L'intuizione di Cecilia Payne sulla Composizione delle masse Stellari

«Ogni studente sa che Newton ha scoperto la gravità, che Darwin ha scoperto l’evoluzione, che Einstein ha scoperto la relatività. Ma quando si parla della composizione del nostro universo, i testi di scuola dicono semplicemente che l’elemento prevalente è l’idrogeno. E nessuno si domanda come facciamo a saperlo…»

Questo l'inizio del discorso, recitato nel 2002 da Jeremy Knowles, preside della facoltà di Arti e Scienze presso l’Università di Harvard.

Il merito della scoperta citata va a Cecilia Payne, che davvero pochi conoscono.

«Un'astronoma che non ha ottenuto la laurea perché donna, dato che Cambridge non ha concesso loro lauree fino al 1948,

ma che ha tenuto lezioni di astronomia e diretto ricerche senza essere inserite nell'elenco dei corsi o che fosse fatto il suo nome, ricevendo un misero stipendio classificato dal dipartimento sotto la voce “attrezzature”».

Cecilia Helena Payne nasce in Inghilterra il 10 maggio 1900 ma perde il padre, avvocato e appassionato musicista, a cinque anni. Frequenta con ottimi risultati la St. Paul’s Girls’ School e ottiene una borsa di studio che le consente di iscriversi al Newnham College, istituto per sole donne dell’Università di Cambridge, dove segue corsi di chimica, fisica e botanica.

Nel 1919, Cecilia assiste a una conferenza tenuta da Sir Arthur Eddington, un importante astrofisico britannico che espone le misurazioni di un'eclisse solare al largo delle coste occidentali africane, grazie alle quali dimostra la validità della teoria della relatività generale di Albert Einstein.

La ragazza rimane "folgorata" dalle sue parole e decide di diventare astrofisica, seguendo tutti i corsi possibili e costruendo un telescopio.

Al tempo non era possibile, per una donna, conseguire la laurea e diventare ricercatrice era impensabile. Quell'anno, il 1922, Cecilia terminò gli studi col titolo di Bachelor of Arts, equivalente a una nostra laurea triennale.

Il direttore dell'Osservatorio dell’Università di Harvard, Harlow Shapley, venne in visita a Cambridge e la incoraggiò a fare domanda per una borsa di studio presso il Radcliffe College di Harvard, riservato alle donne.

Cecilia Payne fu la seconda, dopo Adelaide Ames, ad ottenerla nel 1923 e si trasferì negli Stati Uniti.

Al Radcliffe College non esisteva un programma di astronomia ma Shapley la convinse a scrivere ugualmente la tesi con cui ottenne, nel 1925, il dottorato in astronomia, prima donna a conseguirlo.

La tesi "Stellar Atmospheres, A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars" venne definita dall'astronomo Otto Struve, negli anni Sessanta, «la più brillante tesi di laurea mai scritta in astronomia».

Cecilia Payne mise in discussione le teorie accettate dalla comunità scientifica sulla composizione stellare:

a quei tempi, si riteneva che le stelle fossero costituite dagli stessi metalli che si trovano nel nostro pianeta, in particolare dal ferro, elemento principale del nucleo terrestre.

La scienziata, invece, concludeva che le stelle fossero composte, per il 98%, da idrogeno.

Cecilia Payne Gaposchkin e la composizione dell'universo

La Payne giunse a tale ipotesi collegando le classi spettrali con le loro temperature effettive, applicando la teoria della ionizzazione sviluppata dal fisico indiano Meghnad Saha.

La variazione nelle linee di assorbimento stellare era dovuta alla diversa quantità di ionizzazione alle varie temperature, e non alle differenti quantità di elementi.
Nel 1925, quasi nessuno prese sul serio i suoi risultati. Il mondo dell’astrofisica non era pronto a prendere in considerazione una tesi così rivoluzionaria e, soprattutto, da una donna.

Shapley aveva chiesto all'astronomo Henry Norris Russell di controllare il testo della Payne ma questi non accettò un'ipotesi che sbriciolava le teorie formulate dalla comunità scientifica maschile. Russell convincerà Cecilia a modificare la parte più innovativa del suo lavoro, definendo la scoperta sull'idrogeno come “probabilmente non reale”.

