Jacobus Kapteyn (1851-1922)

Jacobus Cornelius Kapteyn (1851-1922) est né à Barneveld aux Pays-Bas. Son père, l’instituteur du village projette d’en faire un enseignant. A 17 ans, Jacob entre à l’université d’Utrecht où il étudie les mathématiques et la physique. En 1875, il soutient une thèse qui a pour objet la vibration d’une membrane. Il postule alors pour une place à l’observatoire astronomique de Leiden. Il sera embauché la même année. Trois ans plus tard, il bénéficie de l’évolution de la législation concernant l’enseignement supérieur et peut intégrer un poste de professeur de mécanique et d’astronomie théorique à l’université de Groningen. En 1879, il épouse Catharina Élisabeth Kalshoven, qui lui donne deux filles et un fils. Comme il n’a pas les moyens financiers pour équiper un observatoire ou acheter un bon instrument, il envisage d’aborder l’astronomie sous un angle théorique. Il est aidé par son frère Willem, lui-même professeur de mathématiques. Kapteyn continue de proposer ses services à divers observatoires, mais il ne reçoit que des réponses négatives. C’est alors qu’une opportunité se présente. Sir David Gill, astronome écossais pionnier de l’astrophotographie, directeur de l’observatoire du Cap en Afrique du Sud et astronome de sa Majesté la reine Victoria, recherche désespérément un collaborateur. En effet, il a besoin d’aide pour l’analyse de ses clichés et la transcription des coordonnées stellaires du ciel austral, qu’il souhaite mettre à jour. Kapteyn, saisissant cet opportunité, lui propose ses services, que Gill accepte immédiatement. Il lui fait alors parvenir les précieuses plaques photographiques et Kapteyn se met à la tâche. Nous sommes en 1895, et Kapteyn qui n’a pas de laboratoire pour effectuer ce travail est dépanné par un de ses amis, le professeur Huizinga, qui lui prête deux petites pièces situées dans les sous-sols de son laboratoire de physiologie. Au terme d’un fastidieux travail, étalé sur cinq années, Jacobus Kapteyn est parvenu à lister les positions et la magnitude de 454.875 étoiles de l’hémisphère sud.

Lorsqu’il publie Cape Photographic Durchmusterung, il est reconnu par la communauté des astronomes et reçoit la médaille d’or de la Royal Astronomical Society en 1902. Durant son travail, il a découvert une étoile qui porte aujourd’hui son nom et dont le mouvement propre est le plus rapide connu alors (6,5’’ par an). Elle ne sera « détrônée » qu’en 1916, par l’étoile de Barnard (10,3’’ par an). En 1904, Kapteyn rédige un ouvrage sur le mouvement propre des étoiles dans lequel il s’oppose à l’avis général, affirmant que ce mouvement n’est pas aléatoire. Il constate, en effet, que les étoiles peuvent se diviser suivant deux flux évoluant apparemment dans des directions opposées. Quelques années plus tard, sa découverte permettra à Bertil Lindblab et Jan Oort d’établir l’existence d’une « rotation différentielle » qui atteste de la rotation de notre galaxie. En 1904, Kapteyn se rend à une conférence à Saint Louis aux États-Unis et rencontre Georges Ellery Hale qui lui propose un poste d’astronome associé à l’observatoire du Mont Wilson qui possède un des plus grands télescopes au monde. Kapteyn accepte; dès lors, lui et sa famille passeront leurs étés en Californie, jusqu’en 1914. En 1906, Kapteyn lance un vaste programme d’étude portant sur la distribution des étoiles dans la galaxie. Il se base sur une évaluation de leur nombre suivant différentes directions. Il s’appuie sur l’analyse statistique coordonnée, qui fera, à cette occasion, sa première apparition en astronomie. Cette opération scientifique d’ampleur planétaire, implique une quarantaine d’observatoires et nécessite l’intégration, suivant 206 zones distinctes, de données comme la magnitude apparente, le type spectral, la vitesse radiale et le mouvement propre des étoiles concernées. En 1913, il reçoit la médaille Bruce et se retire en 1921 à l’âge de soixante seize ans.

A la demande d’un de ses élève, Willem de Sitter, il donne encore des conseils pour moderniser l’observatoire de Leiden. Après avoir passé la moitié de sa vie à effectuer des mesures physiques, il trouve enfin le temps, avant de disparaitre, de revenir à l’astronomie théorique. Il publie son dernier ouvrage concernant l’arrangement des systèmes sidéraux, dans lequel il décrit notre galaxie comme un univers en forme de lentille, dont la densité décroit au fur et à mesure qu’on s’éloigne de son centre. Il évalue ses dimensions à 40.000 al et situe le Soleil à 2.000 al de son centre (Sur la figure ci-dessus, on peut apercevoir la position du Soleil selon Kapteyn, materialisé par un petit cercle). Bien qu’il ait fortement sous-évalué ses dimensions et mal positionné le Soleil au sein de la Galaxie, Kapteyn fait faire un pas de géant à l’astrophysique. Son modèle était bien valable pour les hautes latitudes galactiques, mais défaillant dans le plan galactique. A sa décharge, il ignorait le phénomène d’absorption interstellaire, qui ne sera expliqué qu’en 1930 par Robert Jules Trumpler, comme étant un phénomène lié à la présence de nuages interstellaires, dispersés à travers les galaxies, qui absorbent une partie de la lumière.