Vesto Melvin Slipher (1875-1969), astronome américain dont les observations systématiques (1912-1925) des extraordinaires vitesses radiales de galaxies spirales ont fourni la première preuve à l’appui de lathéorie de l’univers en expansion. Né dans une ferme de l’Indiana, Vesto Slipher a étudié à l’Université de l’Indiana (BA, 1901 ; MA, 1903 ; PhD, 1909). En 1901, il rejoint le personnel de l’Observatoire Lowell à Flagstaff (bien qu’il retourne parfois dans l’Indiana pour des études supérieures), et il en devient directeur par intérim en 1916 et directeur en 1926. Là, il organise et guide la recherche qui aboutit à la découverte de Pluton en 1930. Les recherches approfondies de Slipher ont conduit à la détermination des périodes de rotation de plusieurs planètes. 
L’univers en expansion et la loi de Hubble
Univers en expansion, état dynamique du royaume extragalactique, dont la découverte a transformé la cosmologie du XXe siècle. Le développement de la relativité générale et son application à la cosmologie par le physicien d’origine allemande Albert Einstein, le mathématicien néerlandais Willem de Sitter et d’autres théoriciens, ainsi que la détection du décalage vers le rouge extragalactique (un passage aux longueurs d’onde plus longues de la lumière des galaxies au-delà de la Voie lactée ) par l’astronome américain Vesto Slipher, a conduit à la prise de conscience dans les années 1920 que toutes les galaxies s’éloignent. L’astronome américain Edwin Hubble a corrélé ces observations sous forme mathématique pour prouver que l’univers est en expansion. La découverte du rayonnement de fond cosmique de 2,7 K en 1965 par les physiciens américains Arno Penzias et Robert Wilson était une preuve convaincante que l’univers est né il y a 13,8 milliards d’années d’un état très dense et chaud dans le Big Bang.
Pendant une grande partie du 20e siècle, la question de savoir si l’univers est ouvert (d’étendue infinie dans l’espace) ou fermée (d’étendue finie) était ouverte et si l’univers à l’avenir continuera à s’étendre indéfiniment ou finira par s’effondrer à nouveau état congestionné extrêmement dense. La masse des galaxies observées directement, lorsqu’elle est moyennée sur des distances cosmologiques, est estimée à seulement quelques pour cent de la quantité nécessaire pour fermer l’univers. Cependant, la matière noire qui a été déduite de divers arguments dynamiques représente environ 23 % de l’univers, et l’énergie noire fournit la quantité restante, portant la densité de masse moyenne totale à 100 % de la densité de fermeture.
Hubble, aidé par Milton Humason, a prolongé le travail de Slipher en utilisant le plus grand télescope Hooker. Il a pris de longues expositions des spectres de galaxies faibles. En mesurant la quantité de décalage de raies spectrales spécifiques par rapport à celles produites par des lampes à arc de référence dans le spectrographe, il a pu calculer les valeurs des vitesses des galaxies. Quelques galaxies proches avaient des vitesses qui signifiaient qu’elles se déplaçaient vers notre propre Voie lactée, c’est-à-dire que leurs lignes étaient décalées vers le bleu mais la plupart présentaient un décalage vers le rouge et avaient donc des vitesses de récession. La majorité des galaxies semblaient donc s’éloigner de notre propre galaxie. Hubble a découvert que ceux qui avaient une image plus petite sur une photographie avaient des décalages vers le rouge plus élevés. Ceci est illustré dans le diagramme ci-dessous qui montre les images et les spectres de certaines des galaxies qu’il a observées.
Les observations de Hubble sur les galaxies avec le décalage vers le rouge dans leurs raies spectrales. Il en a déduit que les galaxies étaient de taille similaire, de sorte que celles qui semblaient plus petites devaient être plus éloignées. En traçant la vitesse des galaxies en fonction de leur distance, il est tombé sur une relation intéressante. Ceci est maintenant connu sous le nom de loi de Hubble et est illustré dans le graphique suivant.
Relation distance-vitesse de Hubble pour les galaxies basée sur ses données originales. Ceci est maintenant connu sous le nom de loi de Hubble et est interprété comme la preuve d’un univers en expansion. Si vous étudiez le graphique ci-dessus, vous verrez que plus une galaxie est éloignée, en moyenne, plus elle s’éloigne rapidement de nous. En fait, Hubble s’est rendu compte qu’il pouvait ajuster une relation linéaire à ses données, comme le montre la ligne bleu pâle du meilleur ajustement. La pente de cette ligne est une constante et est maintenant connue sous le nom de constante de Hubble, H0.
