Cecilia Payne-Gaposchkin

Tu recompensa será el ensanchamiento del horizonte conforme asciendas. Y si logras esa recompensa, no pedirás ninguna otra.

Cecilia Helena Payne-Gaposchkin fue una astrónoma y astrofísica nacida en Gran Bretaña, residente en Estados Unidos, quien propuso en su tesis doctoral de 1925 que las estrellas estaban compuestas principalmente de hidrógeno y helio. Su conclusión innovadora fue inicialmente rechazada porque contradecía la sabiduría científica de la época, que sostenía que no había diferencias elementales significativas entre el Sol y la Tierra. Observaciones independientes eventualmente probaron que tenía razón.

Primeros años

Cecilia Helena Payne fue una de tres hijos nacidos en Wendover en Buckinghamshire, Inglaterra, de Emma Leonora Helena née Pertz y Edward John Payne, un abogado de Londres, historiador y músico que había sido becario de Oxford. 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; su hermana Florence era pianista. El padre de Cecilia Payne murió cuando ella tenía cuatro años, obligando a su madre a criar a la familia por su cuenta.

Cecilia Payne comenzó la escuela en Wendover en una escuela privada dirigida por Elizabeth Edwards. Cuando tenía doce años, su madre se mudó a Londres por la educación del hermano de Cecilia, Humfry, quien posteriormente se convirtió en arqueólogo. Cecilia asistió a St Mary's College, Paddington, donde no pudo estudiar mucha matemática o ciencia, pero en 1918 cambió de escuela a St Paul's Girls' School. Allí Gustav Holst, quien enseñaba música en la escuela, le instó a perseguir una carrera en música, pero ella prefirió enfocarse en la ciencia. Al año siguiente ganó una beca que pagó todos sus gastos en Newnham College, Universidad de Cambridge, donde inicialmente estudió botánica, física y química pero abandonó la botánica después de su primer año. Su interés en la astronomía comenzó después de asistir a una conferencia de Arthur Eddington sobre su expedición de 1919 a la isla de Príncipe en el Golfo de Guinea frente a la costa occidental 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. Dijo de la conferencia: "El resultado fue una transformación completa de mi visión del mundo. Mi mundo había sido tan sacudido que experimenté algo muy parecido a un colapso nervioso". Completó sus estudios, pero no le fue otorgado un grado debido a su sexo; Cambridge no concedió grados a mujeres hasta 1948.

Payne se dio cuenta de que su única opción de carrera en el Reino Unido era convertirse en maestra, por lo que buscó becas que le permitieran mudarse a Estados Unidos. Después de ser presentada a Harlow Shapley, el Director del Observatorio de Harvard College, donde acababa de establecer un programa de posgrado en astronomía, dejó Inglaterra en 1923. 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 de la beca en 1922; la segunda fue Payne.

Tesis doctoral

Shapley persuadió a Payne a escribir una disertación doctoral, y así en 1925 se convirtió en la primera persona en obtener un doctorado en astronomía de Radcliffe College de la Universidad de Harvard. El título de su tesis fue Stellar Atmospheres; A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars.

Payne pudo relacionar con precisión las clases espectrales de las estrellas con sus temperaturas reales aplicando la teoría de ionización desarrollada por el físico indio Meghnad Saha. Mostró que la gran variación en las líneas de absorción estelares se debía a diferentes cantidades de ionización a diferentes temperaturas, no a diferentes cantidades de elementos. Encontró que el silicio, carbono y otros metales comunes vistos en el espectro del Sol estaban presentes en aproximadamente las mismas cantidades relativas que en la Tierra, en acuerdo con la creencia aceptada de la época, que sostenía que las estrellas tenían una composición elemental aproximadamente igual a la de la Tierra. Sin embargo, encontró que el helio y particularmente el hidrógeno eran vastamente más abundantes para el hidrógeno, por un factor de aproximadamente un millón. Su tesis concluyó que el hidrógeno era el constituyente abrumador de las estrellas ver Metalicidad, lo que lo convierte en el elemento más abundante del Universo.

