giudicata sicuramente anche fredda L’astronomo statunitense Henry Norris Russel decise di studiare più a fondo la questione e vedere come si comportavano le stelle con distanza conosciuta (e quindi di magnitudine assoluta nota).

L’unico modo era di avere il maggior numero di informazioni sul colore e la temperatura degli astri

In poche parole, sul loro tipo spettrale

Russel si limitò, però alle stelle vicine e luminose, le uniche che permettevano allora una misura accurata della distanza: era inutile ottenere spettri di oggetti lontani e/o deboli di cui non era possibile ricavare la lontananza Non tutto lo spazio del diagramma era occupato e vi era una chiara linea di tendenza principale

Le stelle blu, calde e luminose, si piazzavano in alto a sinistra e le rosse, fredde e deboli, in basso a destra (come già ipotizzato e previsto)

Tuttavia, vi era un altro ramo composto di stelle rosse e fredde: oggetti che invece di diminuire la propria magnitudine la aumentavano

Infine, isolata e quasi assurda, Omicron2 Eridani B, calda e di irrisoria luminosità Russel chiese, allora, a Edward Pickering di cercare, nel suo archivio, gli spettri di stelle aventi tali caratteristiche: in particolare chiese quello di una stella veramente speciale che aveva creato non poca confusione: era la debole compagna di Omicron 2 Eridani, chiamata appunto Omicron 2 Eridani B

Insieme a Willamina Fleming, Pickering trovò quello che Russel cercava: la stella era estremamente debole ma di tipo spettrale A: impossibile!

Il tipo spettrale A era riservato a stelle caldissime, rappresentanti meno del 5% delle stelle di spettro conosciuto; la temperatura doveva aggirarsi intorno ai 9000 gradi, nettamente superiore a quella del Sole Si sapeva già che la luminosità varia con la quarta potenza della temperatura, il che vuole dire che se fosse stata grande come il Sole avrebbe dovuto essere incredibilmente brillante

Per poter ricevere un flusso luminoso intrinsecamente così potente, ma all’apparenza debolissimo, la luce doveva essere emessa da una superficie piccolissima

La conclusione era una sola: Omicron2 Eridani B doveva essere una stella di esigue dimensioni, probabilmente non più grande della Terra! Russel, Pickering e Fleming si erano imbattuti nella prima nana bianca e nella eccezionalità delle sue caratteristiche fisiche

In realtà il color “bianco” valeva solo per quella stella in particolare, dato che poi se ne trovarono di tutti i colori (cambiando la temperatura), dall’azzurro al giallo e al rosso, ma il nome rimase lo stesso per sempre

L’interesse di Russel per i legami esistenti tra magnitudine assoluta, colore e temperatura divenne ancora più spasmodico e l’astronomo decise di mettere su un grafico le caratteristiche delle stelle di cui aveva chiesto lo spettro

In ordinata inserì la magnitudine assoluta (indipendente dalla distanza) e in ascissa il tipo spettrale che è legato alla temperatura effettiva del corpo nero corrispondente Russel pubblicò il suo grafico nel 1913

Esso divenne immediatamente popolare e considerato il modo migliore per rappresentare in un sol colpo l’intera popolazione stellare

Il nome rimase “diagramma di Russel” finchè non si venne a conoscenza che già nel 1911 l’astronomo danese Ejnar Hertzsprung aveva pubblicato un grafico analogo su una sconosciuta rivista che pochissimi avevano letto

Con grande onestà scientifica il nome del diagramma divenne di Hertzsprung- Russel, con il nome del danese per primo

Ormai si parla di questo metodo di rappresentazione come del diagramma HR A questo punto era chiaro che la popolazione stellare non seguiva soltanto un’unica relazione luminosità- temperatura, ma era composta da oggetti che si staccavano dall’andamento normale

Era necessario iniziare a studiare gruppi di oggetti particolari, per vedere se la situazione sarebbe stata sempre la stessa oppure sarebbe cambiata