Vesto Melvin Slipher – 1935 Remise de la médaille Bruce
« VM » Slipher est né dans l’Indiana et a fait ses études à l’Université de l’Indiana. Toute sa carrière s’est déroulée à l’observatoire Lowell, où il a commencé immédiatement après avoir reçu son AB en 1901 et qu’il a dirigé de 1916 à 1954. Ses études spectroscopiques visibles et infrarouges des planètes ont conduit à la détermination des périodes de rotation – il a fait la première mesure spectroscopique de la période de rotation d’Uranus, il a montré que Vénus doit tourner très lentement – et il a identifié des molécules dans les atmosphères planétaires. Il découvrit des nébuleuses à réflexion et confirma l’existence de poussières et de gaz interstellaires. En utilisant des temps d’exposition aussi longs que 80 heures, il a été le premier à mesurer les énormes vitesses radiales des nébuleuses spirales, montrant que la plupart s’éloignaient du système solaire et fournissant un soutien important à l’opinion alors controversée selon laquelle elles étaient loin en dehors de notre Galaxie. Ces données ont ensuite été utilisées et étendues par Edwin P. Hubble pour commencer la cosmologie d’observation moderne. Slipher a découvert et mesuré les rotations des spirales. Il a également fait des études approfondies des spectres du ciel nocturne et des aurores boréales. En tant que directeur, il a organisé et supervisé la recherche réussie d’une neuvième planète.
L’univers connu est grand ; incroyablement gros ! À un âge stupéfiant de 13,8 milliards d’années, notre univers observable a un diamètre de 92 milliards d’années-lumière. Au cours du siècle dernier, des astronomes, des physiciens et des mathématiciens nous ont aidés à comprendre une mesure plus précise de la taille de l’univers et de son évolution au fil du temps. La théorie dominante est le » Big Bang « , qui, » Dans sa forme la plus simple, [il] parle de l’univers tel que nous le connaissons en commençant par une petite singularité, puis en gonflant au cours des 13,8 prochains milliards d’années jusqu’au cosmos que nous connaissons aujourd’hui. ” Élément clé de la cosmologie du Big Bang, la « théorie de l’expansion »», stipule que l’univers est en expansion, plutôt qu’un état statique, ce qui explique les distances changeantes des étoiles et des galaxies. Alors, comment en sommes-nous arrivés à cette conclusion ?
Une partie de notre compréhension de l’univers en expansion a profité, en grande partie, au fils d’un fermier de l’Indiana nommé Vesto Slipher. Slipher a développé des méthodes spectrographiques qui ont permis aux chercheurs de voir un effet Doppler dans les distances de ce qu’on appelait alors la « nébuleuse spirale », ce que nous appelons aujourd’hui les galaxies. En termes simples, en mesurant le décalage vers le rouge de longueur d’onde plus longue (les objets s’éloignent) et le décalage vers le bleu de longueur d’onde plus courte (objets se rapprochant), Slipher a démontré que l’univers n’était pas statique. En fait, il s’agrandissait et poussait souvent les objets les uns vers les autres. Le nom de Slipher n’est pas régulièrement reconnu comme l’un des plus grands scientifiques de tous les temps, mais ses contributions ont contribué à établir notre vision actuelle du cosmos.
Vesto Melvin Slipher est né le 11 novembre 1875 dans la ferme familiale de Mulberry, Indiana. Comme l’a noté le biographe William Graves Hoyt, le début de la vie de Slipher à la ferme « l’a aidé à développer la constitution forte et vigoureuse qui lui a ensuite été très utile pour les aspects les plus ardus de l’astronomie d’observation ». Slipher a obtenu un BA (1901), une MA (1903) et un doctorat (1909) en astronomie de l’Université de l’Indiana. Son mémoire de doctorat, The Spectrum of Mars, qui a provisoirement identifié les caractéristiques atmosphériques (à savoir, la vapeur d’eau) sur la planète rouge.
La carrière professionnelle de Slipher dans le domaine scientifique a commencé en août 1901, lorsqu’il a déménagé à Flagstaff, en Arizona, pour occuper un poste vacant à l’observatoire Lowell. Fondé par l’idiosyncrasique Dr Percival Lowell, l’Observatoire Lowell est devenu l’une des principales institutions d’astronomie au début du 20 e siècle. Comme l’a dit le Coconino Sun, l’observatoire « est connu et reconnu dans le monde entier pour ses découvertes et ses calculs corrects ».
