Payne-Gaposchkin, Cecilia Helena (1900-1979) era un'astronoma di origine britannica che divenne un'autorità sulle stelle variabili (stelle che cambiano di luminosità) e sulla struttura della Via Lattea. È stata una delle prime donne ad avanzare al rango di professore all'Università di Harvard e la prima donna a dirigere un dipartimento lì.
Cecilia Helena Payne è nata il 10 maggio 1900, a Wendover, Inghilterra. Entrò all'Università di Cambridge nel 1919. Come donna nel campo dell'astronomia, Payne ha incontrato molti ostacoli. Un professore di spicco, Ernest Rutherford, il cui lavoro ha contribuito a rivelare la struttura dell'atomo, ha preso in giro Payne come l'unica donna nelle sue lezioni, facendo ridere gli studenti maschi. Sebbene si sentisse intimidita, il suo amore per l'astronomia le assicurò il successo. Divenne amica del giovane astronomo britannico Arthur Stanley Eddington, che l'ha assunta come allieva tutor. Eddington ha continuato a essere pioniere nello studio della struttura interna delle stelle.
Payne completò i suoi studi a Cambridge nel 1923, guadagnare un B.A. laurea nel 1923. Siccome a quel tempo una donna poteva solo guadagnare “il Titolo di Laurea, Payne salpò a bordo della Caronia per gli Stati Uniti nel 1923 per cercare maggiori opportunità. Quell'anno, ha iniziato a studiare al Radcliffe College, un college privato di arti liberali per donne a Cambridge, Massachusetts, con stretti legami con l'Università di Harvard.
Non molto tempo prima che Payne venisse in America, il direttore dell'Harvard College Observatory, Harlow Shapley, aveva avviato un programma di astronomia per incoraggiare le donne a studiare all'Osservatorio. La prima studentessa fu Adelaide Ames, nel 1922, e il secondo studente era Payne. Payne ha lavorato a lungo presso l'Osservatorio, e Shapley divenne il suo relatore di tesi. In due anni, ha conseguito un dottorato di ricerca. laurea in astronomia da Radcliffe, il primo dottorato assegnato per la ricerca presso l'Osservatorio di Harvard. Harvard non aveva ancora istituito un programma di dottorato nel campo. Divenne anche la prima donna a ricevere un dottorato in astronomia da Radeliffe.
Il suo lavoro trattava di atmosfere di stelle. Ha presentato il suo dottorato di ricerca. tesi - che divenne il libro Stellar Atmospheres - al Radcliffe College nel 1925. L'astrofisico americano di origine ucraina Otto Struve definì la tesi di Payne "senza dubbio il più brillante dottorato di ricerca". tesi mai scritta in astronomia”. Struve, che ha contribuito molto allo studio delle stelle, era noto principalmente per le sue indagini sugli spettri delle stelle.
Dal 1927 al 1938, ha lavorato come assistente tecnica di Shapley all'Harvard Observatory. Shapley spesso impediva a Payne di utilizzare nuove apparecchiature elettroniche, ed era responsabile di aver tenuto il suo nome fuori dai cataloghi di Harvard o Radcliffe. Ha appreso anni dopo che le pagava lo stipendio con "spese per l'attrezzatura". Nel 1934, l'astronomo americano Henry Norris Russell si riferiva a Payne quando scrisse che il miglior candidato in America per essere il suo successore all'Università di Princeton "ahimè, è una donna!» Russell è stato molto influente nella crescita dell'astrofisica teorica negli Stati Uniti ed è stato direttore dell'osservatorio dell'Università di Princeton dal 1912 al 1947. Né Harvard né Princeton avrebbero considerato un membro della facoltà donna.
Sempre nel 1934, Payne sposò l'astronomo e astrofisico di Harvard Sergei Gaposchkin, di origine russa. Hanno lavorato insieme a molti progetti a stelle variabili.
Il lavoro di Payne-Gaposchkin all'Harvard College Observatory è rimasto non ufficiale e non riconosciuto. Nessuno dei corsi che ha insegnato ad Harvard è stato elencato nel catalogo fino al 1945. Inoltre, vide come le donne lavoravano nel suo campo. Nelle stanze sul retro dell'osservatorio, le donne hanno lavorato sui calcoli necessari per misurare le posizioni delle stelle e catalogare i volumi dei risultati di altri scienziati. Alcuni di loro avevano iniziato con un grande talento scientifico, ma erano stati scoraggiati nei loro sforzi. Potrebbero perdere il lavoro se si sposassero o se si lamentassero dei loro bassi stipendi. Nel 1938 Payne-Gaposchkin ricevette il titolo di Phillips Astronomer.