Un primo gruppo da prendere in considerazione era quello delle Pleiadi, nella costellazione del Toro Nel diagramma HR delle Pleiadi tutte le stelle sono quasi perfettamente piazzate lungo la linea che parte da quelle calde, blu e luminose e termina a quelle fredde, rosse e deboli

Non vi sono nane bianche e nemmeno stelle fredde, rosse e luminose Un secondo gruppo che venne studiato fu l’ammasso globulare M3, nella costellazione dei Cani da Caccia Nel suo diagramma, trascurando per un momento la striscia quasi orizzontale, sembra che esista solo la parte inferiore della diagonale delle Pleiadi, quella degli oggetti freddi e deboli

Al posto di quella superiore (stelle calde e luminose) appare il ramo di destra degli astri freddi e brillanti

Le figure precedenti erano un bell’enigma per gli astronomi dell’inizio del XX secolo

Una possibilità era che le tre popolazioni fossero gruppi di stelle intrinsecamente differenti

Quella più seguita, però, implicava la ricerca di un unico modello per i tre diagrammi

D’altra parte la zona in basso a destra era comune alle tre popolazioni Tra i molti studiosi, si distinse Allan Sandage, che propose un “movimento” delle stelle lungo il diagramma HR in funzione della loro età

Le stelle nascono come le Pleiadi, lungo la diagonale principale

All’avanzare dell’età iniziano a lasciarla spostandosi sulla destra e le più luminose sono le prime a muoversi

Questa evoluzione si vede chiaramente nel diagramma dell’ammasso globulare

Un po’ alla volta anche gli astri più deboli lasciano la diagonale

Ovviamente il primo diagramma di Russel conteneva stelle di tutte le età e quindi era un mix di popolazioni diverse

Insomma le differenze nei tre diagrammi erano solo dovute all’età delle stelle

Era nata l’astrofisica stellare Ma torniamo ad Antonia Maury

Nel 1908 tornò all'osservatorio di Harvard, grazie all’opera di convincimento di Annie Cannon

Il lavoro più importante che ne conseguì fu lo studio spettrografico della stella binaria , pubblicato nel 1933

Questo studio fornì la prima evidenza che le due stelle componenti formavano quello che oggi chiamiamo una stella binaria semi-distaccata Annie Jump Cannon (1863 - 1941)

Già durante i suoi studi, Annie spiccò per le sue capacità, soprattutto nel campo della matematica

Nel 1880 giunse nell'Università di Wellesley, nel Massachusetts, una delle università per donne migliori degli Stati Uniti

Il clima rigido della zona la portò ad ammalarsi molto spesso durante la sua permanenza

Contrasse anche la scarlattina, che la rese quasi totalmente sorda

Nel 1886 si laureò in fisica e tornò a casa

Ma in quel periodo le prospettive di carriera disponibili per le donne erano molto limitate

Inoltre la perdita quasi totale delle capacità uditive le aveva reso ancor più ardua la socializzazione Nel 1892 fece un viaggio in Europa per fotografare un'eclissi solare, e quando tornò la sua situazione era leggermente migliorata

Nel 1893 sua madre morì e la situazione familiare peggiorò notevolmente

Decise, perciò, di scrivere a Sarah Frances Whiting, sua insegnante di fisica ed astronomia all'università di Wellesley per chiederle se c'era qualche impiego disponibile

La Whiting la assunse come assistente, permettendole così anche di seguire i corsi all'università

In questo periodo la Wellesley iniziò a offrire dei corsi di astronomia, che diventeranno in seguito la maggiore attrattiva di questa università

In questo periodo la Whiting avvicinò la sua assistente all'interesse per la spettroscopia Per ottenere l'accesso a un telescopio migliore, anche Aniie si trasferì all'Università Harvard e, nel 1896, fu assunta come assistente di Edward C. Pickering all'osservatorio di Harvard

Annie Cannon entrò a far parte dell’”Harem di Pickering“, per completare il catalogo Henry Draper, che raccoglieva tutte le stelle di magnitudine fotografica inferiore alla 9

