O ‘computador humano’ que ajudou a desvendar novas galáxias no Universo

Wikimedia

Henrietta Swan Leavitt

Um século atrás, o Universo parecia um lugar muito menor. Muitos astrônomos estavam convencidos de que nossa galáxia, a Via Láctea, representava todo o cosmos.

Isso mudou em 1923, quando o astrônomo Edwin Hubble apontou o telescópio do Observatório do Monte Wilson, na Califórnia, em direção a uma espiral brilhante difusa distante no céu noturno, a Nebulosa de Andrômeda.

Andrômeda, observou Hubble, estava muito longe para fazer parte da Via Láctea. Não era uma nebulosa, mas uma galáxia.

Uma espiral de um trilhão de estrelas, a Galáxia de Andrômeda está a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância da Terra.

A observação notável de Hubble não teria sido possível sem o trabalho de Henrietta Swan Leavitt, que nem sequer usava um telescópio.

Em vez disso, Leavitt usava uma lupa — apontada não para cima, mas para baixo — para analisar uma delicada placa de vidro fixada em uma moldura de madeira.

Um lado da placa de vidro era revestido com emulsão fotográfica e pontilhado com a impressão fantasmagórica de milhares de estrelas capturadas em sua superfície.

As estrelas pretas iluminadas na superfície branca revelavam uma inversão do céu noturno visto a olho nu. Era assim que Leavitt experimentava o Universo.

Leavitt era um dos muitos “computadores humanos” que trabalhavam no Observatório do Harvard College no fim do século 19 e no início do século 20.

Este grupo, formado apenas por mulheres, descobriu dezenas de novas, nebulosas e asteroides, assim como milhares de “estrelas variáveis”, que são definidas por seu brilho crescente e decrescente.

Leavitt descobriu mais de 2 mil estrelas variáveis. E sua busca por essas estrelas a levou a um achado ainda maior — o método para medir distâncias no espaço.

Conhecida como relação período-luminosidade, a descoberta de Leavitt permitiu que os astrônomos medissem a distância em uma escala intergaláctica e deu a Hubble a fórmula que ele precisava para enxergar mais além no Universo.

“Toda a nossa percepção do Universo mudou completamente como resultado de sua descoberta”, afirma Wendy Freedman, astrônoma e astrofísica da Universidade de Chicago, nos EUA.

Depois de se interessar por astronomia no último ano de estudo, Leavitt conseguiu uma vaga de aprendiz no Observatório do Harvard College em 1895, aos 27 anos.

Na época, um número cada vez maior de mulheres como Leavitt estava se formando com níveis acadêmicos mais elevados, segundo a historiadora Margaret Rossiter, que pesquisou o papel da mulher na ciência na virada do século 20.

Elas ainda eram em grande parte excluídas de dar aulas em universidades e posições de liderança, mas os departamentos de astronomia ficavam satisfeitos em contratá-las para apoiar seus projetos científicos, que exigiam um grande número de trabalhadores mal remunerados.

Leavitt foi recrutada pelo diretor do Observatório de Harvard, Edward Pickering, que liderava um projeto de várias décadas para fotografar todo o céu noturno e, em seguida, classificar e catalogar os espectros de suas estrelas.

De acordo com os papéis de gênero do século 19, as mulheres eram vistas como candidatas ideais para esse trabalho de classificação, que exigia paciência e atenção aos detalhes — qualidades que, de acordo com o pensamento da época, as mulheres incorporavam naturalmente.

Em paralelo, pensava-se que os homens eram mais voltados para a liderança e o trabalho intelectual de observação e teoria.

Cargos como o de Leavitt eram normalmente de baixa remuneração e baixa hierarquia, com pouco ou nenhum espaço para promoção. Nessas posições, as mulheres podiam aplicar suas habilidades “femininas” sem representar uma ameaça para seus colegas homens, tanto em termos de prestígio quanto de remuneração.

De fato, quando Pickering decidiu encher sua equipe de mulheres, era isso que ele tinha em mente.

“Para obter a maior eficiência, um observador habilidoso nunca deveria ser obrigado a perder tempo com o que poderia ser feito igualmente bem por um assistente com um salário muito mais baixo”, escreveu Pickering no Relatório Anual de 1898 do Observatório de Harvard.

Ele pagava aos “computadores” 25 centavos por hora, cerca de US$ 1,5 mil por ano, enquanto os homens do Observatório ganhavam pelo menos US$ 2,5 mil anualmente.

Com exceção de Annie Jump Cannon, que ingressou no Observatório um ano depois de Leavitt, as mulheres não tinham permissão para usar os telescópios.

O ajuste desse equipamento e a captura das fotos das estrelas eram feitos por homens.

As placas fotográficas de vidro eram entregues na “sala dos computadores” no segundo andar da ala leste do Observatório para análise e cálculo.

Lá, as mulheres passavam os dias curvadas sobre essas placas. Elas classificavam os espectros das estrelas, mediam seu brilho e catalogavam suas descobertas. O trabalho era intenso, desgastante e repetitivo.

