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Un hito en la Física del siglo XX

El legado de Cecilia Payne-Gaposchkin

Trabaja con amor, acepta lo inesperado, no dejes que nadie más tome decisiones intelectuales por ti y permanece siempre en contacto directo con la fuente.

(Cecile Payne-Gaposchkin)

Por Lucio Crivellari y Alejandra Rueda (IAC).

Cecilia Payne-Gaposchkin.
Cecilia Payne-Gaposchkin. Crédito: Harvard University College.

Después de que en 1987 Joseph Thomson relevara experimentalmente la existencia del “átomo de electricidad” (más tarde llamado “electrón” por George Stoney) y de que el experimento de Ernest Rutherford en 1912 hubiera arrojado nueva luz sobre la estructura del átomo, los dos mayores problemas que tenían intrigados a los físicos atómicos eran, por un lado, la estabilidad de los átomos, y por otro, su espectro de línea. El modelo atómico de Niels Böhr allanó el camino en 1913 a las teorías modernas sobre el comportamiento y la estructura atómica. La gran cantidad de resultados de laboratorio recopilados y organizados por Johannes Rydberg en las últimas décadas del siglo XIX y, posteriormente, colocados en un esquema ordenado por el principio de combinación de Walther Ritz, estableció el terreno empírico para la solución del segundo problema. Sin embargo, gran parte del mérito de la interpretación sobre bases físicas sólidas de los resultados fenomenológicos anteriores debe atribuirse a Cecile Payne-Gaposchkin.

De Wendover a Lexington

La astrónoma anglo-americana Cecilia Payne nació en Wendover, Buckinghamshire,(Reino Unido) el 10 de mayo de 1900. Fue la mayor de los tres hijos fruto del matrimonio entre Leonora Helena y Edward John Payne, abogado, historiador y músico consumado. Este falleció cuando Cecilia tenía cuatro años y, su madre, pintora y música, la introdujo en el mundo de los clásicos, lo que le marcó para el resto de su vida. En 1931, durante sus años de colegio, se burlaban de ella diciendo que era una niña que leía a Platón por placer. Asistió al colegio femenino St Paul’s Girls School y en 1919 obtuvo una beca en el Newnham College, de la Universidad de Cambridge, donde estudió botánica, física y química. Allí asistió a la conferencia de Arthur Eddington, quien en 1919 encabezó una expedición a la isla del Príncipe, en el Golfo de Guinea, para observar y fotografiar estrellas cercanas y un eclipse solar como una prueba de la teoría general de la Relatividad de Einstein. Esta charla despertó su interés por la Astronomía.

Cuando completó sus estudios en Cambridge, no obtuvo la certificación de su carrera ya que esta universidad no acreditó a las mujeres hasta la segunda mitad del siglo XX. Desilusionada por sus perspectivas de futuro en Inglaterra, solicitó una beca en el Harvard College Observatory, que se convirtió en su hogar hasta el día de su muerte, el 7 de diciembre de 1979.

Después de obtener la ciudadanía estadounidense, Payne realizó un viaje por Europa en 1933. A lo largo del recorrido visitó varios países, entre ellos Alemania, donde conoció al que un año después se convertiría en su marido, Sergei I. Gaposchkin, cuyo apellido se incorporó al suyo y por eso también se le conoce como Cecilia Payne-Gaposchkin. Tras la boda, se asentaron en la ciudad de Lexington (Massachusetts), donde tuvieron tres hijos. La familia formó parte de la primera iglesia unitaria de la localidad y ella enseñó en la escuela dominical. También fue muy activa con los cuáqueros de la comunidad.

Doctorado en Astronomía

El astrónomo Harlow Shapley persuadió a Payne para que escribiera una tesis doctoral, por lo que en 1925 se convirtió en la primera persona en obtener un doctorado en Astronomía en Radcliffe, la vertiente femenina de la Universidad de Harvard. El título de su tesis fue “Atmósferas estelares, una contribución al estudio observacional de la alta temperatura en las capas internas de las estrellas” y apareció en forma de monográfico en el primer número de la publicación del Observatorio de Harvard. Los astrónomos Otto Struve y Velta Zeberg lo llamaron “indudablemente la tesis de doctorado más brillante jamás escrita en Astronomía”; y, a raíz de ella, en 1926, cuando tenía 26 años, se convirtió en la científica más joven en entrar en la lista “American Men of Science”.

