セシリア・ペインと恒星が主に水素でできているという発見
1925年、25歳の大学院生が、恒星がほぼ完全に水素でできていることを証明しました。この分野のベテラン専門家は、その結果は不可能だと彼女に告げました。
1925年、セシリア・ペインという名の25歳の大学院生が、ハーバード大学天文台に博士論文を提出しました。その論文は、当時の天文学界ではほとんど誰も信じていなかったこと、つまり太陽や恒星は、地球を構成する鉄、ケイ素、岩石と同じ混合物ではなく、ほとんどが水素とヘリウムでできていると主張していました。天文学者の間で支配的だった仮説は、恒星は本質的に私たちの惑星の超加熱版、つまり化学的には高温の地球であるというものでした。ペインの星光の分析はそれとは異なり、彼女が正しかったのです。
彼女の論文は、後に同僚の天文学者オットー・ストルーヴェによって、天文学史上最も輝かしい博士論文と評されました。彼女が論文を書いた当時、国内で最も高名な天文学者の一人が、彼女の中心的な発見は明らかに不可能であると書面で彼女に告げました。
実際の数値が示したもの
「恒星の大気：恒星の反転層における高温の観測的研究への貢献」と題されたペインの論文は、恒星スペクトルの研究と、原子が極端な温度で電子を失う様子を記述する最近開発された理論を組み合わせたものでした。その理論を初めて星光に厳密に適用し、彼女は恒星大気中の異なる元素の相対的な存在量を計算し、水素が鉄やケイ素のような重い元素よりも約100万倍、ヘリウムが約1000倍豊富であることを発見しました。言い換えれば、恒星は圧倒的に水素とヘリウムで構成されており、他のすべての元素は微量にしか存在しないということでした。
なぜ彼女は自分の結果をほとんど葬り去ったのか
ペインの論文委員会の委員を務めていたプリンストン大学のベテラン天文学者ヘンリー・ノリス・ラッセルは、彼女の草稿をレビューし、重い元素と比較して水素がこれほど豊富であることは「明らかに不可能である」と返信しました。これは、恒星が地球と同じ組成を持つという当時の確信を反映していました。その圧力の下で、彼女の論文の出版版では、ペインは自身の水素とヘリウムの存在量を「ほとんど確実に現実ではない」と記述しました。しかし、実際の数値は印刷されていました。この出来事を研究した歴史家たちは、この表現を意図的な妥協と解釈しています。つまり、言葉では結論から距離を置きつつ、データ自体が彼女のものであることを最初に記録に残すことを確実にしたのです。
4年後に正当性が認められたが、評価は低かった
1929年、彼女に言葉を和らげるよう促したのと同じ天文学者ラッセルは、異なる方法を用いて恒星における水素の存在量について同じ結論に達した自身の論文を発表し、彼女の以前の研究を好意的に引用しました。その後何年もの間、発見の一般的な功績はラッセルに帰されることが多く、ペインが最初に発見し発表していたにもかかわらずです。現代の測定は彼女の元の数値を完全に確認しています。天の川銀河における恒星の受け入れられている組成は、およそ74パーセントが水素、24パーセントがヘリウムで、他のすべての元素を合わせても約2パーセントです。彼女はその後、ハーバード大学で初めて学部長を務めた女性となりました。
イラストで語る物語
よくある質問
セシリア・ペインは何を発見しましたか？
1925年の博士論文で、ペインは太陽を含む恒星がほとんど水素とヘリウムでできていることを示しました。水素は重い元素よりも約100万倍、ヘリウムは約1000倍豊富でした。これは、恒星が地球とほぼ同じ化学組成を持つという支配的な仮説を覆しました。
セシリア・ペインは恒星が水素でできていることを発見した功績を認められましたか？
部分的に、そして時間が経ってからのみです。彼女の論文委員会のベテラン天文学者ヘンリー・ノリス・ラッセルは、当初彼女の発見を「明らかに不可能」と呼び、出版する際に結論を和らげるよう圧力をかけました。ラッセルが4年後に異なる方法を用いて同じ結論を自身で発表したとき、彼女の以前の研究を引用していたにもかかわらず、長期間にわたってペインよりも一般的に功績を認められました。
セシリア・ペイン＝ガポシュキンの論文は今日どのように評価されていますか？
天文学史上最も重要な研究の一つとして広く評価されており、天文学者オットー・ストルーヴェは「天文学史上最も輝かしい博士論文」と評しました。現代の測定は、彼女の元の水素とヘリウムの存在量に関する数値を完全に確認しています。