Quando Leavitt assumiu seu posto na sala dos computadores, foi incumbida de determinar a magnitude (a medida do brilho de uma estrela) de estrelas variáveis ​​na região polar norte a partir das placas de vidro.

Uma razão pela qual a luz dessas estrelas oscila é porque elas estão pulsando: comprimindo e liberando gás em um ciclo regular.

Para saber se uma estrela variava, ela alinhava duas placas do mesmo pedaço de céu, uma era uma estrela preta negativa, e a outra positiva. As estrelas se anulavam, exceto aquelas cujo brilho variava.

Leavitt ainda não sabia, mas a relação entre o padrão de variação e a magnitude geral da estrela era o segredo para medir sua distância da Terra.

De estrela em estrela, e depois de placa em placa, Leavitt avaliava o brilho da estrela, comparava com a magnitude conhecida de outras estrelas e registrava os resultados na placa de vidro para seu controle.

Leavitt passava seus dias no Observatório repetindo, inúmeras vezes, esse processo.

Depois de um ano, em 1896, Leavitt deixou o Observatório para viajar pela Europa e depois foi trabalhar como assistente de arte no Beloit College em Wisconsin, nos EUA, perto da casa de sua família. Mas as estrelas acabariam por chamá-la de volta.

Leavitt não deixou nenhum diário, e suas correspondências tendem mais para o lado profissional, revelando poucos detalhes pessoais.

Ela estava claramente, no entanto, profundamente envolvida com seu trabalho no Observatório. Um astrônomo a descreveu como “absorta no trabalho num grau incomum”.

E depois de ficar ausente por seis anos, ela mesma disse a Pickering o quanto gostava e sentia falta do trabalho.

“Lamento muito que o trabalho que desenvolvi com tanta satisfação e levei até certo ponto, com tanto prazer, tenha ficado incompleto”, escreveu ela em uma carta de 13 de maio de 1902.

Leavitt estava ansiosa para voltar à astronomia e perguntou a Pickering se ele poderia arrumar um emprego para ela no Observatório ou em uma escola como professora de astronomia. Suas opções para dar aula eram limitadas, no entanto.

Durante anos, Leavitt sofreu uma perda auditiva crescente, e seu médico não permitia que ela observasse o céu no ar frio da noite, acreditando que o frio exacerbava a surdez.

Um tanto perplexo em pensar que a astronomia poderia afetar a audição e incapaz de indicar um Observatório em um clima quente, Pickering ofereceu a ela um emprego remunerado no Observatório a 30 centavos por hora, cinco centavos a mais do que os outros “computadores”.

Leavitt aceitou e voltou a trabalhar em tempo integral em 1903.

Ela retomou seu trabalho com estrelas variáveis. Pickering estava interessado em procurar estrelas variáveis ​​em regiões nebulosas e havia recebido um financiamento da Instituição Carnegie em 1903 para fazer isso.

Mas a Instituição Carnegie não renovou o subsídio em 1904, e Williamina Fleming, “computador” sênior e curadora de fotografias astronômicas, foi forçada a dispensar todos os “computadores”, exceto Leavitt.

Ela encararia as regiões nebulosas sozinha, e sua primeira tarefa foi a Grande Nebulosa na constelação de Órion.

Ela se debruçou em 10 anos de placas de vidro da Nebulosa de Órion e encontrou 77 novas variáveis ​​lá. Passou então para a nebulosa em Sagitário e a Pequena Nuvem de Magalhães.

No verão de 1905, a revista Scientific American publicou que a “Srta. Leavitt” havia encontrado 1,3 mil novas variáveis ​​desde que começou seu trabalho solo em nebulosas em fevereiro de 1904.

Ao longo de 1908, Leavitt continuou a caçar estrelas variáveis ​​na Pequena Nuvem de Magalhães e na Grande Nuvem de Magalhães. (Na época, os astrônomos não sabiam que ambas são pequenas galáxias anãs orbitando a Via Láctea).

Ela encontrou 1.777 novas variáveis ​​nas Nuvens e calculou seu brilho mínimo e máximo.

Foi nesse ponto que ela enxergou um padrão único. Depois de catalogar 16 novas variáveis, ela percebeu que quanto mais brilhante era a estrela, mais tempo demorava para completar um ciclo completo de aumento e diminuição.

Essa observação teria implicações de longo alcance, mas Leavitt não se ateve muito tempo nisso, ou no que poderia significar. Ela apresentou suas tabelas e, em seguida, saiu do Observatório por causa de uma doença que custou a ela um ano para se recuperar.

Sobre o fenômeno, ela apenas observou em seu relatório: “É digno de nota que… as variáveis ​​mais brilhantes têm os períodos mais longos.”

Entre a doença e a transferência para outras atribuições no observatório, Leavitt ainda pensava em suas estrelas variáveis ​​nas Nuvens de Magalhães e voltou para a Pequena Nuvem de Magalhães três anos após seu relatório inicial.

Embora Leavitt não soubesse a distância exata entre a Terra e as estrelas em suas placas, ela sabia que todas estavam quase igualmente distantes, como parte da Pequena Nuvem de Magalhães.