Payne permaneció científicamente activa durante toda su vida, pasando toda su carrera académica en Harvard, a la que alguna vez se refirió como “una madrastra de corazón de piedra”. Cuando llegó a esta Universidad, no tenía un cargo oficial y durante 11 años fue considerada “asistente técnica” de su director. Hubo momentos en los que barajó la posibilidad de abandonar como consecuencia de su bajo estatus y el pobre salario que recibía. Sin embargo, Shapley se esforzó hasta conseguir que en 1938 recibiese el título de “Astronomer” y posteriormente ascendiese a “Philips Astronomer”. En 1943 fue elegida miembro de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias.

Cuando Donald Menzel fue nombrado Director del Harvard College Observatory en 1954, continuó la labor de su predecesor intentando mejorar el estatus de Payne. En 1956 se convirtió en la primera mujer en ser profesora titular dentro de la Facultad de Artes y Ciencias de Harvard. Más tarde se convirtió también en la primera mujer en dirigir un departamento en Harvard optando a la Cátedra del Departamento de Astronomía.

Logros científicos

Entre sus aportaciones a la Astronomía, la más destacada fue relacionar las clases espectrales de las estrellas con sus temperaturas reales aplicando la entonces reciente teoría de la ionización del físico indio Meghnad Saha. Demostró que la variación en las líneas de absorción estelar se debía a las diferentes cantidades de ionización a diferentes temperaturas, no a diferentes cantidades de elementos. Descubrió que el silicio, el carbono y otros metales comunes que se ven en el espectro del Sol estaban presentes en aproximadamente las mismas cantidades relativas que en la Tierra, de acuerdo con la creencia aceptada de la época, que sostenía que las estrellas tenían aproximadamente la misma composición elemental que la Tierra. Sin embargo, también descubrió que el helio y particularmente el hidrógeno eran mucho más abundantes. Su tesis estableció que el hidrógeno era el elemento principal de las estrellas y, en consecuencia, el elemento más abundante en el Universo.

Cuando se revisó la tesis de Payne, el astrónomo Henry Norris Russell quiso que la corrigiese para que no concluyese que la composición del Sol era fundamentalmente hidrógeno y, por lo tanto, muy diferente a la de la Tierra, lo que contradecía a la teoría cosmológica del momento. Como no estaba de acuerdo con ella, determinó que el resultado de la tesis de Payne era “espuria”. Sin embargo, cuatro años después, tras obtener los mismos resultados que ella por diferentes medios, tuvo que rectificar y reconocer el trabajo y el descubrimiento de Payne, lo que hizo en un breve artículo. A pesar de ello, a menudo se le atribuyen las conclusiones a las que Cecilia había llegado antes que él.

Entre 1920 y 1979 publicó alrededor de 150 papers y algunos monográficos, incluido “Las estrellas de alta luminosidad” (1930), una enciclopedia de Astrofísica y Estrellas Variables (1938), un manual de astronomía escrito con su marido. También publicó cuatro libros en la década de los años 50 sobre estrellas y evolución estelar. Además, aunque se había retirado de su puesto en Harvard en 1966, recibió el título de profesora emérita de esta Universidad el año siguiente; y continuó escribiendo hasta su muerte. Su autobiografía fue publicada en 1984 bajo el título Cecilia Payne-Gaposchkin: una autobiografía y otros recuerdos.

Fue elegida como miembro de la Royal Astronomical Society en 1923 mientras era estudiante en Cambridge; y, un años después, pasó a formar parte también de la American Astronomical Society. En 1934 recibió el premio Annie Jump-Cannon por sus contribuciones a la Astronomía y en 1936 fue elegida como miembro Sociedad Filosófica Americana y, en 1977, el planeta menor 1974 CA fue llamado Payne-Gaposchkin en su honor.

Mujeres en Ciencia

Según Gabriele Kass-Simon y Patricia Farnes, en su libro Women of Science, la carrera de Payne marcó un punto de inflexión en el Observatorio de la Universidad de Harvard. El observatorio ya había ofrecido más oportunidades en Astronomía a las mujeres. Williamina Fleming, Antonia Maury, Annie Jump Cannon y Henrietta Swan Leavitt, consiguieron notables logros a principios de siglo. Sin embargo, gracias al doctorado de Payne-Gaposchkin y al reconocimiento de su trabajo, las mujeres entraron en la “corriente principal”. El camino que ella abrió a la comunidad científica predominantemente masculina fue una inspiración para muchas mujeres.

