Cecilia Payne

La recompensa del científico joven es la emoción de ser la primera persona en la historia del mundo que ve o entiende algo. Nada se puede comparar con esa experiencia


Cecilia Payne-Gaposchkin es considerada una de las más grandes astrónomas del siglo XX. Entre sus principales contribuciones a la astronomía destacan el descubrimiento de la composición química de las estrellas. En especial, que el hidrógeno y el helio son los elementos más abundantes de estrellas y del universo.

Nacida en Reino Unido el 10 de mayo de 1.900. Era hija de un importante músico e historiador londinense, no recibió ningún impedimento por parte de su familia para dedicarse a la ciencia, por lo que comenzó estudiando botánica, física y química en la Universidad de Cambridge. En la Inglaterra de 1920 las mujeres tenían prohibido conseguir títulos superiores en ciencias pero Cecilia Payne había acudido a una conferencia del Astrónomo Sr Arthur Erington, el primer astrónomo en aportar pruebas que acreditaban la Relatividad General de Einstein. Al despertar su interés por la astronomía decidió emigrar a EEUU donde las mujeres tenían libertar para estudiar ciencias. Aceptaron su solicitud en la Universidad de Hardware.

En 1.925, obtuvo su doctorado en astronomía con motivo de su trabajo de tesis, titulado “atmósferas estelares, una contribución al estudio de observación de las altas temperaturas en las capas inversoras de estrellas”.

Para su tesis doctoral, Cecilia utilizó la teoría de la ionización de Meghnad Saha y relacionó el espectro de las estrellas con su temperatura absoluta, concluyendo finalmente que su componente principal era el hidrógeno.
Esta conclusión fue criticada y deshechada inicialmente por el astrónomo Edward Russell que posteriormente reconoció que se trataba de la “la tesis doctoral en astronomía más brillante de la historia”, por lo que se ganó una gran reputación entre aquellos que se dedicaban a esta rama de la ciencia.

A pesar de su brillante tesis, no sería hasta 1.938 cuando se le concedió el título de astrónoma.  Posteriormente todo cambio convirtiéndose en la primera mujer profesora asociada de Harvard y, poco después, en la primera jefa de departamento del mismo centro.
Todo esto le valió varios reconocimientos, como el Premio Annie J. Cannon de astronomía y la lectura del Henry Norris Russel de la American Astronomical Society, recibido en 1.976.
Poco después, en 1.979, falleció dejando una magnífica carera científica y un asteroide bautizado con su nombre.

 

La investigación

Cecilia Payne fue contratada en el observatorio de Harvard por Harold Shapley y su trabajo supervisado por el célebre astrónomo Edward Russell. Aplicó los métodos de Fowler y Milne al enorme archivo espectral de Harvard, centrándose por sugerencia de Russell en las estrellas gigantes. Calculando donde deberían aparecer las líneas del hidrógeno a distintas temperaturas, Payne observó que las diferencias que se observaban entre los espectros de distintas estrellas correspondían a diferencias de temperatura entre ellas (lo que provocaba diferente grado de ionización) y no a diferencias de composición. Para el análisis de los espectros, la luz emitida por las estrellas se pasaba por un prisma que descomponía su imagen formando unas líneas espectrales que serían utilizadas para el análisis de los elementos de las estrellas.

El siguiente paso fue calcular la composición de las estrellas y aquí encontró un resultado sorprendente. Por ejemplo, a la temperatura de la superficie del Sol, unos 5.800 Kelvin y de acuerdo a la composición que se estimaba entonces, todos los átomos del hidrógeno y de helio, deberían haber perdido su electrón, convirtiéndose en iones y por tanto no dando la línea absorción correspondiente. Sin embargo, el espectro del Sol tenía una muy fuerte representación precisamente para las líneas de estos elementos. Payne calculó la abundancia de átomos de hidrógeno necesarios para proporcionar esta intensidad de línea a esta temperatura y la cantidad que obtuvo era enorme, en las estrellas debería haber una concentración de hidrógeno y helio, superior al 98% de su masa total.

Payne había estado enviando borradores de su trabajo a Russell y cuando este pudo analizarlos profundamente, en especial las estimaciones de Payne sobre abundancias relativas de hidrógeno y helio, le aconsejo cautela a la hora de publicarlos, dado lo revolucionario de los mismos. Russell, a pesar de aceptar la validez y el rigor científico de las técnicas y los cálculos empleados por Payne, afirmaba que “es claramente imposible que el hidrógeno sea un millón de veces más abundante que los metales”. (los astrónomos llaman metales a todos los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio). Payne asumió las razones de Russell y en su tesis presentó sus conclusiones como una consecuencia directa de la metodología empleada y afirmó, citando como fuente a Russell, que sus resultados sobre la abundancia de hidrógeno y helio en las estrellas eran “casi seguro no reales”. A pesar de su oposición, Russell aprobó la tesis de Payne en su totalidad.

Sin embargo, en aquella época, fue Russell el que se llevó los aplausos por el descubrimiento de la superabundancia del hidrógeno. Irónicamente, fue el mismo Russell quien, cuatro años más tarde, convenció a la comunidad astronómica de que, como había inferido su pupila, todas las estrellas tienen abundancias químicas muy similares, donde hidrógeno y helio aglutinan el 99% y que, por ende, el hidrógeno es el elemento más abundante del Universo.