Payne-Gaposchkin, Cecilia Helena (1900-1979) était une astronome d'origine britannique qui est devenue une autorité sur les étoiles variables (étoiles qui changent de luminosité) et la structure de la Voie lactée. Elle a été l'une des premières femmes à accéder au rang de professeur à l'Université Harvard et la première femme à y diriger un département.
Cecilia Helena Payne est née le 10 mai 1900, à Wendover, Angleterre. Elle est entrée à l'Université de Cambridge en 1919. En tant que femme dans le domaine de l'astronomie, Payne a rencontré de nombreux obstacles. Un éminent professeur, Ernest Rutherford, dont les travaux ont permis de révéler la structure de l'atome, se moquait de Payne comme la seule femme dans ses conférences, faire rire les étudiants de sexe masculin. Bien qu'elle se sente intimidée, son amour de l'astronomie a assuré son succès. Elle se lie d'amitié avec le jeune astronome britannique Arthur Stanley Eddington, qui l'a prise comme étudiante en tutorat. Eddington est devenu le pionnier de l'étude de la structure interne des étoiles.
Payne a terminé ses études à Cambridge en 1923, obtenir un B.A. diplôme en 1923. Puisqu'à cette époque, une femme ne pouvait obtenir que « le titre de diplôme, ” Payne a navigué à bord du Caronia aux États-Unis en 1923 pour chercher de plus grandes opportunités. Cette année, elle a commencé à étudier au Radcliffe College, un collège privé d'arts libéraux pour femmes à Cambridge, Massachusetts, avec des liens étroits avec l'Université Harvard.
Peu de temps avant que Payne ne vienne en Amérique, le directeur de l'observatoire du Harvard College, Harlow Shapley, avait lancé un programme d'astronomie pour encourager les femmes à étudier à l'Observatoire. La première étudiante était Adelaide Ames, en 1922, et le deuxième étudiant était Payne. Payne a beaucoup travaillé à l'Observatoire, et Shapley est devenu son directeur de thèse. Dans deux ans, elle a obtenu un doctorat. diplôme en astronomie de Radcliffe, le premier doctorat décerné pour la recherche à l'Observatoire de Harvard. Harvard n'avait pas encore établi de programme de doctorat dans le domaine. Elle est également devenue la première femme à recevoir un doctorat en astronomie de Radeliffe.
Son travail traitait des atmosphères d'étoiles. Elle a soumis son doctorat. thèse – qui devint le livre Stellar Atmospheres – au Radcliffe College en 1925. L'astrophysicien américain d'origine ukrainienne Otto Struve a qualifié la thèse de Payne de « sans aucun doute le plus brillant doctorat. thèse jamais écrite en astronomie. Struvé, qui a beaucoup contribué à l'étude des étoiles, était surtout connu pour ses recherches sur le spectre des étoiles.
De 1927 à 1938, elle a travaillé comme assistante technique de Shapley à l'observatoire de Harvard. Shapley empêchait souvent Payne d'utiliser de nouveaux équipements électroniques, et il était responsable de garder son nom hors des catalogues de Harvard ou Radcliffe. Elle a appris des années plus tard qu'il avait payé son salaire à partir de « dépenses d'équipement ». En 1934, l'astronome américain Henry Norris Russell a fait référence à Payne lorsqu'il a écrit que le meilleur candidat en Amérique pour être son successeur à l'Université de Princeton "hélas, est une femme ! Russell a eu une grande influence dans le développement de l'astrophysique théorique aux États-Unis et a été directeur de l'observatoire de l'Université de Princeton de 1912 à 1947. Ni Harvard ni Princeton n'auraient considéré une femme membre du corps professoral.
Toujours en 1934, Payne a épousé l'astronome et astrophysicien de Harvard d'origine russe Sergueï Gaposchkin. Ils ont travaillé ensemble sur de nombreux projets d'étoiles variables.
Le travail de Payne-Gaposchkin au Harvard College Observatory est resté non officiel et non reconnu. Aucun des cours qu'elle a enseignés à Harvard n'a été répertorié dans le catalogue jusqu'en 1945. De plus, elle a vu comment les femmes faisaient le gros du travail dans son champ. Dans les arrière-salles de l'observatoire, les femmes ont travaillé sur les calculs nécessaires pour mesurer les emplacements des étoiles et cataloguer les volumes des résultats d'autres scientifiques. Certains d'entre eux avaient commencé avec de grands talents scientifiques, mais avaient été découragés dans leurs efforts. Ils pourraient perdre leur emploi s'ils se mariaient ou s'ils se plaignaient de leurs bas salaires. En 1938, Payne-Gaposchkin reçut le titre d'astronome Phillips.
Après la Seconde Guerre mondiale (1939-1945), un nouveau directeur a repris l'observatoire. Finalement, en 1956, après 31 ans d'attente, Payne-Gaposchkin a reçu le titre de professeur titulaire d'astronomie à Harvard, un poste qu'elle a occupé jusqu'en 1966. Elle a été la première femme à devenir professeur titulaire à Harvard. À la fois, elle est devenue la première femme présidente de département, à la tête du département d'astronomie de Harvard de 1956 à 1960. Ses propres luttes en tant que femme dans un domaine dominé par les hommes ont aidé Payne-Gaposchkin à devenir un fervent partisan des jeunes étudiantes.
