Nhà thiên văn học người Mỹ Henrietta Swan Leavitt đã tìm ra mối liên hệ giữa độ sáng thực của các sao biến quang Cepheid và chu kì thay đổi độ sáng của chúng. Kể từ đó, chúng trở thành những “ngọn nến chuẩn”, cho phép giới khoa học dễ dàng tính toán khoảng cách từ Trái đất đến các thiên hà xa xôi trong vũ trụ.
Đài quan sát của Đại học Harvard (Mỹ) luôn tự hào về Bộ sưu tập tấm kính ảnh thiên văn lớn nhất thế giới, bao gồm hơn 500.000 bức ảnh chụp bầu trời đêm từ năm 1882 đến năm 1992. Để phân tích dữ liệu từ những tấm kính ảnh, Charles Pickering – Giám đốc Đài quan sát – đã tập hợp một nhóm nghiên cứu chỉ toàn phụ nữ.
Các nữ nhân viên này được ví như những chiếc “máy tính”. Họ thực hiện công việc tẻ nhạt và tốn thời gian, đó là đo và lập danh mục độ sáng của tất cả các ngôi sao trong bộ sưu tập những tấm ảnh bầu trời đêm của Đại học Harvard. Ban đầu, Pickering thuê nữ trợ lý Williamina Fleming do thất vọng với các trợ lý nam, và ông tuyên bố rằng cô ấy có thể làm việc tốt hơn. Thực tế thì ông đã đúng. Fleming tiếp tục làm việc cho ông trong 34 năm tiếp theo cùng với một số phụ nữ khác. Họ đều làm việc rất chăm chỉ và chứng minh được năng lực của mình. Bởi vì Pickering không phải trả lương cho nữ nhân viên ở mức cao như nam giới nên ông đủ khả năng thuê nhiều người hơn trong phạm vi ngân sách giới hạn. Nhóm của ông đã bổ sung hơn 10.000 ngôi sao vào Danh mục Henry Draper (HD). Phiên bản đầu tiên của danh mục sao HD được xuất bản vào năm 1890.
Mặc dù người ta nói rằng Pickering đã “chọn phụ nữ để làm việc chứ không phải để tư duy”, một số người đã chứng tỏ họ là những nhà thiên văn học tài năng. Trong số đó bao gồm Annie Jump Cannon [nữ nhân viên đã phát minh một hệ thống phân loại sao vẫn được sử dụng rộng rãi đến ngày nay] và nổi bật nhất là Henrietta Swan Leavitt [người đã nghiên cứu sao biến quang Cepheid và tìm ra phương pháp đo khoảng cách đến các thiên thể ở rất xa trong vũ trụ].
Leavitt sinh ra tại Lancaster, bang Massachusetts (Mỹ) vào ngày 4/7/1868. Cô theo học trường Đại học Oberlin [sau này đổi tên thành Đại học Radcliffe]. Đại học Oberlin có một chương trình giáo dục khá nặng đối với phụ nữ đương thời, bao gồm tiếng Hy Lạp cổ đại, triết học, hình học, giải tích, cũng như khoa học và mỹ thuật. Leavitt bắt đầu yêu thích thiên văn vào năm cuối cấp khi cô tham gia một lớp học dạy môn này.
Sau khi nhận bằng cử nhân năm 1892, cô đã dành một khoảng thời gian để đi du lịch ở châu Âu. Điều không may là cô mắc một căn bệnh nghiêm trọng khiến cô bị điếc trong suốt quãng đời còn lại. Tuy nhiên, tình yêu của cô đối với các vì sao không bao giờ suy giảm. Cô đăng ký làm tình nguyện viên tại Đài thiên văn của Đại học Harvard, cuối cùng gia nhập đội ngũ nhân viên chính thức của Pickering với mức lương khiêm tốn 30 cent một giờ. Các đồng nghiệp đánh giá cô là người làm việc chăm chỉ và có đầu óc nghiêm túc, không theo đuổi những thứ phù phiếm và luôn cống hiến hết mình cho gia đình, sự nghiệp.
Pickering đã giao nhiệm vụ cho Leavitt nghiên cứu các ngôi sao biến quang Cepheid – loại sao thay đổi độ sáng theo chu kỳ nhất định – trong Đám mây Magellan Lớn và Nhỏ. Bằng cách chồng một tấm kính ảnh lên trên một tấm khác để xem xét ngôi sao thay đổi độ sáng như thế nào giữa các lần phơi sáng, Leavitt đã tỉ mỉ ghi nhận 1.777 ngôi sao sáng hơn trên một số ảnh chụp và mờ hơn trên những ảnh chụp khác tại những thời điểm khác nhau. Cô cũng nhận thấy một điều khá đặc biệt: ngôi sao biến quang càng sáng thì chu kỳ nhấp nháy của nó càng lớn.
