Cecilia Payne e a Descoberta de que as Estrelas são Principalmente Hidrogênio
Em 1925, uma estudante de pós-graduação de 25 anos provou que as estrelas são feitas quase inteiramente de hidrogênio. O especialista sênior da área disse a ela que o resultado era impossível.
Em 1925, uma estudante de pós-graduação de 25 anos chamada Cecilia Payne apresentou uma tese de doutorado no Observatório do Harvard College, argumentando algo que quase ninguém na astronomia acreditava na época: que o sol e as estrelas são feitos quase inteiramente de hidrogênio e hélio, e não da mesma mistura de ferro, silício e rocha que compõe a Terra. A suposição predominante entre os astrônomos era que as estrelas eram essencialmente versões superaquecidas do nosso próprio planeta — Terras quentes, quimicamente falando. A análise de Payne da luz estelar dizia o contrário, e ela estava certa.
Sua tese foi desde então chamada, pelo colega astrônomo Otto Struve, de a tese de doutorado mais brilhante já escrita em astronomia. Na época em que a escreveu, um dos astrônomos mais experientes do país disse a ela, por escrito, que sua descoberta central era claramente impossível.
O que os números realmente mostravam
A tese de Payne, intitulada Stellar Atmospheres: A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars, combinou o estudo de espectros estelares com uma teoria recentemente desenvolvida que descreve como os átomos perdem elétrons em temperaturas extremas. Aplicando essa teoria rigorosamente à luz estelar pela primeira vez, ela calculou a abundância relativa de diferentes elementos nas atmosferas estelares e descobriu que o hidrogênio era aproximadamente um milhão de vezes mais abundante do que elementos mais pesados como ferro e silício, com o hélio cerca de mil vezes mais abundante. Em outras palavras, as estrelas eram esmagadoramente hidrogênio e hélio, com todo o resto presente apenas em quantidades vestigiais.
Por que ela quase enterrou seu próprio resultado
Henry Norris Russell, um astrônomo sênior de Princeton que fazia parte do comitê de tese de Payne, revisou seu rascunho e respondeu que uma abundância tão alta de hidrogênio em comparação com elementos mais pesados era "claramente impossível", refletindo a confiança da época de que as estrelas compartilhavam a composição da Terra. Sob essa pressão, na versão publicada de sua tese, Payne descreveu suas próprias abundâncias de hidrogênio e hélio como "quase certamente não reais" — enquanto ainda imprimia os números reais. Historiadores que estudaram o episódio leem essa frase como um compromisso deliberado: distanciando-se da conclusão em palavras, enquanto garantia que os dados em si estivessem registrados como seus primeiro.
Vindicada quatro anos depois, menos creditada
Em 1929, Russell — o mesmo astrônomo que a havia pressionado a suavizar sua linguagem — publicou seu próprio artigo chegando à mesma conclusão sobre a abundância de hidrogênio nas estrelas, usando um método diferente, e citou seu trabalho anterior com aprovação. Por anos depois, Russell foi frequentemente o único a receber crédito popular pela descoberta, embora Payne tivesse chegado e publicado a descoberta primeiro. Medidas modernas confirmaram totalmente seus números originais: a composição aceita das estrelas na Via Láctea é de aproximadamente setenta e quatro por cento de hidrogênio e vinte e quatro por cento de hélio, com todos os outros elementos combinados perfazendo cerca de dois por cento. Ela se tornou a primeira mulher a chefiar um departamento em Harvard.
Contada como uma história ilustrada
Perguntas frequentes
O que Cecilia Payne descobriu?
Em sua tese de doutorado de 1925, Payne mostrou que as estrelas, incluindo o sol, são feitas quase inteiramente de hidrogênio e hélio — hidrogênio aproximadamente um milhão de vezes mais abundante, e hélio cerca de mil vezes mais abundante, do que elementos mais pesados. Isso derrubou a suposição predominante de que as estrelas tinham aproximadamente a mesma composição química da Terra.
Cecilia Payne recebeu crédito por descobrir que as estrelas são feitas de hidrogênio?
Apenas parcialmente, e apenas com o tempo. Um astrônomo sênior de seu comitê de tese, Henry Norris Russell, inicialmente chamou sua descoberta de "claramente impossível" e a pressionou a suavizar suas conclusões na impressão. Quando Russell publicou a mesma conclusão quatro anos depois usando um método diferente, ele recebeu por um longo período mais crédito popular do que Payne, apesar de citar seu trabalho anterior.
Como a tese de Cecilia Payne-Gaposchkin é considerada hoje?
É amplamente considerada uma das obras mais importantes na história da astronomia — o astrônomo Otto Struve a chamou de "a tese de doutorado mais brilhante já escrita em astronomia" — e medições modernas confirmaram totalmente seus números originais de abundância de hidrogênio e hélio.