Do que são feitas as estrelas? Qual a composição química do Sol? Estas eram perguntas que a ciência não sabia responder com precisão no começo do século XX. Isto mudou com a tese de doutorado de Cecilia Payne, que mostrou que as estrelas são constituídas quase totalmente por Hidrogênio e Hélio, sendo estes os elementos mais abundantes do universo!
Antes do trabalho de Payne, cientistas acreditavam que a composição do Sol seria similar à da Terra. Isto acontecia porque para analisar a luz solar podemos usar uma técnica chamada espectrometria que nos permite identificar com certa facilidade a presença de elementos químicos, pois eles deixam uma espécie de assinatura no espectro da luz. Mas identificar a proporção entre os elementos é algo muito mais difícil.
Cecilia Helena Payne (1900-1979) foi uma importante astrônoma. Começou seus estudos na Universidade de Cambridge e após assistir a uma palestra do Arthur Eddington, decidiu seguir carreira na pesquisa astronômica. Como na época não se permitiam mulheres nos programas de doutorado na Inglaterra, Payne decidiu migrar para os Estados Unidos, indo continuar sua carreira no observatório de Harvard onde foi a primeira pessoa a obter um PhD pela instituição.
Na sua tese de doutorado, Payne usa o imenso catálogo de estrelas criado pelas Computadoras de Harvard para identificar que a mudança no espectro das estrelas em diferentes temperaturas e pressões se deve a alterações na proporção dos átomos em diferentes estados excitados e ionizados.
Com esta hipótese, Cecilia Payne conclui que Hidrogênio e Hélio são ao menos um milhão de vezes mais abundantes que outros elementos químicos no Sol. Quando a tese de Payne foi revisada pelo astrônomo Henry Russell, este disse que o resultado certamente estava errado. Isto fez Payne adicionar uma linha nas conclusões da tese dizendo que seus resultados quase certamente não eram reais.
Usando métodos alternativos, Russell chega à mesma conclusão de Payne anos depois, e por vezes é erroneamente creditado por esta descoberta. A tese de Payne é atualmente considerada uma das mais brilhantes teses de astronomia já escritas.
Payne continuou seus trabalhos no observatório como técnica do observatório, até eventualmente se tornar a primeira mulher a ser professora em Harvard e também a primeira chefe do departamento de astronomia. Seu trabalho foi publicado no livro “Stellar Atmospheres”, convencendo a muitos de que a descoberta da composição química das estrelas era um mérito dela. Este livro atualmente é leitura obrigatória para todos que queiram se dedicar à astronomia profissionalmente.