Cecilia Payne fue la primera mujer "profesor" de la Universidad de Harvard. Para conseguir esta nominación tuvo que aceptar por muchos años que su salario se anotara en la contabilidad de la universidad, como "gastos de equipo". Su mérito estuvo en el descubrimiento más grande de la astronomía de todos los tiempos, pero por su condición de mujer, otro astrónomo contemporáneo se llevó la mayor parte del crédito. Cecilia Payne tuvo que luchar en un área que estaba exclusivamente reservada a los varones, donde no se podía concebir que una mujer pudiera ser investigadora. Había migrado desde Cambridge Inglaterra, donde era aún más incomprensible que una mujer fuese capaz de hacer investigación. Es interesante conocer su historia.


De donde partió todo

En 1859 un físico alemán, Gustav Kirchhoff descubrió que cuando se quemaban ciertos elementos en una llama, daban una luz de una longitud de onda idéntica al espectro de la luz solar. Por ello concluyó que en el sol existían los mismos elementos que en la Tierra. Más tarde William Huggins, un astrónomo inglés aficionado, al examinar el espectro de otras estrellas, confirmó el hallazgo, concluyendo que todas las estrellas tenían la misma composición.

Con todo, sin tener una idea clara de cómo se producían las líneas del espectro, no era posible describir cuales eran los elementos más comunes de las estrellas y cuales eran los más escasos. Pero todo cambió con el advenimiento de la teoría cuántica, y el descubrimiento del físico danés Niels Borh, en el año 1913. Según él, un átomo tenía electrones que circulaban alrededor en órbitas discretas y que emitían o absorbían luz cuando estos electrones saltaban de una órbita a otra. Mas aún, un electrón podía absorber suficiente energía al ser expulsado de una átomo.

En el año 1920, el físico indú Meghnad Saha, combinó la teoría cuántica con la teoría del calor (termodinámica). Propuso que en un gas, la colisión entre átomos podía también desplazar electrones y logró desarrollar una ecuación que le permitía predecir, para cualquier temperatura y densidad, cuándo se podía llegar a desplazar un electrón, o dos electrones y así sucesivamente. Luego los físicos ingleses, Arthur Milne y Ralph Fowler, determinaron cuántos átomos de un elemento se necesitaban para llegar a generar una línea observable en el espectro.


Que relación hay entre esto y las estrellas

Hasta ese momento a nadie se le había ocurrido aplicar este método a las estrellas. Este fue el tema que abordó Cecilia Payne, cuando llegó a Harvard en el año 1923. En ese tiempo el trabajo de Payne, se facilitó por el vasto archivo espectral que en Harvard se había acumulado por el trabajo metódico de un ejército de mujeres contratadas, que hacían las veces de un verdadero computador humano. Una de ellas, Wilhelmina Fleming había ordenado las estrellas en categorías alfabéticas de acuerdo a la fuerza de la línea espectral del hidrógeno. Luego Annie Jump Cannon las rearregló haciendo más suave la transición de la secuencia entre las diferentes categorías. La secuencia definitiva quedó así: O,B,A,F,G,K,M,R,N.S, la que generaciones de estudiantes de astronomía debían recordar por un método nemotécnico desarrollado por ellos: "Oh, Be A Fine Girl and Kiss Me Right Now, Sweetie".

Aplicando los métodos de Fowler y Milne, Payne observó que la secuencia que había ordenado Cannon, correspondía realmente a una secuencia de temperaturas, donde en O estaban las estrellas más calientes y en 5 las más frías. Es decir, era la temperatura, no la composición, la que era la responsable por las diferencias que se observaban entre las estrellas. Si el espectro, por ejemplo, no mostraba una línea correspondiente al hierro, no significaba que ella no hubiera tenido hierro, sino que simplemente la estrella era tan caliente, que no había dejado hierro como para el espectro emitiera las líneas de este elemento. La primera conclusión que Payne sacaba de todo ello, era que todas las estrellas tenían básicamente la misma composición y entre ellas también nuestro sol.

Pero aquí vinieron las dudas de Payne. A la temperatura del sol, de 5.600 grados Kelvin, todos los átomos de los elementos más livianos, como el hidrógeno y el helio, debieron haber perdido su electrón. Sin embargo el espectro del Sol tenía una muy fuerte representación precísamente para las líneas de estos elementos. ¿Cómo podía ser? La única explicación era que tendría que haber en el sol una gran concentración de hidrógeno y helio y que por lo tanto sólo una pequeña fracción de ellos había perdido su electrón. De acuerdo a los cálculos que desarrollaba Payne, en el sol debería haber una concentración de hidrógeno y helio, superior al 98% de la masa total del sol.

Todo esto la dejaba muy confundida. Desde la época de Anaxágoras, todos sostenían que el sol estaba hecho de los mismos elementos que la Tierra, especialmente de hierro. Mil veces pensó Payne que sus datos eran falsos, tanto que en la tesis que ella preparó en el año 1925, se adelantó a afirmar que sus datos eran "espurios". Incluso en un trabajo que publicó posteriormente, ella anota: "es poco probable la abundancia de hidrógeno y helio en las estrellas y ciertamente no es real".

Al rechazar su propio descubrimiento, Payne estaba siendo muy influenciada por Henry Norris Russell, el astrónomo americano de gran prestigio que había descubierto las estrellas gigantes rojas (Creces: "El Sol Fuego Celestial"). El había escrito: "estoy convencido que hay algo muy equivocado con esa teoría. Es imposible que el hidrógeno sea millones de veces más abundante que los metales" (los astrónomos llaman metales a todos los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio).

La opinión de Russell, era en ese entonces muy considerada. Con todo, la evidencia de que el hidrógeno era superabundante, poco a poco ganaba terreno, hasta llegar a ser tan abrumadora que el mismo Russell publicó sus propios cálculos en la revista "The astrophysical journal" Para ello usó en sus cálculos un método diferente al de Payne, pero aceptó que sus resultados coincidían con los de ella.

Así fue cómo Payne, por primera vez mostró que en el universo, el 90% de los átomos eran hidrógeno, y que en el 10% restante estaba constituido básicamente por helio. Todos los demás elementos, desde el oxígeno, al calcio, y al hierro, eran sólo microcontaminantes del cosmos.

El astrónomo Otto Struve, refiriéndose al descubrimiento de Payne de que todas las estrellas tenían la misma composición, escribió: "Indudablemente es el descubrimiento más brillante que se haya hecho en astronomía". Sin embargo, en aquella época, fue Russell el que se llevó los aplausos por el descubrimiento de la super abundancia del hidrógeno. En realidad, él fue quien persuadió a sus colegas para que aceptaran esta realidad. Cecilia Payne falleció en el año 1977. Algunos años después de su muerte, la American Astronomical Society, la homenajeó con el más alto honor que otorga esa sociedad. Irónicamente, éste consistió en el Premio "Henry Norris Russell".



Historia de la ciencia: "Cecilia Payne"

*Basado en el artículo de Marcus Chown. New Scientist, Noviembre 08, 2003, pág. 92)