Cecilia Payne-Gaposchkin (nacida Cecilia Helena Payne ; 10 de mayo de 1900 - 7 de diciembre de 1979) fue una astrónoma y astrofísica británica-estadounidense . En su tesis doctoral de 1925 propuso que las estrellas estaban compuestas principalmente de hidrógeno y helio . [1] Su innovadora conclusión fue rechazada inicialmente, porque contradecía la ciencia de la época, que sostenía que no existían diferencias elementales significativas que distinguieran al Sol de la Tierra. Observaciones independientes finalmente demostraron que estaba en lo cierto. Su trabajo sobre la naturaleza de las estrellas variables fue fundamental para la astrofísica moderna. [1] [2] [3]
Cecilia Helena Payne fue una de los tres hijos nacidos en Wendover en Buckinghamshire, Inglaterra, [4] de Emma Leonora Helena (née Pertz) y Edward John Payne , un abogado, historiador y músico de Londres que había sido becario de Oxford . [5] Su madre provenía de una familia prusiana y tenía dos tíos distinguidos, el historiador Georg Heinrich Pertz y el escritor swedenborgiano James John Garth Wilkinson ; [6] su hermana Florence era pianista. [5] El padre de Cecilia Payne murió cuando ella tenía cuatro años, lo que obligó a su madre a criar a la familia sola.
Cecilia Payne comenzó su educación formal en Wendover en una escuela privada dirigida por Elizabeth Edwards. Cuando Cecilia tenía doce años, su madre se mudó a Londres por el bien de la educación de Humfry , el hermano de Cecilia , quien más tarde se convirtió en arqueólogo. Cecilia asistió al St Mary's College, Paddington, donde no pudo estudiar muchas matemáticas o ciencias, pero en 1918 cambió de escuela para la St Paul's Girls' School . Allí, Gustav Holst , que enseñaba música en la escuela, la instó a seguir una carrera en música, pero ella prefirió centrarse en la ciencia. Al año siguiente ganó una beca que pagó todos sus gastos en el Newnham College , Universidad de Cambridge , donde inicialmente estudió botánica, física y química, pero abandonó la botánica después de su primer año. [5]
Su interés por la astronomía comenzó después de asistir a una conferencia de Arthur Eddington en su expedición de 1919 a la isla de Príncipe en el Golfo de Guinea frente a la costa oeste de África para observar y fotografiar las estrellas cerca de un eclipse solar como prueba de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein . [7] Ella dijo de la conferencia: "El resultado fue una transformación completa de mi imagen del mundo. [...] Mi mundo había sido tan sacudido que experimenté algo muy parecido a un colapso nervioso". [8] : 117 Completó sus estudios, pero no le otorgaron un título debido a su sexo; Cambridge no otorgó títulos a mujeres hasta 1948. [9]
Payne se dio cuenta de que su única opción profesional en el Reino Unido era convertirse en maestra, por lo que buscó becas que le permitieran mudarse a los Estados Unidos. Después de ser presentada a Harlow Shapley , el director del Observatorio de la Universidad de Harvard , donde acababa de establecer un programa de posgrado en astronomía, abandonó Inglaterra en 1923. [7] Esto fue posible gracias a una beca para alentar a las mujeres a estudiar en el observatorio. Adelaide Ames se había convertido en la primera estudiante en la beca en 1922; la segunda fue Payne. Fue descrita por Lawrence H. Aller como una de las "personas más capaces y emprendedoras" del grupo de Shapley. [10]
Shapley persuadió a Payne para que escribiera una tesis doctoral, y así en 1925 se convirtió en la primera persona en obtener un doctorado en astronomía del Radcliffe College de la Universidad de Harvard . [7] [11] El título de su tesis fue Atmósferas estelares: una contribución al estudio observacional de altas temperaturas en las capas reversibles de las estrellas . [12] [1]
Payne fue capaz de relacionar con precisión las clases espectrales de las estrellas con sus temperaturas reales aplicando la teoría de ionización del físico indio Meghnad Saha . Demostró que la gran variación en las líneas de absorción estelar se debía a diferentes cantidades de ionización a diferentes temperaturas, no a diferentes cantidades de elementos. Descubrió que el silicio , el carbono y otros metales comunes vistos en el espectro del Sol estaban presentes en aproximadamente las mismas cantidades relativas que en la Tierra, de acuerdo con la creencia aceptada en la época, que sostenía que las estrellas tenían aproximadamente la misma composición elemental que la Tierra. Sin embargo, descubrió que el helio y particularmente el hidrógeno eran mucho más abundantes (para el hidrógeno, por un factor de aproximadamente un millón). [13] Su tesis concluyó que el hidrógeno era el constituyente abrumador de las estrellas, lo que lo convertía en el elemento más abundante en el Universo. [14]
