Eroina articolului de astăzi din rubrica CHANGE.WORLD este o astronomă și astrofiziciană care a dat răspuns uneia dintre întrebările care au preocupat omenirea încă din zorii istoriei. Din ce sunt făcute stelele? Numele ei este Cecilia Payne-Gaposchkin, iar studiile și descoperirile ei au zdruncinat din temelii concepții înrădăcinate de secole în lumea științei, dar și în teologie. La fel ca în cazul altor femei cu realizări remarcabile în știință sau în alte domenii, contribuțiile ei au fost umbrite și asumate de ‘colegii’ bărbați, iar recunoașterea a venit târziu sau se află încă în desfășurare. Să aducem și noi contribuția noastră, cunoscând-o.
(sursa imaginii: By Smithsonian Institution/Science Service, restored by Adam Cuerden – Air and Space Museum online gallery, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=140704011)
Cecilia Helena Payne s-a născut odată cu secolul XX, în 1900, la Buckinghamshire, în Anglia, fiind unul dintre cei trei copii ai Emmei Leonora Helena (născută Pertz) și a lui Edward John Payne, avocat, istoric și muzician din Londra, care își făcuse studiile la Oxford. Tatăl său a murit când ea avea patru ani, lăsând-o pe mamă să crească singură familia. La 12 ani, după ce văzuse un meteorit străbătând cerul nopții, Cecilia a declarat că va deveni astronomă. A urma studii de știință, ca să nu mai vorbim despre o carieră științifică, era încă o excepție pentru o fată tânără în Anglia acelei perioade. Abia în 1919, după ce a câștigat o bursă care să-i acopere cheltuielile pentru studii, Cecilia a ajuns la Colegiul Newnham de la Cambridge. A urmat aici studiile complete, ba chiar a și devenit responsabilă de micul observator astronomic al colegiului, dar nu a primit diplomă. La Cambridge, femeile nu au primit diplome până în anul 1948. Interesul ei pentru astronomie s-a accentuat după ce a participat la o prelegere susținută de astronomul englez Sir Arthur Eddington despre expediția sa din 1919 în largul coastei de vest a Africii, pentru a observa și fotografia stelele în timpul unei eclipse de soare, cu scopul de a testa justețea teoriei relativității generalizate a lui Albert Einstein. Mai târziu va spune despre acesta conferință: „Rezultatul ei a fost o transformare completă a imaginii mele despre lume.” Cecilia Payne și-a dat seama că singura ei opțiune de carieră în Marea Britanie ar fi fost să devină profesoară, așa că a căutat ocazii care să-i permită să se mute în Statele Unite. După ce i-a fost prezentată lui Harlow Shapley, directorul Observatorului Colegiului Harvard, care tocmai pusese bazele unui program de studii în astronomie, ea a părăsit Anglia în 1923. Acest lucru a fost posibil printr-o bursă concepută pentru a încuraja femeile să studieze la observator. Colega ei de generație, americana Adelaide Ames, devenise prima studentă cu o asemenea bursă, în 1922. Avea să fie cea mai bună prietenă a Ceciliei până la moartea sa timpurie într-un accident pe mare în 1932.