Sin embargo, cuando la disertación de Payne fue revisada, el astrónomo Henry Norris Russell, quien respaldaba las teorías del físico estadounidense Henry Rowland, la disuadió de concluir que la composición del Sol era predominantemente hidrógeno porque contradiría el consenso científico actual de que la composición elemental del Sol y la Tierra eran similares. En 1914, había escrito en un artículo académico:

El acuerdo de las listas solar y terrestre es tal que confirma muy fuertemente la opinión de Rowland de que, si la corteza terrestre fuera elevada 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 como la de la corteza terrestre.

El acuerdo de las listas solar y terrestre es tal que confirma muy fuertemente la opinión de Rowland de que, si la corteza terrestre fuera elevada 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 como la de la corteza terrestre.

Payne consecuentemente describió sus resultados como "espurios". Algunos años después, el astrónomo Otto Struve describió su trabajo como "la tesis doctoral más brillante jamás escrita en astronomía". Russell también se dio cuenta de que tenía razón cuando derivó los mismos resultados por diferentes medios. En 1929, publicó sus hallazgos en un artículo que admirablemente reconocía el trabajo anterior y descubrimiento de Payne; sin embargo, a menudo se le acredita las conclusiones que ella alcanzó.

Carrera

Después de su doctorado, Payne estudió estrellas de alta luminosidad para entender la estructura de la Vía Láctea. Posteriormente estudió todas las estrellas más brillantes que la décima magnitud. Luego estudió estrellas variables, realizando más de 1.250.000 observaciones con sus asistentes. Este trabajo posteriormente se extendió a las Nubes de Magallanes, añadiendo 2.000.000 observaciones más de estrellas variables. Estos datos fueron utilizados para determinar las trayectorias de la evolución estelar. Publicó sus conclusiones en su segundo libro, The Stars of High Luminosity 1930. Sus observaciones y análisis de estrellas variables, llevadas a cabo con su esposo, Sergei Gaposchkin, sentaron las bases para todo el trabajo posterior sobre tales objetos.

Payne-Gaposchkin permaneció científicamente activa durante toda su vida, pasando su toda su carrera académica en Harvard. Cuando comenzó, las mujeres estaban excluidas de convertirse en profesoras en Harvard, por lo que pasó años haciendo trabajos de investigación menos prestigiosos y mal pagados. Sin embargo, su trabajo resultó en varios libros publicados, incluyendo 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 le fue dado el título de "Astrónoma." A solicitud de Payne, su título fue posteriormente cambiado a Phillips Astrónoma. Fue elegida Miembro de la American Academy of Arts and Sciences en 1943. Sus cursos no fueron registrados en el catálogo de la Universidad de Harvard hasta 1945.

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 profesor titular desde dentro de la facultad en la Facultad de Artes y Ciencias de Harvard. Posteriormente, con su nombramiento a la Cátedra del Departamento de Astronomía, también se convirtió en la primera mujer en dirigir un departamento en Harvard.

Sus estudiantes incluyeron a Helen Sawyer Hogg, Joseph Ashbrook, Frank Drake, Harlan Smith y Paul W. Hodge, todos los cuales hicieron importantes contribuciones a la astronomía. También supervisó a Frank Kameny, quien se convirtió en un destacado defensor de los derechos de los homosexuales.

Payne-Gaposchkin se retiró de la enseñanza activa en 1966 y posteriormente fue nombrada Profesora Emérita de Harvard. Continuó su investigación como miembro del personal del Observatorio Astrofísico Smithsonian, así como editando las revistas y libros publicados por el Observatorio de Harvard durante veinte años.

Legado

La carrera de Payne marcó un punto de inflexión en el Observatorio de Harvard College. Bajo la dirección de Harlow Shapley y la Dra. E. J. Sheridan, a quien Payne-Gaposchkin describió como mentora, el observatorio ya había ofrecido más oportunidades en astronomía a las mujeres que otras instituciones, y logros notables habían sido realizados anteriormente en el 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.

