En 1924, le mathématicien suédois Gösta Mittag-Leffler écrit une lettre à l’observatoire de Harvard pour annoncer qu’il envisage de proposer Henrietta Swan Leavitt pour le prix Nobel de physique de 1926. Il est « profondément impressionné » par sa découverte d’une loi reliant la luminosité des étoiles céphéides à leur période de pulsation. Cette loi a permis à Edwin Hubble de démontrer que notre galaxie n’est pas seule dans l’univers.
La lettre est transmise au directeur de Harvard, Harlow Shapley. Il répond à Mittag-Leffler qu’Henrietta Leavitt est morte trois ans plus tôt, en 1921. Le prix Nobel ne peut pas être attribué à titre posthume. Elle n’a jamais été nommée.
Hubble avait dit plusieurs fois qu’elle méritait le Nobel. Il n’a pas pu le lui donner non plus – c’est lui qui l’a reçu, pour les travaux qu’il avait construits sur sa découverte.
Lancaster, Massachusetts, 4 juillet 1868
Henrietta Swan Leavitt naît le 4 juillet 1868 à Lancaster, dans le Massachusetts, première des sept enfants de George Roswell Leavitt, pasteur d’une église congrégationaliste, et de sa femme Henrietta Swan Kendrick. La famille déménage à Cambridge, puis à Cleveland, dans l’Ohio.
En 1885, elle entre à l’Oberlin College dans l’Ohio, l’une des premières universités mixtes des États-Unis. Elle y passe deux ans avant de se transférer à la Society for the Collegiate Instruction of Women à Cambridge, Massachusetts – ce qui deviendra le Radcliffe College, l’annexe féminine de Harvard (les femmes n’étaient pas admises à Harvard même). Elle y obtient son diplôme en 1892.
C’est en quatrième année d’université qu’elle choisit un cours d’astronomie, presque par hasard. Elle s’y révèle brillante. Elle commence aussi, à cette époque, à perdre l’ouïe progressivement – une surdité qui s’aggravera tout au long de sa carrière.
Les Harvard Computers
En 1893, le directeur du Harvard College Observatory, Edward Charles Pickering, recrute des « calculatrices humaines » pour un projet colossal : analyser et cataloguer la luminosité de toutes les étoiles mesurables à partir de plaques photographiques du ciel. Ce travail est jugé trop répétitif et trop minutieux pour les astronomes masculins. Il est confié à des femmes, qui seront connues sous le nom de Harvard Computers.
Henrietta Leavitt entre à l’observatoire comme assistante bénévole en 1895. Elle obtient un poste permanent en 1902, rémunéré à environ 25 à 30 centimes de l’heure – soit 10,50 dollars par semaine à une époque où les femmes ne sont pas admises dans les grands observatoires à lunettes ou télescopes. Son travail se fait sur des plaques : des images photographiques du ciel sur lesquelles elle mesure la position et la brillance des étoiles à la loupe et à la règle, heure après heure.
Les femmes avec qui elle travaille ne sont pas des assistantes ordinaires. Williamina Fleming, Annie Jump Cannon (qui deviendra sourde elle aussi, par la scarlatine) et d’autres produisent certaines des classifications stellaires les plus importantes du XIXe siècle. Leavitt progresse rapidement et devient responsable du département de photométrie stellaire photographique de l’observatoire.
Les Nuages de Magellan et les étoiles qui clignotent
Dans le cadre de ses travaux, on lui confie l’analyse des plaques photographiques des Nuages de Magellan – deux galaxies satellites de la Voie lactée, visibles dans le ciel de l’hémisphère sud. Elle est chargée d’y repérer les étoiles variables : des étoiles dont la luminosité n’est pas constante, mais fluctue périodiquement.
Pour repérer ces variations, elle superpose le développement positif d’une photo avec le négatif d’une image du même secteur du ciel prise à un autre moment : là où une étoile a changé de brillance, les deux images ne se superposent pas parfaitement. Elle analyse des milliers de plaques. Elle recense des milliers d’étoiles variables.
Au fil du travail, elle remarque quelque chose. Parmi les étoiles variables des Nuages de Magellan, certaines ont un comportement particulièrement régulier – elles clignotent selon un rythme précis et reproductible. On les appellera les céphéides, du nom de l’étoile Delta Céphée où ce type de comportement avait été observé pour la première fois en 1784.
Et ces céphéides ont une propriété que Leavitt commence à percevoir : les plus lumineuses ont les périodes les plus longues. Plus une étoile met de temps à compléter un cycle complet de variation, plus elle est brillante en réalité.
1908 : la première publication
En 1908, elle publie ses résultats dans les Annals of the Harvard College Observatory (volume 60) : un catalogue de 1 777 étoiles variables dans les Nuages de Magellan, avec une note sur la relation observée entre période et luminosité pour une quinzaine de céphéides. C’est la première mention publiée de ce qui deviendra la loi de Leavitt. À ce stade, c’est encore une observation empirique.