Les réalisations de Payne-Gaposchkin en astronomie étaient nombreuses. Elle a découvert la composition chimique des étoiles. En particulier, elle a découvert que l'hydrogène et l'hélium sont les éléments les plus abondants dans les étoiles et. donc, dans l'univers. Elle a également déterminé les températures stellaires. Elle a appris ces choses en étudiant et en analysant en détail les spectres d'étoiles à haute luminosité, (Les astronomes utilisent le terme luminosité pour la quantité d'énergie qu'une étoile dégage.) Cela impliquait d'analyser la lumière des étoiles dans les galaxies lointaines en la faisant passer à travers un prisme, qui l'a divisé en une bande de couleurs semblable à un arc-en-ciel appelée spectre (spectres au pluriel). À une extrémité du spectre de la lumière visible est rouge, la couleur avec la longueur d'onde la plus longue (distance entre les crêtes d'onde successives). A l'autre extrémité est violet, qui a la longueur d'onde la plus courte. Le spectre de la lumière émise par n'importe quelle étoile a des lignes lumineuses et sombres qui indiquent la composition des couches externes et de l'atmosphère de l'étoile. Les astronomes ont ensuite comparé les spectres de la lumière des étoiles dans les galaxies lointaines avec des spectres d'étoiles similaires dans notre galaxie d'origine, la voie Lactée.
Les observations et analyses d'étoiles variables faites par Payne-Gaposchkin et Gaposchkin ont jeté les bases de tous les travaux suivants sur les étoiles variables et leur utilisation pour des indices sur la structure des étoiles. Les étoiles variables sont des étoiles qui changent de luminosité. Il en existe quatre types principaux :(1) les variables pulsantes, (2) les étoiles qui explosent (également appelées variables cataclysmiques), (3) binaires à éclipse, et (4) étoiles en rotation.
Les variables pulsantes changent de luminosité au fur et à mesure qu'elles se dilatent et se contractent. Ils pulsent tous les quelques jours à tous les 100 jours. Un type de variable pulsante est la Céphéide. Les astronomes appellent également ces étoiles variables Céphéides car ils ont découvert la première dans la constellation de Céphée. Payne-Gaposchkin et d'autres astronomes ont pu déterminer la distance des variables céphéides en comparant la luminosité apparente des étoiles avec leurs luminosités. La découverte que d'autres galaxies sont des systèmes distants qui ne font pas partie de la Voie lactée a été faite en observant des céphéides.
Les étoiles qui explosent éclatent de manière inattendue avec une énergie si énorme qu'elles projettent d'énormes quantités de gaz et de poussière dans l'espace. Un type d'étoile explosive que Payne-Gaposchkin a étudié est appelé nova, novae pluriel. Ces étoiles deviennent des milliers de fois plus brillantes que la normale. Cette luminosité peut durer quelques jours voire des années, et puis l'étoile revient à son apparence sombre. Certaines novae explosent encore et encore. Un autre type d'étoile qui explose, appelé une supernova, est des milliers de fois plus brillante qu'une nova ordinaire.
Les binaires à éclipse sont des étoiles doubles, constitué d'une paire d'étoiles qui se déplacent l'une autour de l'autre. Les étoiles se déplacent de telle manière que l'une bloque périodiquement la lumière de l'autre. Ce blocage réduit la luminosité totale des deux étoiles vues de la terre. Les binaires à éclipse ne sont qu'un type d'étoile double.
De 1966 à 1979, Payne-Gaposchkin est resté professeur émérite de Harvard, et de 1967 à 1979, elle était membre du personnel du Smithsonian Astrophysical Observatory. Elle a écrit de nombreux livres universitaires et manuels, ainsi que les populaires Stars in the Making (1952) et Stars and Clusters (1979). Depuis 20 ans, elle a édité les publications de l'Observatoire de Harvard, dont les revues Bulletin, Circulaire, et Annales, ainsi que des livres parus sous le titre de Harvard Monographs.
Plusieurs collèges ont décerné des diplômes honorifiques à Payne-Gaposchkin. La Royal Astronomical Society l'a élue membre alors qu'elle était encore étudiante à Cambridge. Elle est également devenue membre de l'American Astronomical Society, Société philosophique américaine, et Académie américaine des arts et des sciences. Elle a remporté une bourse du Conseil national de recherches; Médaille d'études supérieures de la Radcliffe Alumnae Association; Prix Annie Jump Cannon de l'American Astronomical Society; Prix Henry Norris Russell, Société américaine d'astronomie ; Prix du Mérite, Collège Radcliffe; et la médaille Rittenhouse, Institut Franklin.
Les Gaposchkin ont eu trois enfants, Edouard, Catherine, et Pierre. Katherine est devenue astronome, et s'est associée avec sa mère pour publier plusieurs articles ensemble. Elle a également édité l'autobiographie de sa mère, Cecilia Payne-Gaposchkin :Une autobiographie et d'autres souvenirs (1984). Elle est décédée le 7 décembre 1979.
