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mercoledì 21 maggio 2014

Ritratti: Cecilia Payne-Gaposchkin

La struttura dell'atmosfera delle stelle è oggi un fatto assodato. Essa è semplicemente costituita da una serie di strati con nomi e proprietà ben distinti: fotosfera, cromosfera, regione di transizione e cromosfera sono gli strati che la compongono, mentre il lor componente principale è l'idrogeno. Questa scoperta è relativamente recente: infatti, fino alla fine degli anni Venti del XX secolo, gli astronomi erano convinti che, in realtà, il componente principale fosse il ferro, in similitudine con il nucleo della Terra.
Per rompere questa convinzione ci volle una donna, Cecilia Payne, che sostenne l'ipotesi nella sua tesi di dottorato. Il problema, all'epoca, fu che la revisione fatta da Henry Norris Russell metteva in dubbio i suoi risultati, che così non vennero divulgati con il giusto peso; passarono però quattro anni, alla fine dei quali, Russell ottenne conferma delle osservazioni di Cecilia, peccato però che, nonostante gli espliciti ringraziamenti di Russell al lavoro della collega astronoma, fu quest'ultimo a venire accreditato per diverso tempo come lo scopritore della struttura dell'atmosfera solare.
Cecilia Helena Payne-Gaposchkin nasce il 10 maggio del 1900 a Wendover, in Inghilterra da Emma Leonora Helena ed Edward John Payne. Dopo le scuole vinse nel 1919 una borsa di studio per il Newnham College a Cambridge, dove studiò botanica, fisica, chimica. E' qui che, grazie a una lezione di Eddington sulla sua spedizione del 1919 per osservare l'eclisse di quell'anno (e verificare così la teoria della relatività di Einstein), che Cecilia si appassionò all'astronomia, che sarebbe quindi diventata la sua professione.
Il vero problema, però, non fu tanto concludere gli studi, ma portarli a frutto in una carriera scientifica vera e propria: era, infatti, una donna e Cambridge (e più in generale l'Inghilterra) non era ancora pronta per assumere donne per posti di ricerca, così nel 1923 decise di abbandonare la sua terra natia per gli Stati Uniti: Harlow Shapley, infatti, all'epoca direttore dell'Osservatorio di Harvard, aveva dato inizio nel 1922 a un programma di borse e assegni per incentivare le donne astronome a lavorare presso il suo Osservatorio. E Cecilia Payne fu la seconda in assoluto, preceduta l'anno prima da Adelaide Ames.
Nel 1925 Cecilia ottenne il dottorato con la tesi sull'atmosfera delle stelle, Stellar Atmospheres, A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars, definita da Otto Struve come la più brillante tesi di dottorato mai scritta in astronomia.
Cecilia Payne, che ha studiato la nuova scienza della fisica quantistica, sapeva che le strutture caratteristiche nello spettro di ciascun atomo erano determinare dalla configurazione degli elettroni. Ella sapeva anche che alle alte temperature, uno o più elettroni vengono strappati agli atomi, che così diventano ioni. Il fisico indiano M. N. Saha aveva recentemente mostrato come la temperatura e la pressione dell'atmosfera di una stella determina determina la misura in cui i vari atomi sono ionizzati.(1)
Prendendo la teoria sviluppata da Saha, Cecilia riuscì a determinare un collegamento tra la classe spettrale delle stelle e la loro temperatura reale.
Ella mostrò che la grande variazione nelle linee di assorbimento stellari era dovuta a differenti quantità di ionizzazione a temperature differenti, e non a differenti quantità di elementi. Ha correttamente suggerito che silicio, carbonio e altri metalli comuni visti nello spettro del Sole erano stati trovati in circa le stesse quantità relative anche sulla Terra, ma che l'elio e in particolare l'idrogeno erano molto più abbondanti (per l'idrogeno, di un fattore di circa un milione). La sua tesi stabiliva, così, che l'idrogeno era l'elemento principale delle stelle, e quindi l'elemento più abbondante dell'universo.(2)
Dopo il dottorato, Cecilia Payne continuò a studiare il cielo, concentrandosi in particolare sulla Via Lattea:
Studiò, quindi, le stelle variabili, realizzando 1250000 osservazioni con i suoi assistenti. Questo lavoro più tardi venne esteso alla Nube di Magellani, aggiungendo altri 2000000 di osservazioni di stelle variabili. Questi dati vennero utilizzati per comprendere l'evoluzione stellare. Le sue osservazioni e analisi, con il marito, delle stelle variabili pose le basi per il lavoro successivo.(2)
La sua carriera, però, iniziò come semplice assistente di Shapley e non con un ruolo ufficiale riconosciuto dall'università o dal dipartimento: il momento di crisi nella sua collaborazione con Harvard avvenne nel 1938, quando fu sul punto di abbandonare l'università che la ospitava. Fu allora che gli sforzi di Shapley arrivarono finalmente alla conclusione, riconoscendole un ruolo e il titolo di astronomo.
Nel frattempo Cecilia, nel 1932, era ritornata per un po' di tempo in Europa per un giro di conferenze, passando anche per la Germania nazista: fu a Berlino che incontrò l'astronomo russo Sergei Gaposchkin, che viveva una difficile situazione in quel contesto politico abbastanza avverso ai russi. La donna, allora, decise di aiutarlo, trovandogli una posizione ad Harvard, dove arrivarono nel novembre del 1932: meno di due anni più tardi, nel marzo del 1934, Cecilia e Sergei si sposarono, e mi piace pensare che fu proprio grazie al marito che l'astronoma, fino a quel momento non certo una grande attivista per la lotta dei diritti delle donne, decise di abbandonare Harvard, un posto che, come visto, non sembrava apprezzarla abbastanza.
La storia, però, è cambiata, al punto che Cecilia arrivò anche a dirigere il Dipartimento di Astronomia di Harvard, diventando così il primo direttore donna di un dipartimento di questa prestigiosa università(3).
(1) Cecilia Payne and the Composition of the Stars
(2) Cecilia Payne-Gaposchkin su en.wiki
(3) The woman who discovered the universe
Altre biografie:
astr.ua.edu
cwp.library.ucla.edu
Newnham College
She is an astronomer
Gaposchkin C.P. (1936). On the Physical Condition of the Supernovae, Proceedings of the National Academy of Sciences, 22 (6) 332-336. DOI:
Whipple F.L. & Gaposchkin C.P. (1936). On the Bright Line Spectrum of Nova Herculis, Proceedings of the National Academy of Sciences, 22 (4) 195-200. DOI:

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