La poursuite principale de Lowell avec l’observatoire était de prouver qu’il y avait des habitants sur Mars et engagea le jeune Slipher pour l’aider. Dès 1908, Slipher a trouvé des preuves grâce à ses techniques spectroscopiques que Lowell pourrait être sur quelque chose. Le Washington Herald a rapporté que VM Slipher (les articles de journaux l’identifiaient presque toujours en version imprimée avec seulement ses initiales) et son frère, Earl C. Slipher, « ont découvert des preuves de la présence d’eau dans l’atmosphère de Mars. ” Quelque temps plus tard, le 20 mai 1909, le Hopkinsville Kentuckian nota que les observations de Slipher, « favorisent l’idée que les calottes blanches autour des pôles de Mars sont composées de neige plutôt que de givre.», et que « les conditions prévalentes de Mars sont ceux d’un climat doux mais désertique, tel que le professeur Percival Lowell a affirmé qu’il en existe. 
L’intérêt de Lowell pour Mars, enhardi par les résultats de Slipher, s’est intensifié. En 1912, Slipher a aidé à installer un télescope de 13 000 pieds de haut dans les montagnes de San Francisco afin d’affiner ses mesures. Les efforts de Slipher ont abouti à une annonce en 1914 d’une confirmation supplémentaire de son hypothèse sur la vapeur d’eau. Le Washington, DC Evening Star a écrit que « bien que la quantité d’eau soit difficile à déterminer, les estimations la placent à environ un tiers de celle de l’atmosphère terrestre ». Alors que Slipher et Lowell n’ont jamais trouvé de Martiens sur la planète rouge, leurs découvertes ont établi des modèles atmosphériques qui sont encore corroborés par les scientifiques à ce jour.
Avec ses recherches sur Mars, Slipher ne faisait que commencer. Sa véritable passion était d’observer la position et les vitesses de la « nébuleuse spirale » et il a utilisé son temps libre loin de ses projets sur Mars pour faire avancer ses recherches. Ses premiers succès ont convaincu le Dr Lowell de consacrer du temps à cette recherche. Il est venu avec des résultats spectaculaires. 
En 1912, Slipher a commencé à enregistrer les résultats spectrographiques de la nébuleuse d’Andromède (maintenant connue sous le nom de galaxie d’Andromède) et a découvert qu’ils se déplaçaient vers le bleu, ce qui indiquait que la nébuleuse n’était « pas dans notre galaxie ». « D’où nous pouvons conclure », a observé Slipherdans ses découvertes publiées, « que la nébuleuse d’Andromède s’approche du système solaire à une vitesse d’environ 300 kilomètres par seconde ». Au cours des deux années suivantes, Slipher a également découvert que la nébuleuse d’Andromède tournait également pendant son voyage et a publié ces résultats dans un article ultérieur. De là, les résultats sont allés à la presse ; le Daily East Oregonian a publié les résultats dans son édition du 15 novembre 1915. Les Caldwell Watchmen de Columbia, en Louisiane, ont également rapporté que la nébuleuse se déplaçait à une vitesse sans précédent de « 186 miles par seconde ». Des articles similaires ont été publiés dans l’Ashland, l’Oregon Tidings et l’Albuquerque Evening Herald.
Slipher a finalement observé les vitesses de 15 nébuleuses, a partagé ses découvertes lors de la réunion de l’American Astronomical Society en 1914 et « a reçu un standing ovation ». Ses résultats furent ensuite publiés par la société en 1915, démontrant que la vitesse moyenne de ces nébuleuses était de 400 kilomètres par seconde. Quelques années plus tard, en 1921, Slipher découvrit une nébuleuse record appelée la nébuleuse de Dreyer (connue aujourd’hui sous le nom d’IC 447) qui s’éloignait de notre galaxie à 2 000 kilomètres par seconde ! Avec des nébuleuses se déplaçant à des vitesses et dans des directions différentes, les recherches de Slipher avaient lancé une conversation sur la nécessité de réévaluer la théorie statique de l’univers. Pourquoi ces nébuleuses agissaient-elles ainsi ?Arrive Edwin Hubble, l’avocat devenu astronome avec l’allure fringante d’une star de cinéma qui a poussé encore plus loin notre compréhension de l’univers (comme Slipher, Hubble avait également une connexion avec l’Indiana alors qu’il enseignait et entraînait le basket-ball à New Albany High School pendant l’année académique 1913-14). Comme l’a noté le physicien Lawrence Krauss, Hubble a utilisé les données de Slipher sur la nébuleuse spirale, combinées aux nouvelles observations qu’il a obtenues avec son collègue Milton Humason, pour postuler une nouvelle loi cosmologique. Ce nouveau théorème, appelé « loi de Hubble », affirmait qu’il existait une « relation directe entre la vitesse de récession et la distance des galaxies». En d’autres termes, plus une galaxie est éloignée, plus elle se déplace rapidement. Ces résultats vont à l’encontre des notions d’univers d’Isaac Newton et d’Albert Einstein, qui plaident pour un univers statique. Si Hubble avait raison, l’univers était en fait en expansion.
