Cecilia Payne-Gaposchkin

Sua recompensa será o alargamento do horizonte conforme você sobe. E se você alcançar essa recompensa, não pedirá nenhuma outra.

Cecilia Helena Payne-Gaposchkin foi uma astrônoma e astrofísica nascida na Inglaterra e naturalizada americana que propôs em sua tese de doutorado de 1925 que as estrelas eram compostas primariamente de hidrogênio e hélio. Sua conclusão inovadora foi inicialmente rejeitada porque contradizia a sabedoria científica da época, que afirmava que não havia diferenças elementares significativas entre o Sol e a Terra. Observações independentes eventualmente provaram que ela estava certa.

Primeiros anos

Cecilia Helena Payne foi uma de três crianças nascidas em Wendover em Buckinghamshire, Inglaterra, filha de Emma Leonora Helena née Pertz e Edward John Payne, um advogado de Londres, historiador e músico que havia sido colega de Oxford. Sua mãe veio de uma família prussiana e teve dois tios ilustres, o historiador Georg Heinrich Pertz e o escritor swedenborgiano James John Garth Wilkinson; sua irmã Florence era pianista. O pai de Cecilia Payne morreu quando ela tinha quatro anos, forçando sua mãe a criar a família sozinha.

Cecilia Payne começou a escola em Wendover em uma escola particular dirigida por Elizabeth Edwards. Quando tinha doze anos, sua mãe se mudou para Londres pelo bem da educação do irmão de Cecilia, Humfry, que mais tarde se tornou arqueólogo. Cecilia frequentou St Mary's College, Paddington, onde não conseguiu estudar muito matemática ou ciência, mas em 1918 mudou de escola para St Paul's Girls' School. Lá foi encorajada por Gustav Holst, que ensinava música na escola, a seguir uma carreira em música, mas ela preferia focar em ciência. No ano seguinte, ganhou uma bolsa que pagava todas as suas despesas no Newnham College, Universidade de Cambridge, onde inicialmente estudou botânica, física e química, mas abandonou a botânica após seu primeiro ano. Seu interesse pela astronomia começou após assistir a uma palestra de Arthur Eddington sobre sua expedição de 1919 para a ilha de Príncipe no Golfo da Guiné, na costa oeste da África, para observar e fotografar as estrelas perto de um eclipse solar como teste da teoria geral da relatividade de Albert Einstein. Ela disse sobre a palestra: "O resultado foi uma transformação completa da minha imagem de mundo. Meu mundo havia sido tão abalado que experimentei algo muito parecido com um colapso nervoso." Ela completou seus estudos, mas não recebeu um diploma por causa de seu sexo; Cambridge não concedia diplomas às mulheres até 1948.

Payne percebeu que sua única opção de carreira no Reino Unido era se tornar professora, então procurou bolsas que a permitissem se mudar para os Estados Unidos. Após ser apresentada a Harlow Shapley, diretor do Harvard College Observatory, onde ele havia estabelecido um programa de pós-graduação em astronomia, ela deixou a Inglaterra em 1923. Isso foi possível graças a uma bolsa para encorajar mulheres a estudar no observatório. Adelaide Ames havia se tornado a primeira aluna da bolsa em 1922; Payne foi a segunda.

Tese de doutorado

Shapley persuadiu Payne a escrever uma dissertação de doutorado, e assim em 1925 ela se tornou a primeira pessoa a ganhar um PhD em astronomia do Radcliffe College da Universidade Harvard. O título de sua tese foi Stellar Atmospheres; A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars.

Payne foi capaz de relacionar com precisão as classes espectrais das estrelas às suas temperaturas reais aplicando a teoria de ionização desenvolvida pelo físico indiano Meghnad Saha. Ela mostrou que a grande variação nas linhas de absorção estelar era devida a quantidades variadas de ionização em diferentes temperaturas, não a diferentes quantidades de elementos. Ela descobriu que silício, carbono e outros metais comuns vistos no espectro do Sol estavam presentes em aproximadamente as mesmas quantidades relativas como na Terra, em concordância com a crença aceita da época, que afirmava que as estrelas tinham aproximadamente a mesma composição elementar que a Terra. Porém, ela descobriu que hélio e particularmente hidrogênio eram muito mais abundantes, para o hidrogênio, por um fator de cerca de um milhão. Sua tese concluiu que o hidrogênio era o constituinte predominante das estrelas veja Metalicidade, tornando-o o elemento mais abundante do Universo.

