Annie Jump Cannon e le "Harvard Computers": 350.000 stelle classificate a mano da una donna sorda

Negli anni '20 del Novecento, in una stanza al primo piano dell'Astronomical Observatory di Harvard, una donna minuta e sorda stava chinata su un fascio di lastre fotografiche da 8 × 10 pollici. Aveva accanto una lente d'ingrandimento, un quaderno e una serie di codici a matita scritti con grafia precisissima. Stava guardando spettri stellari uno dietro l'altro: lo "sguardo" della luce di una stella scomposta in righe colorate. Per ogni spettro le bastavano tre secondi. Poi una nota sul quaderno: "G2V" o "K0III". Si chiamava Annie Jump Cannon, era nata nel 1863 in Delaware, e nella sua carriera classificò manualmente oltre 350.000 stelle, più di chiunque altro nella storia dell'astronomia. Il sistema che inventò è quello che ogni studente di fisica impara ancora oggi: O-B-A-F-G-K-M.

Le "calcolatrici di Harvard": un'aristocrazia silenziosa

La storia di Cannon è quella di un gruppo: le cosiddette Harvard Computers, decine di donne assunte dall'astronomo Edward C. Pickering, direttore del Harvard College Observatory dal 1877 al 1919, per fare un lavoro che gli uomini non volevano fare: classificare, misurare e catalogare ore e ore di lastre fotografiche stellari. Le pagavano 25-50 centesimi l'ora, contro i 50-75 di un operaio maschio. Eppure quelle stanze ospitarono alcuni dei contributi più importanti dell'astronomia del Novecento: la legge di luminosità delle Cefeidi (Henrietta Swan Leavitt, 1908), il diagramma di Hertzsprung-Russell (Antonia Maury, 1899), e appunto la classificazione spettrale di Annie Jump Cannon.

Cannon arrivò a Harvard nel 1896, dopo essersi laureata in fisica al Wellesley College e aver studiato spettroscopia alla Radcliffe. Aveva perso quasi totalmente l'udito a vent'anni, probabilmente per una scarlattina. Era stata convinta da Pickering ad accettare la posizione di computer stellare, e da allora non si fermò più: lavorò allo stesso scrittoio per 45 anni, fino alla morte avvenuta nel 1941.

Il pasticcio alfabetico che diventò standard

Prima di Cannon, la classificazione delle stelle era un disastro alfabetico. Padre Angelo Secchi, gesuita del Collegio Romano, aveva proposto nel 1860 una prima divisione in quattro tipi (I, II, III, IV) basata sulle righe spettrali. La Harvard's Henry Draper Catalog del 1890 era stata estesa fino alla classe Q, in ordine alfabetico, secondo l'intensità delle righe dell'idrogeno. C'erano classi A, B, C, D, E, F, G, H... ma quando si confrontavano gli spettri con la temperatura effettiva delle stelle, l'ordine alfabetico non corrispondeva all'ordine fisico. Era come catalogare i libri di una biblioteca in ordine alfabetico per copertina, ignorando l'autore.

Cannon, con un colpo di intuizione documentato nei suoi appunti del 1901, decise di riorganizzare l'ordine in modo che riflettesse la sequenza fisica della temperatura, e di eliminare le classi ridondanti. Rimasero sette lettere, ordinate in O - B - A - F - G - K - M: dalla più calda (O, oltre 30.000 K, blu) alla più fredda (M, sotto 3.700 K, rossa). Aggiunse poi una scala numerica da 0 a 9 per le sfumature intermedie (il nostro Sole, ad esempio, è G2V). Per imparare la sequenza, generazioni di studenti hanno usato e usano la frase mnemonica: "Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me".

Il 9 maggio 1922 l'Unione Astronomica Internazionale, riunita a Roma, adottò ufficialmente la classificazione di Cannon come standard mondiale. Con piccoli ampliamenti (le classi L, T, Y per le nane brune scoperte dopo il 1995), è ancora il sistema in uso. Quando l'astrofisico Marc Pinsonneault della Ohio State University ha pubblicato nel 2023 una nuova mappa delle Cefeidi, ha usato la classificazione di Cannon. Tutti la usano.

Tre secondi a stella

La velocità di Cannon era leggendaria. I suoi colleghi ne erano sbalorditi: secondo le testimonianze raccolte dalla Wolbach Library della CfA, riusciva a classificare in media 200 stelle l'ora, contro le 5-10 di un astronomo medio. Lavorava su lastre fotografiche del telescopio Bruce di Arequipa, in Perù: in ogni lastra erano impressi gli spettri di centinaia di stelle, ciascuno largo pochi millimetri. Lei sapeva leggerne le righe a memoria. Le pioniere della spettroscopia stellare, Williamina Fleming e Antonia Maury, avevano stabilito la grammatica, ma Cannon era la lettrice più rapida del laboratorio.

Nel 1925 l'Università di Oxford le conferì il primo dottorato honoris causa mai assegnato a una donna. Eppure Harvard la nominò professoressa solo nel 1938, a 75 anni, dopo decenni di carriera. Nel frattempo aveva pubblicato il Henry Draper Catalogue (in 9 volumi, fra 1918 e 1924) con la classificazione di 225.300 stelle, e il Henry Draper Extension con altre 47.000. Pochi anni prima della morte stava ancora aggiungendo nuove stelle: il suo totale finale viene stimato in oltre 350.000.

Il significato fisico (che Cecilia Payne aggiunse poi)

La cosa straordinaria della classificazione di Cannon è che funzionava prima che nessuno ne capisse la fisica. Quando Pickering le aveva chiesto di mettere in ordine le stelle, l'ordine si basava sull'osservazione, non sulla teoria. Solo nel 1925 Cecilia Payne-Gaposchkin, altra astronoma di Harvard (e dottoranda del primo programma di astronomia con dottorato della storia), dimostrò nella sua tesi che la sequenza O-B-A-F-G-K-M corrispondeva esattamente alla scala di temperatura superficiale delle stelle, e che le righe spettrali variavano perché l'idrogeno e gli altri elementi si ionizzavano in modi diversi a temperature diverse. Cannon, in altre parole, aveva trovato un ordine naturale senza sapere di averlo fatto. Aveva visto la struttura prima che la fisica fosse pronta a spiegarla.

Quando morì il 13 aprile 1941, l'American Astronomical Society istituì in suo onore il Annie Jump Cannon Award, ancora oggi assegnato ogni anno a un'astronoma donna di eccezionale promessa nei primi cinque anni di carriera. Tra le premiate ci sono state Margaret Burbidge, Vera Rubin (poi celebre per le curve di rotazione di Andromeda) e Carolyn Porco, capo missione delle immagini di Cassini. Un cratere lunare e un asteroide (1120 Cannonia) portano il suo nome.

La cosa più bella, però, è che ogni volta che un'astronoma di oggi guarda al telescopio una stella e annota "tipo M5V", sta ancora usando l'alfabeto che una donna sorda, in una stanza polverosa del Massachusetts, aveva messo in ordine cento anni fa.