Cecilia Payne Gaposchkin e la struttura della Via Lattea

Tuttavia, quattro anni più tardi, Russell arriverà per vie diverse alle stesse conclusioni della Payne. Nell'articolo in cui dichiarerà che la componente principale del Sole e delle altre stelle non è il ferro ma l'idrogeno, citerà brevemente Cecilia e, per molto tempo, sarà lui ad essere accreditato come l'unico autore della scoperta mentre il nome della Payne verrà subito dimenticato. Soltanto dopo molti anni Cecilia otterrà, a fatica, il giusto riconoscimento.

Nel frattempo, la scienziata continua a studiare la composizione delle stelle: negli anni Trenta analizza quelle ad alta luminosità per comprendere la struttura della Via Lattea.

Nel 1933, si reca in Europa per visitare alcuni osservatori astronomici. In Germania incontra un astronomo esule russo, Sergej Gaposchkin, che cercava di uscire dalla Germania nazista.

Lei lo aiuta a ottenere un visto americano e una posizione lavorativa presso l’Osservatorio di Harvard.

Nel 1934 la Payne, prima vincitrice, riceve il Premio Annie Cannon destinato a donne astronome e l'anno seguente si sposa con Sergej Gaposchkin.

Dal matrimonio nascono tre figli:

la coppia condurrà assieme la maggior parte delle ricerche, concentrando l'attenzione sulle stelle variabili.

Dopo l'esame di 1.250.000 osservazioni, i coniugi pubblicano i risultati, nel 1938, nel libro Variable Stars.

Cecilia è sempre rimasta all’Osservatorio di Harvard senza un ruolo ufficiale, facendo l'assistente tecnico di Harlow Shapley e guadagnando solo 2.300 dollari l’anno. Il basso salario e l'inesistente status (nessuno dei corsi che teneva fu registrato nel catalogo fino al 1945) la spinsero a prendere la decisione di lasciare Harvard. Shapley lo evitò migliorando la sua posizione e facendole conseguire, nel 1938, il titolo ufficiale di Astronomo (poi Phillips Astronomer). La studiosa curava anche i lavori pubblicati dall’Osservatorio e quelli spediti a riviste esterne.

Poi, fu eletta membro dell'American Academy of Arts and Sciences nel 1943.

Quando Donald Menzel divenne direttore dell'Osservatorio dell'Harvard College, nel 1954, cercò per lei ulteriori riconoscimenti e, nel 1956, Cecilia ottenne finalmente la Cattedra di Astronomia. Dal 1956 al 1960 fu anche Preside del Dipartimento di Astronomia e, nel 1966, al momento del pensionamento, divenne professore emerito.

Cecilia Payne Gaposchkin fu la prima donna ad aver ottenuto incarichi così importanti all'interno della prestigiosa università americana, prendendo il testimone da Williamina Fleming, Antonia Maury, Annie Jump Cannon, Henrietta Swan Leavitt e tutte le scienziate che, ad Harvard, avevano lavorato all'ombra nel gruppo formato da Pickering tra il 1881 e il 1919.

Non a caso, oltre ai meriti scientifici, la Payne Gaposchkin va ricordata per l'impegno a favore di una parità di trattamento delle scienziate, ispirando altre donne a seguirne le orme, come l'astrofisica Joan Feynman che trovò nel suo esempio la forza per intraprendere una carriera che la famiglia osteggiava.

Cecilia diventerà membro della direzione dello Smithsonian Astrophysical Observatory e otterrà titoli, medaglie e lauree ad honorem, tra le quali spicca quella dell’Università di Cambridge.

Cecilia Payne Gaposchkin premio per l'Astronomia Henry Norris Russell Lectureship

Cecilia Payne Gaposchkin muore a Cambridge, Massachusetts, il 7 dicembre del 1979. Tre anni prima, ricevendo l’Henry Norris Russell Lectureship, il più alto riconoscimento della Società Astronomica Americana intitolato a colui che le aveva inizialmente "scippato" la scoperta, pronuncerà queste significative parole:

«La vera ricompensa per un giovane scienziato è l’emozione che prova nell'essere la prima persona nella storia del mondo a vedere o capire qualcosa di nuovo. Niente può essere paragonato a questa esperienza».

Foto Cecilia Payne Gaposchkin Wikipedia. Elaborazioni immagini CaffèBook.