Sin embargo, cuando se revisó la disertación de Payne, Henry Norris Russell , un astrónomo preeminente de la época, que defendía las teorías del físico estadounidense Henry Rowland , la disuadió de concluir que la composición del Sol era predominantemente hidrógeno porque contradeciría el consenso científico de la época de que la composición elemental del Sol y la Tierra eran similares. [15] En 1914, había escrito en un artículo académico:
La concordancia entre las listas solar y terrestre es tal que confirma con mucha fuerza la opinión de Rowland de que, si la corteza terrestre se elevara a la temperatura de la atmósfera del Sol, daría un espectro de absorción muy similar. Los espectros del Sol y otras estrellas eran similares, por lo que parecía que la abundancia relativa de elementos en el universo era similar a la de la corteza terrestre. [16]
En consecuencia, Russell calificó sus resultados de "espurios". [12] : 186 [14] Unos años más tarde, el astrónomo Otto Struve describió su trabajo como "la tesis doctoral más brillante jamás escrita en astronomía". [17] Russell también se dio cuenta de que ella tenía razón cuando dedujo los mismos resultados por medios diferentes. En 1929, publicó sus hallazgos en un artículo que reconocía brevemente el trabajo y descubrimiento anteriores de Payne, incluida la mención de que "[l]a determinación previa más importante de la abundancia de los elementos por medios astrofísicos es la de la señorita Payne [...]". [18] Sin embargo, en general se le atribuyó el mérito de las conclusiones a las que había llegado cuatro años antes. [19] [20] [21]
Las proporciones aceptadas para el hidrógeno y el helio en la Vía Láctea son ~74% de hidrógeno y ~24% de helio, lo que confirma los resultados de los cálculos de Payne-Gaposchkin de 1925. [22]
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Después de su doctorado, Payne estudió estrellas de alta luminosidad para comprender la estructura de la Vía Láctea . Más tarde, examinó todas las estrellas más brillantes que la décima magnitud . Luego estudió las estrellas variables , realizando más de 1.250.000 observaciones con sus asistentes. Este trabajo se extendió más tarde a las Nubes de Magallanes , añadiendo otras 2.000.000 de observaciones de estrellas variables. Estos datos se utilizaron para determinar las trayectorias de la evolución estelar . Publicó sus conclusiones en su segundo libro, Las estrellas de alta luminosidad (1930). [13] Sus observaciones y análisis de estrellas variables, realizados con su marido, Sergei Gaposchkin, sentaron las bases de todo el trabajo posterior sobre dichos objetos. [1]
Payne-Gaposchkin se mantuvo activa científicamente durante toda su vida, y pasó toda su carrera académica en Harvard. Cuando empezó, las mujeres tenían prohibido ser profesoras en Harvard, por lo que pasó años haciendo trabajos de investigación menos prestigiosos y mal pagados. Sin embargo, su trabajo dio lugar a varios libros publicados, entre ellos The Stars of High Luminosity (1930), Variable Stars (1938) y Variable Stars and Galactic Structure (1954). Shapley había hecho esfuerzos para mejorar su posición, y en 1938 se le dio el título de "astrónoma". A petición de Payne, su título fue cambiado más tarde a Phillips Astronomer, un puesto dotado que la convertiría en una "oficial de la universidad"; para obtener la aprobación de su título, Shapley aseguró a la universidad que dar a Payne-Gaposchkin este puesto no la haría equivalente a una profesora, pero presionó en privado para que el puesto se convirtiera más tarde en una cátedra explícita como "profesora Phillips de astronomía". [8] : 225 [23] [24] Fue elegida miembro de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias en 1943. [25] Sus cursos no fueron registrados en el catálogo de la Universidad de Harvard hasta 1945. [1]
Cuando Donald Menzel se convirtió en director del Observatorio de Harvard College en 1954, intentó mejorar su nombramiento, y en 1956 se convirtió en la primera mujer en ser promovida a profesora titular dentro del cuerpo docente de la Facultad de Artes y Ciencias de Harvard . [7] Fue nombrada Profesora Phillips de Astronomía en 1958. [24] Más tarde, con su nombramiento como Presidenta del Departamento de Astronomía, también se convirtió en la primera mujer en dirigir un departamento en Harvard. [14]
Entre sus alumnos se encontraban Helen Sawyer Hogg , Joseph Ashbrook , Frank Drake , Harlan Smith y Paul W. Hodge , todos ellos con importantes contribuciones a la astronomía. [26] También supervisó a Frank Kameny [27] y Owen Gingerich . [28]