Porém, quando a dissertação de Payne foi revisada, o astrônomo Henry Norris Russell, que apoiava as teorias do físico americano Henry Rowland, a dissuadiu de concluir que a composição do Sol era predominantemente hidrogênio porque isso contradiria o consenso científico atual de que a composição elementar do Sol e da Terra eram semelhantes. Em 1914, ele havia escrito em um artigo acadêmico:

O acordo das listas solar e terrestre é tal que confirma muito fortemente a opinião de Rowland de que, se a crosta da Terra fosse elevada à temperatura da atmosfera do Sol, produziria um espectro de absorção muito semelhante. Os espectros do Sol e outras estrelas eram semelhantes, então parecia que a abundância relativa de elementos no universo era como a da crosta terrestre.

O acordo das listas solar e terrestre é tal que confirma muito fortemente a opinião de Rowland de que, se a crosta da Terra fosse elevada à temperatura da atmosfera do Sol, produziria um espectro de absorção muito semelhante. Os espectros do Sol e outras estrelas eram semelhantes, então parecia que a abundância relativa de elementos no universo era como a da crosta terrestre.

Payne consequentemente descreveu seus resultados como "espúrios". Alguns anos depois, o astrônomo Otto Struve descreveu seu trabalho como "a tese de PhD mais brilhante já escrita em astronomia". Russell também percebeu que ela estava certa quando derivou os mesmos resultados por meios diferentes. Em 1929, ele publicou suas descobertas em um artigo que admirou reconhecidamente o trabalho e descoberta anteriores de Payne; no entanto, ele é frequentemente creditado pelas conclusões que ela alcançou.

Carreira

Após seu doutorado, Payne estudou estrelas de alta luminosidade para entender a estrutura da Via Láctea. Mais tarde, ela fez uma pesquisa de todas as estrelas mais brilhantes que a décima magnitude. Então estudou estrelas variáveis, fazendo mais de 1.250.000 observações com suas assistentes. Este trabalho foi posteriormente estendido às Nuvens de Magalhães, adicionando mais 2.000.000 observações de estrelas variáveis. Esses dados foram usados para determinar os caminhos da evolução estelar. Ela publicou suas conclusões em seu segundo livro, The Stars of High Luminosity 1930. Suas observações e análise de estrelas variáveis, realizadas com seu marido, Sergei Gaposchkin, estabeleceram a base para todo o trabalho subsequente em tais objetos.

Payne-Gaposchkin permaneceu cientificamente ativa ao longo de sua vida, passando toda a sua carreira acadêmica em Harvard. Quando começou, as mulheres foram proibidas de se tornarem professoras em Harvard, então ela passou anos em trabalhos de pesquisa menos prestigiosos e mal remunerados. No entanto, seu trabalho resultou em vários livros publicados, incluindo The Stars of High Luminosity 1930, Variable Stars 1938 e Variable Stars and Galactic Structure 1954. Shapley havia feito esforços para melhorar sua posição, e em 1938 lhe foi dado o título de "Astrônoma." A pedido de Payne, seu título foi posteriormente alterado para Phillips Astronomer. Ela foi eleita Fellow da American Academy of Arts and Sciences em 1943. Seus cursos não foram registrados no catálogo da Universidade de Harvard até 1945.

Quando Donald Menzel se tornou diretor do Harvard College Observatory em 1954, ele tentou melhorar sua nomeação, e em 1956 ela se tornou a primeira mulher a ser promovida a professora titular dentro da faculdade na Faculdade de Artes e Ciências de Harvard. Mais tarde, com sua nomeação para a Cátedra do Departamento de Astronomia, ela também se tornou a primeira mulher a dirigir um departamento em Harvard.

Seus alunos incluíram Helen Sawyer Hogg, Joseph Ashbrook, Frank Drake, Harlan Smith e Paul W. Hodge, todos os quais fizeram contribuições importantes para a astronomia. Ela também supervisionou Frank Kameny, que se tornou um proeminente defensor dos direitos dos gays.

Payne-Gaposchkin se aposentou do ensino ativo em 1966 e foi subsequentemente nomeada Professora Emérita de Harvard. Continuou sua pesquisa como membro da equipe do Smithsonian Astrophysical Observatory, bem como editando os jornais e livros publicados pelo Harvard Observatory por vinte anos.