Anna Draper, la vedova dell’astronomo Henry Draper, fornì i fondi necessari al progetto

Annie riusciva a classificare circa tre stelle al minute guardando semplicemente la configurazione delle linee spettrali con un a lente d’ingrandimento, arrivando alla magnitudine 9, 16 volte più debole di quanto può vedere l’occhio umano Il lavoro era così suddiviso: gli uomini utilizzavano il telescopio e prendevano le fotografie del cielo di note mentre le donne esaminavano I dati, eseguivano I calculi e catalogavano le stelle di giorno

Pickering volle che il lavoro riuscisse a ottenere gli spettri del maggior numero di stelle possibile e in base a questi le stelle venivano catalogate

Se prendere le misure fu difficile, la realizzazione di una classificazione ragionevole degli spettri non lo fu di meno

Poco dopo che il lavoro fu iniziato nacque una controversia sulla catalogazione: inizialmente fu Nettie Farrar che propose un modo, ma pochi mesi dopo ella abbandonò il gruppo per sposarsi: il marito riteneva la nuova sistemazione incompatibile con il lavoro di Nettie! Toccò quindi alla nipote di Henry Draper, Antonia Maury il compito di proseguire, ma, come abbiamo visto, il suo sistema fu giudicato troppo complicato da (che prese le difese del direttore Pickering nel volere un Sistema più semplice

Annie Cannon si impegnò a trovare un compromesso tra le due posizioni, cominciando a catalogare le stelle più luminose dell’emisfero sud

A queste stelle applicò un terzo schema di classificazione suddividendo gli spettri nelle classi denominati con la sequenza di lettere A, B, F, G, K, M, O basandosi sull’intensità delle linee di assorbimento dell’idrogeno Dopo che le linee spettrali vennero interpretate in termini di temperature superficiale il suo Sistema v enne riordinato nella sequenza O, B, A, F, G, K, M per non dover ricompilare nuovamente il catalogo

Fu Annie Cannon che inventò allora la frase per aiutare a ricordare la nuova sequenza: "Oh Be a Fine Girl, Kiss Me"

Annie pubblicò il primo catalogo nel 1901, ma, invece di riconoscimenti per Questo aiuta anche a spiegare perché venissero pagate il grandissimo lavoro fatto solo un quarto dei loro colleghi maschi e non potessero assieme alle altre donne salire oltre il grado di “assistente” dell’Osservatorio, dovette subire moltissime critiche Eppure il 9 Maggio 1922 l’Unione Astronomica perché, secondo il Internazionale approvò la scelta del suo sistema di pregiudizio del tempo, “non classificazione spettrale che, con piccoli cambiamenti, è erano al loro posto “ come ancora quello in uso oggi casalinghe Annie continuò a organizzare il lavoro con ordine, pazienza e tenacia aiutando anche i colleghi maschi dell’osservatorio a ottenere riconoscimenti per il loro lavoro: aiutò a rendere possibile lo scambio di informazioni e strumenti tra la comunità astronomica internazionale assumendo un ruolo di «ambasciatore»

Scrisse numerosi libri e articoli per far conoscere i progressi fatti in campo astronomico e nel 1933 fu la rappresentante delle donne professioniste alla Fiera Mondiale di Chicago

Durante la sua vita classificò un totale di circa 500000 stelle, più di qualsiasi altro fino ad allora

Scopri circa 300 stelle variabili, 5 nove e una binaria spettroscopica e creò una bibliografia con circa 200000 referenze La carriera astronomica di Annie Cannon durò 40 anni: andò in pensione nel 1940

Combatté sempre per il riconoscimento del lavoro delle donne nella comunità scientifica: calma, tenacia e condotta professionale gliene fecero guadagnare il rispetto: in questo modo Annie spianò la strada a tante future astronome

Morì nel 1941, a Cambridge, Massachusetts, all’età di 77 anni

Ancora oggi, ogni anno, la Società Astronomica Americana consegna il «Annie Jump Cannon Award» all’astronoma nord-americana che più si è fatta onore con il suo lavoro