Al mirar hacia atrás el panorama del conocimiento humano a lo largo de su larga carrera y al pasar de la evolución del conocimiento científico a la evolución de la cultura, en su autobiografía, Cecilia Payne reflexionó sobre lo que se necesita para anular las fuerzas de la resistencia:

He alcanzado una altura que nunca, en mis sueños más salvajes, habría previsto hace 50 años. Ha sido un caso de supervivencia, no de ser la más apta, sino de ser la más tenazmente persistente. No estaba apuntando de forma consciente al punto al que finalmente llegué. Solo seguí andando, recompensada por la belleza del paisaje, hacia un objetivo inesperado.

Este artículo se ha escrito en el marco del proyecto “El regreso de Henrietta Leavitt. De la escuela a la carrera investigadora pasando por el teatro”, una iniciativa del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad.

El Templo del Cielo

Montaje artístico con la portada del libro “El Templo del Cielo”
Montaje artístico con la portada del libro “El Templo del Cielo”, escrito por Enrique Joven (IAC) y editado por Roca Editorial, sobre una imagen del cúmulo de las Pléyades, obtenida por Daniel López/IAC, con el telescopio IAC-80, en el Observatorio del Teide, en abril de 2008, en el marco del proyecto Imagen Astronómica del Mes.

En 1618, un grupo de misioneros jesuitas viaja a China y, con ellos, parte de un extraño pergamino enviado por Johannes Kepler que podría contener el secreto de la piedra filosofal. Enrique Joven, físico e ingeniero senior del IAC, nos invita a sumergirnos en su nueva novela de misterio El Templo del Cielo, en cierto modo precuela de su otra novela El Castillo de las Estrellas (ver su propia entrada en este blog). Sigue leyendo

El Castillo de las Estrellas

Montaje artístico con la portada del libro "El Castillo de las Estrellas"
Montaje artístico con la portada del libro “El Castillo de las Estrellas”, escrito por Enrique Joven (IAC) y editado por Roca Editorial, sobre una imagen astronómica –Triángulo de Pickering, zona central del remanente de supernova conocida como nebulosa del Velo o NGC 6979- obtenida por Luis Chinarro (IAC), con el telescopio IAC-80, en el Observatorio del Teide. La cámara CCD utilizada para ello (“Camelot”) fue curiosamente instalada por el autor en el año 2004.

Descubre la conexión entre el esotérico Manuscrito Voynich del siglo XV y la sospechosa muerte del astrónomo Tycho Brahe, amigo de Johannes Kepler, en la novela de misterio El Castillo de las Estrellas, de Enrique Joven, físico e ingeniero senior del IAC. Sigue leyendo

STARMUS, 50 Years of Man in Space

Montaje artístico con la portada del libro STARMUS, 50 Years of Man in Space
Montaje artístico con la portada del libro STARMUS, 50 Years of Man in Space, editado por Garik Israelian y Brian May, sobre una imagen astronómica del IAC obtenida con el telescopio IAC-80 en el Observatorio del Teide y en la que se aprecian las regiones de hidrógeno ionizado (HII) alrededor del objeto Herbig-Haro HH 163. Crédito de la foto: Pablo Rodríguez-Gil y Pablo Bonet (IAC).

Decía Jorge Luis Borges (*) que “de los diversos instrumentos del hombre, el más asombroso es, sin duda, el libro”. Y añadía: “Los demás son extensiones de su cuerpo. El microscopio, el telescopio, son extensiones de su vista; el teléfono es extensión de la voz; luego tenemos el arado y la espada, extensiones de su brazo. Pero el libro es otra cosa: el libro es una extensión de la memoria y de la imaginación.”  Con Borges siempre en el recuerdo, abrimos esta nueva sección en La Vía Láctea, s/n. Nuestra “biblioteca estelar” reseñará libros con contenido astronómico, desde la pura ficción literaria hasta la alta divulgación científica. Y la inauguramos con STARMUS, 50 Years of Man in Space, un libro dedicado a dos grandes pioneros de la era espacial –Neil Armstrong (1930-2012) y Yuri Gagarin (1934-1968)-, presentado con motivo de la segunda edición del Festival STARMUS en Canarias y con prólogo del físico teórico Stephen Hawking. Sigue leyendo