Din ce sunt făcute stelele? Răspunsul l-a dat Cecilia Payne Gaposchkin în 1925

Cecilia Payne-Gaposchkin (1900 – 1979) a fost o astrofiziciană britanico-americană care a adus contribuții semnificative în domeniul astronomiei. Născută la 10 martie 1900, în Wendover, Buckinghamshire, Anglia, Payne-Gaposchkin a fost prima persoană care a dedus că stelele sunt compuse în principal din hidrogen și heliu.

De asemenea, Cecilia Payne a fost prima persoană cu doctorat în astronomie (1925, la Radcliffe College, filiala feminină a Universității Harvard), o realizare nu doar îndrăzneață la acea vreme, dar și revoluționară.

Călătoria lui Payne-Gaposchkin spre a deveni un astrofizician renumit a început la vârsta de doar 19 ani, când s-a înscris la Colegiul Bedford al Universității din Londra pentru a studia matematica și fizica. În 1923, a primit o bursă pentru a-și continua studiile la Radcliffe College, care era afiliat la Universitatea Harvard, tot acolo terminându-și masteratul în 1926 și doctoratul în 1927, sub îndrumarea eminentului astronom Harlow Shapley.

S-a confruntat cu rezistență și scepticism

Payne a examinat spectrele stelelor și a stabilit o legătură între modelele de linii observate și condițiile fizice ale stelelor. Iar ceea ce a descoperit esențial a fost că hidrogenul și heliul erau cele mai abundente elemente din compoziția stelelor. Descoperirea Ceciliei a fost controversată la acea vreme deoarece prin teza ei contesta convingerea predominantă de atunci conform căreia compoziția stelelor era similară cu cea a Pământului.

În ciuda importanței muncii sale, Payne-Gaposchkin s-a confruntat cu rezistență și scepticism din partea colegilor ei, reacții determinate nu doar de ideile preconcepute ale timpului, dar și din cauza faptului că Payne era femeie (una foarte tânără chiar), motive suficiente pentru mulți din jurul ei să nu o ia în serios.  La acea vreme, femeile erau în minoritate în domeniile științifice, pentru ele fiind mai dificil să obțină recunoaștere și acceptare într-o disciplină dominată de bărbați precum astronomia.

Cel mai abundent element din stele

Teza lui Payne, intitulată „Stellar Atmospheres, A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars” (Atmosfere stelare, o contribuție la studiul observațional al temperaturii ridicate în straturile de inversare ale stelelor), a adus contribuții semnificative la înțelegerea compoziției și structurii stelare. Prin examinarea atentă a spectrelor diferitelor stele, Cecilia Payne a descoperit că se poate determina cantitatea relativă a diferitelor elemente din stele prin studierea intensității anumitor linii spectrale.

Așa cum deja am menționat, la acea vreme se credea în general că stelele au o compoziție similară cu cea a Pământului, cu o proporție mare de elemente grele, precum fierul. Cu toate acestea, analiza lui Payne a spectrelor stelare a dus-o pe aceasta către o concluzie diferită. Cecilia Gaposchkin a descoperit că liniile spectrale ale hidrogenului erau mult mai puternice decât cele ale oricărui alt element din stelele studiate de ea, lucru ce a determinat-o  să propună că hidrogenul era cel mai abundent element din stele, contrar opiniei dominante.

Supervizorul lui Payne, Harlow Shapley, și proeminentul astronom Henry Norris Russell au recunoscut valoarea tezei sale și implicațiile acesteia pentru înțelegerea noastră privind compoziția stelară, deși inițial nu fuseseră de acord cu concluzia ei conform căreia hidrogenul era cea mai importantă componentă a stelelor. Teoria celor doi încuraja ideea că intensitatea observată a liniilor de hidrogen în spectrele stelare putea fi explicată de prezența altor factori, cum ar fi temperaturile sau presiunile ridicate din interiorul stelelor.

Descoperirile revoluționare ale lui Payne au fost confirmate

Descoperirile lui Payne au fost ghidate de teoria ionizării dezvoltată de fizicianul indian Meghnad Saha care oferise un cadru pentru înțelegerea relației dintre spectrele observate ale atmosferelor stelare și temperatura, presiunea și compoziția acestora. Payne a folosit teoria lui Saha pentru a-și interpreta observațiile și pentru a argumenta abundența hidrogenului în stele.

În timp, descoperirile revoluționare ale lui Payne au fost confirmate de alte cercetări și observații științifice, astfel că în prezent este larg acceptat faptul că hidrogenul este într-adevăr cel mai abundent element din stele și că joacă un rol crucial în structura și evoluția acestora.