Legado

A carreira de Payne marcou um ponto de inflexão no Harvard College Observatory. Sob a direção de Harlow Shapley e Dra. E. J. Sheridan, a quem Payne-Gaposchkin descreveu como mentor, o observatório já havia oferecido mais oportunidades em astronomia para mulheres do que outras instituições, e realizações notáveis tinham sido alcançadas no início do século por Williamina Fleming, Antonia Maury, Annie Jump Cannon e Henrietta Swan Leavitt. Porém, com o PhD de Payne, as mulheres entraram na corrente principal.

O caminho que ela abriu na comunidade científica largamente dominada por homens foi uma inspiração para muitos. Por exemplo, ela se tornou um modelo para a astrofísica Joan Feynman. A mãe e avó de Feynman a desaconselhavam de seguir a ciência, pois acreditavam que as mulheres não eram fisicamente capazes de entender conceitos científicos. Feynman foi mais tarde inspirada por Payne-Gaposchkin quando encontrou alguns de seus trabalhos em um livro de astronomia. Ver a pesquisa de Payne-Gaposchkin publicada desta forma convenceu Feynman que ela podia, de fato, seguir suas paixões científicas.

Ao aceitar o Henry Norris Russell Prize da American Astronomical Society, Payne falou sobre sua paixão ao longo da vida pela pesquisa: "A recompensa do jovem cientista é a emoção de ser a primeira pessoa na história do mundo a ver ou entender algo. Nada se compara com essa experiência A recompensa do cientista velho é a sensação de ter visto um esboço vago crescer para uma paisagem magistral."

Vida pessoal

Em sua autobiografia, Payne conta que enquanto estava na escola criou um experimento sobre a eficácia da oração dividindo seus exames em dois grupos, rezando pelo sucesso apenas em um, sendo o outro um grupo de controle. Ela alcançou notas mais altas no último grupo. Mais tarde, ela se tornou agnóstica.

Em 1931, Payne se tornou cidadã americana. Em um passeio pela Europa em 1933, ela conheceu o astrofísico nascido na Rússia Sergei I. Gaposchkin na Alemanha. Ela o ajudou a obter um visto para os Estados Unidos, e se casaram em março de 1934, se estabelecendo na histórica cidade de Lexington, Massachusetts, a uma curta distância de Harvard. Payne adicionou o sobrenome de seu marido ao seu próprio, e os Payne-Gaposchkins tiveram três filhos: Edward, Katherine e Peter. A filha de Payne a lembra como "uma costureira inspirada, uma tricoteira inventiva e uma leitora voraz". Payne e sua família eram membros da First Unitarian Church em Lexington, onde Cecilia ensinava escola dominical. Ela também foi ativa com os Quakers. Ela morreu em sua casa em Cambridge, Massachusetts, em 7 de dezembro de 1979. Pouco antes de sua morte, Payne teve sua autobiografia impressa particularmente como The Dyer's Hand. Foi mais tarde reimpresso como Cecilia Payne-Gaposchkin: An Autobiography and Other Recollections.

O irmão mais jovem de Payne, Humfry Payne 1902–1936, que se casou com a autora e crítica de cinema Dilys Powell, tornou-se diretor da British School of Archaeology em Athens. A neta de Payne, Cecilia Gaposchkin, é professora de história cultural medieval tardia e história francesa no Dartmouth College.

Honras e prêmios

• Membro eleito da Royal Astronomical Society ainda como aluna em Cambridge 1923
• Annie J. Cannon Award in Astronomy 1934 – primeira recipiente
• Membro da American Philosophical Society 1936
• Membro da American Academy of Arts and Sciences 1943
• Award of Merit do Radcliffe College 1952
• Rittenhouse Medal da Rittenhouse Astronomical Society no Franklin Institute 1961
• Professora Emérita da Universidade Harvard 1967
• Henry Norris Russell Lectureship da American Astronomical Society 1976
• The American Physical Society's Doctoral Dissertation Award in Astrophysics renomeado Cecilia Payne-Gaposchkin Doctoral Dissertation Award in Astrophysics 2018
• Graus honorários de Rutgers University, Wilson College, Smith College, Western College, Colby College e Women's Medical College of Pennsylvania
• Asteroide 2039 Payne-Gaposchkin nomeado em sua homenagem
• O vulcão Payne-Gaposchkin Patera em Vênus é nomeado em sua homenagem.
• Um dos telescópios ASAS-SN implantados na África do Sul foi nomeado em sua homenagem.
• Institute of Physics Cecilia Payne-Gaposchkin Medal and Prize nomeada em sua homenagem em 2008.

Bibliografia selecionada

Livros acadêmicos publicados:

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

Artigos de pesquisa 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