Payne-Gaposchkin se retiró de la docencia activa en 1966 y posteriormente fue nombrada profesora emérita de Harvard. [2] Continuó su investigación como miembro del personal del Observatorio Astrofísico Smithsoniano , además de editar las revistas y libros publicados por el Observatorio de Harvard durante diez años. [29] Editó y publicó las conferencias de Walter Baade como Evolution of Stars and Galaxies (1963). [30]
La carrera de Payne marcó un punto de inflexión en el Observatorio de Harvard College. Bajo la dirección de Harlow Shapley y el Dr. EJ Sheridan (a quien Payne-Gaposchkin describió como un mentor [8] ), el observatorio ya había ofrecido más oportunidades en astronomía a las mujeres que otras instituciones. Esto fue evidente en los logros alcanzados a principios de siglo por Williamina Fleming , Antonia Maury , Annie Jump Cannon y Henrietta Swan Leavitt . Sin embargo, con el doctorado de Payne, las mujeres entraron en la corriente principal. [31]
El camino que abrió en una comunidad científica dominada en gran medida por los hombres fue una inspiración para muchos. Por ejemplo, se convirtió en un modelo a seguir para la astrofísica Joan Feynman . La madre y la abuela de Feynman la habían disuadido de dedicarse a la ciencia, ya que creían que las mujeres no eran físicamente capaces de comprender los conceptos científicos. [32] [33] [34] Feynman se inspiró en Payne-Gaposchkin cuando se encontró con su trabajo en un libro de texto de astronomía. Ver la investigación publicada de Payne-Gaposchkin convenció a Feynman de que, de hecho, podía seguir sus pasiones científicas. [32]
Al aceptar el premio Henry Norris Russell de la Sociedad Astronómica Americana , Payne habló de su pasión de toda la vida por la investigación: "La recompensa del joven científico es la emoción de ser la primera persona en la historia del mundo en ver algo o entender algo. Nada puede compararse con esa experiencia [...] La recompensa del viejo científico es la sensación de haber visto un boceto vago convertirse en un paisaje magistral". [35]
En su autobiografía, Payne cuenta que mientras estaba en la escuela creó un experimento sobre la eficacia de la oración al dividir sus exámenes en dos grupos, rezando por el éxito solo en uno, mientras que el otro era un grupo de control. Obtuvo las calificaciones más altas en el último grupo. [8] : 97 Más tarde, se volvió agnóstica. [36]
En 1931, Payne se convirtió en ciudadana de los Estados Unidos, por lo que tenía ciudadanía conjunta tanto del Reino Unido como de los Estados Unidos. En un viaje por Europa en 1933, conoció al astrofísico nacido en Rusia Sergei I. Gaposchkin en Alemania. Ella lo ayudó a obtener una visa para los Estados Unidos y se casaron en marzo de 1934, estableciéndose en la histórica ciudad de Lexington, Massachusetts , a un corto viaje en automóvil desde Harvard. Payne agregó el apellido de su esposo al suyo, y los Payne-Gaposchkin tuvieron tres hijos: Edward, Katherine y Peter. La hija de Payne la recuerda como "una costurera inspirada, una tejedora inventiva y una lectora voraz". Payne y su familia eran miembros de la Primera Iglesia Unitaria en Lexington, donde Cecilia enseñaba en la escuela dominical. También era activa con los cuáqueros . [37] Murió en su casa de Cambridge, Massachusetts, el 7 de diciembre de 1979, a los 79 años. Poco antes de su muerte, Payne hizo imprimir de forma privada su autobiografía con el título The Dyer's Hand . Más tarde se reimprimió con el título Cecilia Payne-Gaposchkin: An Autobiography and Other Recollections . [8]
El hermano menor de Payne, Humfry Payne (1902-1936), que se casó con la autora y crítica de cine Dilys Powell , se convirtió en director de la Escuela Británica de Arqueología en Atenas , donde murió en 1936, a los 34 años . [38] La nieta de Payne, Cecilia Gaposchkin, es profesora de historia cultural medieval tardía e historia francesa en el Dartmouth College , New Hampshire. [39] [40] [41]
Libros académicos publicados:
Artículos de investigación importantes:
Payne, Humfrey Gilbert Garth... figura única del histórico Edward John Payne y su moglie Emma Leonora Helena Pertz, nipote de Georg Heinrich Pertz, el curador de los "Monumenta Germaniae Historica", y de James John Garth Wilkinson, el discépolo de Swedishborg .
Como en realidad obtuvo mejores notas en el grupo de los que no rezaban, se convirtió en una devota agnóstica y siguió siendo así.
Un artículo de septiembre de 1956 en
The Christian Register
publicado por la Asociación Unitaria Estadounidense anunció su nombramiento y la describió como miembro de la Primera Parroquia e Iglesia de la denominación en Lexington, Massachusetts.