Esta foi uma inferência importante a ser feita: significava que a variação em seu aparente aumento e diminuição não tinha nada a ver com a distância — as estrelas mais brilhantes não pareciam mais brilhantes porque estavam mais perto, mas porque eram assim intrinsecamente.

Para confirmar suas suspeitas, ela mapeou os ciclos completos de variação de mais oito estrelas, e sua conclusão foi a mesma de três anos antes: quanto mais brilhante a estrela, mais longo seu período.

Desta vez, Pickering percebeu, e alguns meses depois, em 3 de março de 1912, publicou a observação de Leavitt sobre a “relação notável” entre brilho e período.

O que começou como uma tendência promissora se tornou uma “lei”, chamada relação período-luminosidade.

O Universo em expansão

Leavitt não teorizou sobre as implicações de sua nova lei, pelo menos não em qualquer registro que tenha restado, mas muitos outros viriam a fazer isso.

Gradualmente, os astrônomos perceberam que isso permitia a eles medir a distância até estrelas mais distantes do que nunca.

Na época, havia um limite para a distância que eles conseguiam medir. Se todas as estrelas fossem iguais, eles poderiam ter calculado sua proximidade por quão brilhantes elas pareciam, mas sua luminosidade difere.

Para estrelas mais próximas, eles poderiam aplicar técnicas como a “paralaxe estelar”, que envolve comparar o movimento relativo das estrelas, mas além de um determinado ponto, não é possível.

Leavitt mostrou que suas estrelas variáveis, chamadas Cefeidas, podiam dizer aos astrônomos sua verdadeira luminosidade ao longo de seu ciclo, não importa o quão brilhantes parecessem da Terra.

Portanto, se uma galáxia distante contém uma Cefeida — agora conhecida como “vela padrão” —, os astrônomos podem calcular sua distância.

Eles fazem isso em etapas, na chamada “escada de distância cósmica”. Primeiro, calculam a distância até uma vela padrão próxima o suficiente para usar o paralaxe e calculam sua luminosidade.

Em seguida, supondo que a vela padrão mais distante tenha o mesmo padrão de luminosidade, eles podem deduzir sua distância.

Uma década depois que Leavitt publicou sua lei, Hubble voltou seu telescópio para Andrômeda e viu a vela de Leavitt bem acesa em seu meio difuso.

Quando ele avistou uma variável Cefeida, foi capaz de calcular a distância de Andrômeda da Terra com a lei de Leavitt e provar que ela está muito além da nossa Via Láctea.

Usando o mesmo método, ele logo foi capaz de encontrar e medir mais 23 galáxias, algumas delas até 20 milhões de anos-luz de distância da Terra.

Com a lei de Leavitt como base, Hubble também descobriu em 1929 que o Universo está se expandindo.

“[A lei de Leavitt] se tornou a base para medirmos distâncias, as galáxias, há mais de cem anos”, diz Freedman.

“Você só tinha uma imagem bidimensional do céu e isso ofereceu pela primeira vez uma imagem tridimensional. Você pode realmente medir essa terceira dimensão, quão distantes estão as estrelas.”

Freedman mesmo depende muito das Cefeidas de Leavitt em seu trabalho. Antes do lançamento do Telescópio Espacial Hubble em 1990, os astrônomos sabiam que o Universo estava se expandindo, mas não sabiam seu tamanho ou idade exatos.

O trabalho de Leavitt mais uma vez forneceu uma solução. Freedman liderou um projeto usando o Telescópio Espacial Hubble para fazer medições usando variáveis Cefeidas, alcançando um nível muito mais alto de exatidão.

Com a capacidade de medir com precisão a distância de estrelas variáveis, Freedman e sua equipe encerraram décadas de debate sobre a idade do Universo.

“Descobrimos que o Universo tem 13,7 bilhões de anos.”

Elegante em sua simplicidade — quanto mais brilhante a magnitude, mais longo o período —, a lei de Leavitt alterou para sempre a maneira como os astrônomos olham para o cosmos.

Infelizmente, Leavitt morreu de câncer no estômago antes que pudesse ver todo o significado de sua descoberta.

“Uma das coisas que acho mais tristes é que ela morreu em 1921, e Hubble fez a descoberta das Cefeidas em 1923, e depois a descoberta da expansão em 1929”, diz Freedman.

“Ela nunca teve ideia de quais foram as implicações de seu trabalho, que foram enormes.”

Embora Leavitt não tenha vivido para ver como ela mudou a astronomia, aqueles que vieram depois dela não a esqueceram.

Cecilia Payne-Gaposchkin, que trabalhou com estrelas variáveis ​​e descobriu a composição do Sol, trabalhou na antiga mesa de Leavitt em 1923 e afirmou o seguinte sobre a mulher que nunca conheceu:

“Acho que ela foi a mais brilhante de todas as mulheres [em Harvard].”

A luz das velas padrão de Leavitt continua a iluminar o caminho dos astrônomos pelo Universo em constante expansão.

E para homenageá-la, membros da comunidade astronômica, entre eles Freedman, votaram em 2008 pela mudança do nome do que antes era chamado de relação período-luminosidade para lei de Leavitt.

// BBC

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