Trong một bài báo xuất bản năm 1912, Leavitt đã xem xét kỹ lưỡng 25 sao biến quang Cepheid trong Đám mây Magellan Nhỏ. Khi lập biểu đồ thể hiện sự tương quan giữa độ sáng thực của sao và logarit chu kỳ, cô nhận thấy hai yếu tố này có mối quan hệ tuyến tính với nhau.
“Có thể dễ dàng vẽ một đường thẳng trên biểu đồ nằm giữa hai chuỗi điểm tương ứng với độ sáng cực đại và cực tiểu của những ngôi sao. Từ đó chúng ta có thể nhận ra mối liên hệ đơn giản giữa độ sáng thực của sao biến quang Cepheid và chu kỳ của chúng”, Leavitt cho biết. Ngày nay, chúng ta gọi đó là định luật Leavitt.
Khi biết chu kỳ, chúng ta dễ dàng xác định độ sáng thực của sao biến quang Cepheid. Bằng cách so sánh giữa độ sáng thực và độ sáng biểu kiến [độ sáng khi quan sát từ Trái đất], chúng ta sẽ tính được khoảng cách tới ngôi sao, bởi vì ngôi sao càng ở xa thì độ sáng biểu kiến càng mờ.
Do tính chất của những ngôi sao biến quang Cepheid luôn tương đồng với nhau bất kể vị trí của chúng trong vũ trụ nên khám phá của Leavitt có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Chúng trở thành “ngọn nến chuẩn” trong vũ trụ, cho phép các nhà khoa học dễ dàng tính toán khoảng cách từ Trái đất đến các thiên hà xa xôi với độ chính xác hơn nhiều so với phương pháp quan sát thị sai sao trước đây. Trong vòng một năm, các nhà thiên văn đã sử dụng kết quả nghiên cứu của cô để xác định khoảng cách tới một số sao biến quang Cepheid trong dải Ngân hà. Từ đó dẫn đến kết luận rằng Mặt trời không phải là trung tâm của Ngân hà và Ngân hà không phải là trung tâm của vũ trụ.
Đáng chú ý nhất, Edwin Hubble đã dựa trên công trình của Leavitt về các sao biến quang Cepheid để đo khoảng cách giữa Trái đất và thiên hà Andromeda [hay thiên hà Tiên Nữ]. Đây là thiên hà xoắn ốc nằm gần dải Ngân hà nhất, cách chúng ta khoảng 2,5 triệu năm ánh sáng. Bằng cách đo mức độ dịch chuyển đỏ trong quang phổ của các ngôi sao biến quang Cepheid ở nhiều tinh vân trong vũ trụ, Hubble chứng minh vũ trụ không tĩnh như các nhà thiên văn học đương thời lầm tưởng mà nó đang không ngừng giãn nở.
Leavitt qua đời vì bệnh ung thư vào ngày 12/12/1921 ngay sau khi cô được bổ nhiệm là người đứng đầu bộ phận trắc quang sao của Đại học Harvard. Trong suốt cuộc đời, Leavitt đã phát hiện tổng cộng hơn 2.400 ngôi sao biến quang.
Nhà toán học Gӧsta Mittag-Leffler tại Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển cho rằng những đóng góp của Leavitt xứng đáng được trao giải Nobel. Năm 1924, ông đã tìm cách đề cử cô cho Hội đồng giải thưởng và viết thư yêu cầu Harlow Shapley – người thay thế vị trí Giám đốc Đài quan sát của Pickering – gửi thêm thông tin về công trình nghiên cứu của cô. Đáng tiếc rằng thời điểm đó, Leavitt đã qua đời nên không đủ điều kiện nhận giải.
Để tưởng nhớ những đóng góp to lớn của Leavitt, người ta đã đặt tên cô cho một tiểu hành tinh và một miệng hố trên Mặt trăng. Đầu năm 2020, nhà soạn kịch nổi tiếng Lauren Gunderson thậm chí đã xây dựng một vở kịch mang tên “Silent Sky” (Bầu trời tĩnh lặng) dựa trên cuộc đời và sự nghiệp của cô.