Pour tester cette idée, Hubble a commencé une nouvelle série d’expériences spectrographiques dans les années 1930. Le Muncie Post-Democrat a rapporté l’une de ces expériences le 25 novembre 1938 : La réponse [à la théorie de l’expansion], ont-ils dit, pourrait être trouvée lorsque le nouveau réflecteur de 200 pouces, coulé à Corning, NY, verrerie, sera terminé. Si l’univers est en expansion, le réflecteur géant en construction sur le mont Palomar, en Californie, peut indiquer le type d’expansion. Le nouveau miroir collectera quatre fois plus de lumière que le réflecteur Hooker de 100 pouces actuellement utilisé au mont Wilson.
Ces nouvelles expériences ont réaffirmé les conclusions antérieures de Hubble et le modèle expansionniste de l’univers est devenu le modèle standard. Les preuves étaient si accablantes qu’Einstein a changé d’avis et a accepté la théorie expansionniste. Comme pour son travail sur Mars, les premières observations de Slipher ont aidé à découvrir une découverte modifiant le champ et, comme l’a conclu le biographe William Hoyt, ses recherches « ont permis aux astronomes d’évaluer l’âge et les dimensions approximatifs de l’univers connu ».
Même après ses recherches capitales sur la nébuleuse spirale, Slipher a continué à être impliqué dans des découvertes clés. Par exemple, Slipher a aidé à la découverte de la planète (maintenant planète naine) Pluton ! Un article du 2 janvier 1920 dans le Coconino Sun rappelait que « le Dr. Slipher a déclaré qu’il croyait qu’il est vrai qu’il existe une planète non découverte. Cette croyance est due aux actions particulières d’Uranus, qui devient parfois vacillante dans sa course autour du soleil. Pour confirmer ces affirmations, Slipher a amené le jeune scientifique Clyde Tombaugh sur le projet en 1928. Après de nombreuses tentatives de photographier le corps inconnu, et Slipher l’a même raté sur certaines photographies télescopiques, Tombaugh a finalement découvert Pluton le 18 février 1930. Le New York Times rapporta plus tard la découverte le 16 avril 1930. «Déni du contraire», écrivit le Times, «Dr. VM Slipher, directeur de l’Observatoire Lowell [ici], pense que les preuves indiquent que la « Planète X » récemment découverte est la planète trans-neptunienne tant recherchée, et n’est pas une comète. Alors que Tombaugh obtient à juste titre le mérite de la découverte, le travail acharné de Slipher pour aider le jeune scientifique devrait compter comme l’une de ses réalisations.
Slipher a pris sa retraite de l’Observatoire Lowell en 1952 et a passé les dernières années de sa vie impliqué dans des travaux astronomiques mineurs et des affaires communautaires avant de décéder en 1969, à l’âge de 94 ans. Bien qu’il ne s’agisse pas d’un nom familier, les réalisations de Slipher en astronomie sont légendaires, de sa découverte des conditions atmosphériques de Mars et de son aide à la découverte de Pluton à ses recherches révolutionnaires sur les nébuleuses spirales qui ont conduit à notre compréhension de l’univers en expansion. En bref, il a aidé la science, et à son tour l’humanité, à découvrir davantage les mystères du cosmos. Assez bien pour un garçon de ferme de Mulberry, Indiana.
Vesto Melvin Slipher (1875-1969)
https://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/cosmicengine/hubble.html
https://universalium.en-academic.com/288189/Slipher%2C_Vesto_Melvin
https://blog.history.in.gov/vesto-slipher-uncovering-the-cosmos/
https://phys-astro.sonoma.edu/brucemedalists/vm-slipher