El camino que abrió en la comunidad científica predominantemente masculina fue una inspiración para muchas. 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 perseguir la ciencia, ya que creían que las mujeres no eran físicamente capaces de entender conceptos científicos. Feynman fue posteriormente inspirada por Payne-Gaposchkin cuando encontró algo de su trabajo en un libro de texto de astronomía. Ver la investigación de Payne-Gaposchkin publicada de esta manera convenció a Feynman de que podía, de hecho, seguir sus pasiones científicas.

Al aceptar el Premio Henry Norris Russell de la American Astronomical Society, Payne habló de su pasión de por 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 científico viejo es la sensación de haber visto un bosquejo vago convertirse en un paisaje magistral."

Vida personal

En su autobiografía, Payne cuenta que mientras estaba en la escuela creó un experimento sobre la eficacia de la oración dividiendo sus exámenes en dos grupos, orando por el éxito solo en uno, siendo el otro un grupo de control. Obtuvo calificaciones más altas en el último grupo. Posteriormente, se convirtió en agnóstica.

En 1931, Payne se convirtió en ciudadana estadounidense. En un viaje por Europa en 1933, conoció al astrofísico nacido en Rusia Sergei I. Gaposchkin en Alemania. 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 corta distancia de Harvard. Payne añadió el apellido de su esposo al suyo propio, y los Payne-Gaposchkins 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 fueron miembros de la Primera Iglesia Unitaria en Lexington, donde Cecilia enseñaba la escuela dominical. También estaba activa con los Cuáqueros. Murió en su hogar en Cambridge, Massachusetts, el 7 de diciembre de 1979. Poco antes de su muerte, Payne hizo imprimir su autobiografía de forma privada como The Dyer's Hand. Posteriormente fue reimpresa como Cecilia Payne-Gaposchkin: An Autobiography and Other Recollections.

El hermano menor de Payne, Humfry Payne 1902–1936, quien se casó con la autora y crítica de cine Dilys Powell, se convirtió en director de la Escuela Británica de Arqueología en Atenas. La nieta de Payne, Cecilia Gaposchkin, es profesora de historia cultural medieval tardía e historia francesa en Dartmouth College.

Honores y premios

• Miembro elegido de Royal Astronomical Society mientras aún era estudiante en Cambridge 1923
• Premio Annie J. Cannon en Astronomía 1934 – primer receptor
• Miembro de la American Philosophical Society 1936
• Miembro de la American Academy of Arts and Sciences 1943
• Premio de Mérito de Radcliffe College 1952
• Medalla Rittenhouse de la Sociedad Astronómica Rittenhouse en el Franklin Institute 1961
• Profesora Emérita de la Universidad de Harvard 1967
• Cátedra de Conferencias Henry Norris Russell de la American Astronomical Society 1976
• Premio de Disertación Doctoral de la American Physical Society en Astrofísica renombrado Premio de Disertación Doctoral Cecilia Payne-Gaposchkin en Astrofísica 2018
• Grados Honorarios de la Universidad de Rutgers, Wilson College, Smith College, Western College, Colby College y el Women's Medical College of Pennsylvania
• Asteroide 2039 Payne-Gaposchkin nombrado en su honor
• El volcán Payne-Gaposchkin Patera en Venus lleva su nombre.
• Uno de los telescopios ASAS-SN desplegados en Sudáfrica fue nombrado en su honor.
• Medalla y Premio Cecilia Payne-Gaposchkin del Institute of Physics nombrado en su honor en 2008.

Bibliografía seleccionada

Libros académicos publicados:

• The Stars of High Luminosity 1930
• Variable Stars 1938
• Variable Stars and Galactic Structure 1954
• Introduction to Astronomy 1954
• The Galactic Novae 1957

Artículos de investigación significativos:

• —— 1936, "On the Physical Condition of the Supernovae", Proceedings of the National Academy of Sciences, 22 6: 332–6, Bibcode:1936PNAS...22..332P, doi:10.1073/pnas.22.6.332, JSTOR 86556, PMC 1076773, PMID 16588077
• Whipple, F. L.; —— 1936, "On the Bright Line Spectrum of Nova Herculis", Proceedings of the National Academy of Sciences, 22 4: 195–200, Bibcode:1936PNAS...22..195W, doi:10.1073/pnas