Cecilia Payne e la scoperta che le stelle sono principalmente idrogeno
Nel 1925, una studentessa laureata di 25 anni dimostrò che le stelle sono fatte quasi interamente di idrogeno. L'esperto senior del settore le disse che il risultato era impossibile.
Nel 1925, una studentessa laureata di 25 anni di nome Cecilia Payne presentò una tesi di dottorato all'Osservatorio del Harvard College sostenendo qualcosa in cui quasi nessuno in astronomia credeva all'epoca: che il sole e le stelle sono fatti quasi interamente di idrogeno ed elio, non della stessa miscela di ferro, silicio e roccia che compone la Terra. L'ipotesi prevalente tra gli astronomi era che le stelle fossero essenzialmente versioni surriscaldate del nostro pianeta – Terre calde, chimicamente parlando. L'analisi di Payne della luce stellare diceva il contrario, e lei aveva ragione.
La sua tesi è stata da allora definita, dal collega astronomo Otto Struve, la tesi di dottorato più brillante mai scritta in astronomia. All'epoca in cui la scrisse, uno degli astronomi più anziani del paese le disse, per iscritto, che la sua scoperta centrale era chiaramente impossibile.
Cosa mostravano realmente i numeri
La tesi di Payne, intitolata Stellar Atmospheres: A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars, combinava lo studio degli spettri stellari con una teoria recentemente sviluppata che descrive come gli atomi perdono elettroni a temperature estreme. Applicando rigorosamente quella teoria alla luce stellare per la prima volta, calcolò l'abbondanza relativa di diversi elementi nelle atmosfere stellari e scoprì che l'idrogeno era circa un milione di volte più abbondante degli elementi più pesanti come ferro e silicio, con l'elio circa mille volte più abbondante. In altre parole, le stelle erano prevalentemente idrogeno ed elio, con tutto il resto presente solo in tracce.
Perché quasi seppellì il suo stesso risultato
Henry Norris Russell, un anziano astronomo di Princeton che faceva parte del comitato di tesi di Payne, esaminò la sua bozza e rispose che una tale abbondanza di idrogeno rispetto agli elementi più pesanti era "chiaramente impossibile", riflettendo la fiducia dell'epoca che le stelle condividessero la composizione della Terra. Sotto quella pressione, nella versione pubblicata della sua tesi, Payne descrisse le sue stesse abbondanze di idrogeno ed elio come "quasi certamente non reali" — pur stampando i numeri effettivi. Gli storici che hanno studiato l'episodio leggono quella frase come un compromesso deliberato: prendere le distanze dalla conclusione a parole, pur assicurandosi che i dati stessi fossero registrati come suoi per primi.
Riconosciuta quattro anni dopo, meno accreditata
Nel 1929, Russell — lo stesso astronomo che l'aveva spinta ad ammorbidire il suo linguaggio — pubblicò il suo articolo giungendo alla stessa identica conclusione sull'abbondanza di idrogeno nelle stelle, usando un metodo diverso, e citò il suo lavoro precedente con approvazione. Per anni dopo, Russell fu spesso colui a cui venne attribuito il merito popolare per la scoperta, anche se Payne aveva raggiunto e pubblicato la scoperta per prima. Le misurazioni moderne hanno pienamente confermato i suoi numeri originali: la composizione accettata delle stelle nella Via Lattea è circa il settantaquattro percento idrogeno e il ventiquattro percento elio, con tutti gli altri elementi combinati che costituiscono circa il due percento. In seguito divenne la prima donna a presiedere un dipartimento ad Harvard.
Raccontato come una storia illustrata
Domande frequenti
Cosa scoprì Cecilia Payne?
Nella sua tesi di dottorato del 1925, Payne dimostrò che le stelle, incluso il sole, sono fatte quasi interamente di idrogeno ed elio — l'idrogeno circa un milione di volte più abbondante, e l'elio circa mille volte più abbondante, degli elementi più pesanti. Questo ribaltò l'ipotesi prevalente che le stelle avessero all'incirca la stessa composizione chimica della Terra.
Cecilia Payne ottenne il merito di aver scoperto che le stelle sono fatte di idrogeno?
Solo parzialmente, e solo nel tempo. Un astronomo senior del suo comitato di tesi, Henry Norris Russell, inizialmente definì la sua scoperta "chiaramente impossibile" e la spinse ad ammorbidire le sue conclusioni nella stampa. Quando Russell pubblicò la stessa conclusione quattro anni dopo usando un metodo diverso, per un lungo periodo gli fu dato più credito popolare di Payne, nonostante avesse citato il suo lavoro precedente.
Come viene considerata oggi la tesi di Cecilia Payne-Gaposchkin?
È ampiamente considerata uno dei lavori più importanti nella storia dell'astronomia — l'astronomo Otto Struve la definì "la tesi di dottorato più brillante mai scritta in astronomia" — e le misurazioni moderne hanno pienamente confermato i suoi dati originali sull'abbondanza di idrogeno ed elio.