(sursa imaginii: https://esahubble.org/images/archive/category/stars/)
Compoziția stelelor fusese până atunci cercetată, discutată și descrisă în nenumărate cărți de astronomie și fizică. Subiectul avea profunde implicații religioase, căci bolta cerească era considerată, în majoritatea religiilor, o casă a zeilor sau un posibil loc de odihnă sau damnație eternă al sufletelor. Cele mai vechi cataloage de stele cunoscute fuseseră întocmite de vechii astronomi babilonieni din Mesopotamia, la sfârșitul mileniului II î.Hr., în timpul perioadei Kassite (c. 1531 î.Hr. – c. 1155 î.Hr.). Primul catalog de stele din astronomia greacă a fost creat de Aristil în jurul anului 300 î.Hr., cu ajutorul lui Timocharis. Astronomii islamici ai Evului Mediu au dat multor stele nume arabe care sunt încă folosite astăzi și au inventat numeroase instrumente astronomice pentru calculul pozițiile stelelor. Știința spectroscopiei stelare a fost inventată în secolul al XIX-lea de germanul Joseph von Fraunhofer și italianul Angelo Secchi. Comparând spectrele stelelor, precum Sirius cu Soarele, ei au găsit diferențe în grosimea și numărul liniilor lor de absorbție – liniile întunecate din spectrele stelare cauzate de absorbția de către atmosferă a unor frecvențe specifice. Era pusă sub semnul întrebării o concepție îmbrățișată și de oamenii de știință, și de Biserică. Universul nu este omogen. Stelele diferă și ele în compoziție, și aceasta evoluează în timp după vârstele astrelor. Ceea ce în religie, filosofie și știință era numită ‘teoria uniformității Universului’ părea să nu se verifice când venea vorba despre compoziția stelelor. Oamenii și tot ceea ce ne înconjoară – animale, plante, planeta noastră – sunt alcătuiți din același ‘praf de stele’, dar acesta este răspândit în mod diferit și neuniform în Univers. Surprizele însă abia începeau.
(sursa imaginii: https://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_College_Observatory#/media/File:Harvard-Observatory-1899.jpg)
Când Cecilia Payne a ajuns la Harvard, în 1923, a găsit acolo o formidabilă bază de date neprelucrate, inclusiv mii de fotografii și măsurători spectrometrice, informații acumulate în peste 40 de ani de observații ale boltei cerești. Avea să descopere repede că recrutarea sa ca femeie cercetătoare (ca și a prietenei ei, Adelaide Aymes) de către Harlow Shapley, directorul Observatorului, avea ca scop utilizarea tinerelor femei drept ‘calculatoare’ – pe baza unei concepții (sau prejudecați?) conform căreia femeile cu pregătire științifică și talente în matematică ar fi mai dotate în prelucrarea meticuloasă a unor cantități mari de date. Întâmplător sau nu, pentru poziții asemănătoare aveau să fie recrutate cu patru decenii mai târziu femeile din echipele de ‘calculatoare’ care au adus o contribuție remarcabilă în programul de explorare spațială Apollo. Am scris despre povestea lor într-un articol din anii trecuți al acestei rubrici, ele fiind și eroinele filmului artistic ‘Hidden Figures’. Cele două ‘gemene celeste’, cum erau numite Cecilia și Adelaide la Harvard, aveau să preia cercetările lui Shapley și să le îndrepte într-o direcție complet nouă. Miile de imagini generate de spectrometre transformau compoziția chimică a stelelor în culori diferite, codificând astfel materialele din care erau formate astrele. Culoarea identifică substanța, intensitatea ei, ponderea în compoziția chimică, precum și poziția, temperatura fiecărui element. Payne a reușit cu precizie să găsească relația dintre compoziția spectrală a stelelor și temperaturile lor reale, aplicând teoria ionizării a fizicianului indian Meghnad Saha. Ea a arătat că marea variație a liniilor de absorbție stelare se datora cantităților diferite de ionizare la diferite temperaturi, nu cantităților diferite de elemente. De asemenea, a descoperit că siliciul, carbonul și alte elemente comune văzute în spectrul Soarelui erau prezente în aproximativ aceleași cantități relative ca și pe Pământ, ceea ce confirma teoria care susținea că stelele aveau aproximativ aceeași compoziție elementară ca și planetele lor. Diferența esențială descoperită de ea era că heliul și în special hidrogenul erau mult mai abundente (pentru hidrogen, cu un factor de aproximativ un milion). Teza ei de doctorat, publicată în 1925, concluziona că hidrogenul este componenta dominantă a stelelor, făcându-l cel mai abundent element din Univers.