Elle est alors hospitalisée pour une maladie non précisée. Elle continue à travailler de chez elle sur des clichés qu’on lui fait parvenir, puis rentre à l’observatoire en 1910, avant de s’absenter de nouveau plusieurs mois après la mort de son père.
1912 : la loi de Leavitt
En mars 1912, l’observatoire de Harvard publie la circulaire n°173, préparée par Leavitt, avec une étude détaillée de 25 céphéides du Petit Nuage de Magellan. Elle confirme la relation : il existe bien un lien mathématique précis et linéaire entre le logarithme de la période de pulsation d’une céphéide et le logarithme de sa luminosité.
Ce que cela signifie concrètement : si vous observez une céphéide n’importe où dans le ciel et que vous mesurez combien de jours il lui faut pour compléter un cycle de variation, vous pouvez déduire quelle est sa luminosité réelle. Et une fois que vous connaissez la luminosité réelle d’une étoile, vous pouvez calculer à quelle distance elle se trouve en comparant cette luminosité réelle avec la brillance apparente que vous observez – la lumière s’affaiblit en se propageant dans l’espace selon une loi physique précise.
Les céphéides deviennent ce qu’on appellera des chandelles standard : des étalons de mesure de distance utilisables à des milliers d’années-lumière. Henrietta Leavitt venait d’inventer une règle pour mesurer l’univers.
Elle n’obtient pas l’autorisation de Pickering d’effectuer la calibration suivante – déterminer la distance absolue d’au moins une céphéide proche pour ancrer l’échelle. C’est l’astronome danois Ejnar Hertzsprung qui effectue cette étape en 1913, permettant de transformer la relation de Leavitt en outil de mesure opérationnel.
Ce que sa règle a rendu possible
En 1918, l’astronome Harlow Shapley utilise la relation période-luminosité de Leavitt pour calibrer les distances des amas globulaires de la Voie lactée. Il en déduit que le centre de notre galaxie se trouve à environ 50 000 années-lumière du Soleil – et non au centre, comme on le croyait jusqu’alors. La Voie lactée est bien plus grande qu’estimé.
En 1923-1924, Edwin Hubble repère une céphéide dans ce qu’on appelle alors la « nébuleuse d’Andromède ». Il mesure sa période. Il applique la relation de Leavitt. Il calcule une distance : environ un million d’années-lumière (la valeur acceptée aujourd’hui est 2,4 millions). C’est un ordre de grandeur supérieur à la taille de la Voie lactée. Conclusion : cette « nébuleuse » n’est pas à l’intérieur de notre galaxie. C’est une galaxie à part entière.
La nuit où Hubble fait ce calcul, le débat entre astronomes sur la nature des « nébuleuses spirales » est tranché. Notre galaxie n’est pas seule. L’univers est composé de milliards de galaxies. Cette révolution de notre compréhension du cosmos repose sur la règle découverte par Henrietta Swan Leavitt en analysant des plaques photographiques à 25 centimes de l’heure.
La fin de sa vie et la nomination posthume
Henrietta Leavitt continue à travailler à Harvard jusqu’à la fin de sa vie. En dehors de la relation céphéide-luminosité, elle découvre au cours de sa carrière 4 novas et plus de 2 400 étoiles variables – un chiffre qui représentait plus de la moitié de toutes celles connues en 1930. Elle met aussi au point les étalons de magnitude photographique qui permettront à l’ensemble de la communauté astronomique mondiale de comparer ses mesures.
Elle meurt le 12 décembre 1921 à Cambridge, Massachusetts, d’un cancer, à 53 ans. Elle ne s’est jamais mariée.
En 1924-1925, Gösta Mittag-Leffler, de l’Académie royale des sciences de Suède, entreprend de la proposer pour le prix Nobel de physique de 1926. Il lui écrit directement à l’observatoire de Harvard : « Votre admirable découverte de la loi empirique reliant la magnitude et la période des céphéides m’a si profondément impressionné que je suis sérieusement enclin à considérer votre candidature. » Il ne sait pas qu’elle est morte quatre ans plus tôt. Le Nobel ne se décerne pas à titre posthume.
Un astéroïde porte aujourd’hui son nom : (5383) Leavitt. Un cratère lunaire aussi. Sa découverte s’appelle officiellement la loi de Leavitt. Les céphéides sont encore aujourd’hui l’un des outils de mesure de distance les plus utilisés en astronomie extragalactique.
Son histoire s’inscrit dans cette série en creux : elle fait partie des femmes dont le travail a rendu possible celui d’autres – des hommes dont les noms sont dans les livres. Comme Rosalind Franklin dont les données ont permis de décrire la structure de l’ADN, comme Evelyn Boyd Granville dont les calculs ont guidé les astronautes vers la Lune. Ce que toutes ces histoires partagent, c’est la distance entre ce qui a été accompli et ce qui a été reconnu, comme le rappelle notre article sur la Journée internationale des droits des femmes.