Cecilia Payne Gaposchkin a crescut într-o familie înstărită cu o gamă largă de interese în afara casei, ceea ce era destul de neobișnuit în societatea clasei superioare a Angliei edwardiene, ea fiind cea mai mare dintre cei trei copii ai familiei. Tatăl Ceciliei, Edward, era o personalitate respectată. Membru al Universității Oxford, muzician, istoric, avocat și judecător. Pe de altă parte, mama Ceciliei, Emma, a fost o artistă care provenea dintr-o familie germană bine educată, asigurând-se ca toți copiii să primească o educație aleasă.

Prima femeie care a primit Premiul Henry Norris Russell

În 1923, Cecilia Payne a părăsit Anglia pentru a se muta în Statele Unite (acolo unde și-a petrecut restul vieții), după ce Harlow Shapley, noul director al Observatorului de la Harvard College, i-a oferit o bursă de studii.

În 1925, la vârsta de 26 de ani, Cecilia Payne și-a finalizat doctoratul în astronomie la Colegiul Radcliffe (în prezent parte a Universității Harvard), îndrumătorul ei, astronomul Henry Norris Russell, recunoscându-i într-un final valoarea muncii.

Tot în 1925, Cecilia Payne a devenit prima femeie care a primit Premiul Henry Norris Russell acordat de Societatea Astronomică Americană, în semn de recunoaștere a cercetărilor remarcabile în domeniul astronomiei.

În 1933, Payne a călătorit în Europa pentru a-l întâlni pe astronomul rus Boris Gerasimovici, care lucrase anterior la Harvard College Observatory și pe care dorea să-l implice în scrierea unei cărți despre stelele variabile. La Göttingen, în Germania, l-a întâlnit pe Serghei Gaposchkin, un astronom rus care nu s-a putut întoarce în Uniunea Sovietică din cauza politicii sale. Payne a reușit să îi găsească un post la Harvard. În 1934, cei doi s-au căsătorit, colaborând deseori la studii asupra stelelor variabile. A fost numită conferențiar de astronomie în 1938 dar, deși a predat cursuri, acestea nu au fost listate în catalogul Harvard decât după cel de-Al Doilea Război Mondial.

Prima femeie numită profesor la Universitatea Harvard

În 1938, Cecilia Payne Gaposchkin a devenit prima femeie numită profesor la Universitatea Harvard. De asemenea, a fost numită președinte al Departamentului de Astronomie în 1956, fiind astfel prima femeie care a ocupat o astfel de poziție la Harvard.

Payne-Gaposchkin a efectuat peste 1.250.000 de observații ale stelelor variabile, care au furnizat date valoroase pentru studierea comportamentului și evoluției acestora. Observațiile lui Gaposchkin nu s-au limitat la Calea Lactee, ea și-a extins cercetările inclusiv asupra Norilor lui Magellan, o pereche de mici galaxii satelit ale Căii Lactee.

Atunci când Payne-Gaposchkin s-a alăturat pentru prima dată Harvard, în 1927, a lucrat ca asistent tehnic al lui Harlow Shapley, directorul Observatorului de la Harvard College la acea vreme, însă nu deținea o poziție oficială. Curând, însă, Shapley i-a recunoscut potențialul și a sprijinit-o în mod activ pentru a avansa în carieră, astfel în 1938, a fost numită „astronom”, ceea ce a marcat o promovare semnificativă și o recunoaștere a realizărilor sale științifice.

În 1943, a fost aleasă în Academia Americană de Arte și Științe, o onoare prestigioasă în lumea academică.

Cecilia Payne a decedat în 1979  (la 7 decembrie), însă contribuțiile sale aduse științei au continuat să fie recunoscute postum. Realizările remarcabile și barierele pe care le-a spulberat de-a lungul timpului au inspirat multe persoane, în special femei, să urmeze o carieră în domeniul științelor.

Surse:

https://www.britannica.com/biography/Cecilia-Payne-Gaposchkin

https://www.discoverwalks.com/blog/england/top-10-incredible-facts-about-cecilia-payne-gaposchkin/

https://www.amnh.org/learn-teach/curriculum-collections/cosmic-horizons-book/cecilia-payne-profile

Vă mai recomandăm să citiți și:

Telescopul Gemini a făcut o descoperire neașteptată despre stelele binare gigantice

Astronomii au descoperit că stelele „mănâncă” planete

Un observator astronomic din România a surprins un obiect care gonește printre stele

Astronomii au descoperit că stelele se deplasează mai încet la marginea Căii Lactee