(sursa imaginii: www.sunflower-astronomy.com/Books/StellarAtmospheres_Payne/StellarAtmospheres_Payne.html)
Rezultatele obținute de Cecilia Paynes, publicate de aceasta într-o carte cu titlul ‘Stellar Atmospheres’, par astăzi foarte firești, ele încadrându-se în teoriile acceptate (în evoluție însă și ele) despre originea și expansiunea Universului. Hidrogenul și Heliul sunt cele mai simple elemente. Toate celelalte elemente chimice își au originea în reacțiile atomice complexe care au loc în procesele de naștere și de evoluție ale stelelor. Și totuși, la publicarea tezei de doctorat și a cărții, acestea au fost imediat contestate cam de întreaga comunitate științifică. I s-a cerut să repete calculele. O concentrație de un milion de ori mai mare de hidrogen în Soare decât cea estimată până atunci? Trebuie să fie undeva o greșeală! Desigur, nu era nicio eroare. Când disertația lui Payne a fost verificată în procesul de ‘peer review’, de astronomul Henry Norris Russell, acesta a descurajat-o să concluzioneze că Soarele este compus predominant din hidrogen, deoarece ar fi contrazis consensul științific al vremii conform căruia compoziția Soarelui și a Pământului erau similare. Cu mare regret, tânăra cercetătoare a declarat că rezultatele sunt ‘ciudate’. O fi spus și ceva în stilul lui Galileo Galilei ‘eppur și muove’? Nu vom ști niciodată. S-a întâmplat însă în anii următori ceva mult mai grav. Russell a continuat cercetările proprii care foloseau o altă metodologie și patru ani mai târziu a publicat o carte proprie, în care anunța cu surle și trâmbițe că Soarele este compus în proporție de 98% din hidrogen și heliu. Exact ceea ce susținuse Cecilia Paynes, a cărei contribuție era menționată într-o notă spre sfârșitul cărții lui Russell. Savantul faimos, bărbat pe deasupra, prelua meritele unei descoperiri făcute și publicate cu ani în urmă de tânăra cercetătoare venită din Anglia, pe care o și criticase public în referatul sau științific.
(sursa imaginii: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/)
După doctorat, Payne a studiat stelele cu luminozitate ridicată pentru a înțelege structura Căii Lactee. Mai târziu, ea a cercetat toate stelele mai strălucitoare decât magnitudinea a zecea pe scara care determină intensitatea luminoasa a stelelor. Apoi a studiat stelele variabile, făcând peste 1 250 000 de observații împreună cu asistenții ei. Această lucrare a fost extinsă ulterior la Norii Magellanici, adăugând alte 2 000 000 de observații ale stelelor variabile. Aceste date au fost folosite pentru a determina căile evoluției și ciclurilor de viață stelare. Concluziile au fost publicate în a doua sa carte, ‘The Stars of High Luminosity’ (1930). În 1931, Payne a devenit cetățeană americană. Într-o călătorie în Europa, în 1933, l-a întâlnit în Germania pe astrofizicianul de origine rusă Serghei Gaposchkin. L-a ajutat să obțină o viză pentru Statele Unite și s-au căsătorit în martie 1934, stabilindu-se la Lexington, în statul Massachusetts, la distanța unei scurte navete de Universitatea și Observatorul Harvard. Aici avea să devina în 1956 prima femeie profesor la Facultatea de Științe și Arte.
Cecilia Payne-Gaposchkin a devenit agnostică în cursul vieții sale. În autobiografia ei, ea relata că, atunci când era în școală, a făcut un experiment privind eficacitatea rugăciunilor, împărțindu-și examenele în două grupuri, rugându-se pentru succes doar pentru cele dintr-un grup, celălalt fiind un grup de control. A obținut notele mai mari în ultimul grup. Regretul ei cel mai mare a fost cel de a fi cedat autorității forurilor științifice și a-și fi exprimat public dubii față de rezultatele propriilor cercetări, deși toate informațiile și raționamentele științifice indicau că avea dreptate. Când preda, fuma țigară de la țigară și ochii îi erau mai tot timpul îndreptați în sus, de parcă ar fi căutat stelele. Mesajul ei pentru studenți era: ‘Dacă sunteți siguri de fapte, apărați-vă până la capăt pozițiile!’
(Articolul a apărut iniţial în revista culturală ‘Literatura de Azi’ – http://literaturadeazi.ro/)