Dopo la seconda guerra mondiale (1939-1945), un nuovo direttore ha assunto l'osservatorio. Finalmente, nel 1956, dopo 31 anni di attesa, Payne-Gaposchkin ha ricevuto il titolo di professore di ruolo di astronomia ad Harvard, una posizione che ha ricoperto fino al 1966. È stata la prima donna a diventare professore di ruolo ad Harvard. Allo stesso tempo, è diventata la prima donna presidente di dipartimento, dirigendo il Dipartimento di Astronomia di Harvard dal 1956 al 1960. Le sue lotte come donna in un campo dominato dagli uomini hanno aiutato Payne-Gaposchkin a diventare una forte sostenitrice delle giovani studentesse.
I successi di Payne-Gaposchkin in astronomia furono numerosi. Ha scoperto la composizione chimica delle stelle. In particolare, scoprì che l'idrogeno e l'elio sono gli elementi più abbondanti nelle stelle e. perciò, nell'universo. Ha anche determinato temperature stellari. Ha imparato queste cose da uno studio dettagliato e dall'analisi degli spettri di stelle ad alta luminosità, (Gli astronomi usano il termine luminosità per indicare la quantità di energia emessa da una stella.) Ciò implicava l'analisi della luce proveniente da stelle in galassie lontane facendola passare attraverso un prisma, che lo scompose in una banda di colori simile a un arcobaleno chiamata spettro (spettri plurali). Ad un'estremità dello spettro della luce visibile c'è il rosso, il colore con la lunghezza d'onda più lunga (distanza tra creste d'onda successive). All'altra estremità c'è il viola, che ha la lunghezza d'onda più corta. Lo spettro di luce emesso da qualsiasi stella ha linee luminose e scure che indicano la composizione degli strati esterni e dell'atmosfera della stella. Gli astronomi hanno quindi confrontato gli spettri della luce delle stelle nelle galassie lontane con gli spettri di stelle simili nella nostra galassia natale, la via Lattea.
Le osservazioni e le analisi delle stelle variabili fatte da Payne-Gaposchkin e Gaposchkin hanno gettato le basi per tutti i successivi lavori sulle stelle variabili e il loro uso per indizi sulla struttura delle stelle. Le stelle variabili sono stelle che cambiano la loro luminosità. Ci sono quattro tipi principali:(1) variabili pulsanti, (2) stelle che esplodono (chiamate anche variabili cataclismiche), (3) binarie ad eclisse, e (4) stelle rotanti.
Le variabili pulsanti cambiano di luminosità mentre si espandono e si contraggono. Pulsano ogni pochi giorni fino a ogni 100 giorni. Un tipo di variabile pulsante è la Cefeide. Gli astronomi chiamano queste stelle anche variabili Cefeidi perché hanno scoperto la prima nella costellazione del Cefeo. Payne-Gaposchkin e altri astronomi potrebbero dire la distanza delle variabili Cefeidi confrontando la luminosità apparente delle stelle con la loro luminosità. La scoperta che altre galassie sono sistemi distanti che non fanno parte della Via Lattea è stata fatta osservando le cefeidi.
Le stelle che esplodono scoppiano inaspettatamente con un'energia così tremenda da scagliare enormi quantità di gas e polvere nello spazio. Un tipo di stella esplosiva studiata da Payne-Gaposchkin si chiama nova, novae plurale. Queste stelle diventano migliaia di volte più luminose del normale. Questa luminosità può durare per alcuni giorni o addirittura anni, e poi la stella ritorna al suo aspetto fioco. Alcune novae esplodono ancora e ancora. Un altro tipo di stella che esplode, chiamata supernova, è migliaia di volte più brillante di una normale nova.
Le binarie ad eclisse sono stelle doppie, costituito da una coppia di stelle che si muovono l'una intorno all'altra. Le stelle si muovono in modo tale che l'una blocchi periodicamente la luce dell'altra. Questo blocco riduce la luminosità totale delle due stelle viste dalla terra. Le binarie ad eclisse sono solo un tipo di stella doppia.
Dal 1966 al 1979, Payne-Gaposchkin rimase professore emerito di Harvard, e dal 1967 al 1979 è stata membro dello staff dello Smithsonian Astrophysical Observatory. Ha scritto molti libri accademici e libri di testo, così come i popolari Stars in the Making (1952) e Stars and Clusters (1979). Per 20 anni, ha curato le pubblicazioni dell'Osservatorio di Harvard, tra cui le riviste Bulletin, Circolare, e Annali, così come i libri che sono apparsi sotto il titolo di Harvard Monographs.
Diversi college hanno assegnato lauree honoris causa a Payne-Gaposchkin. La Royal Astronomical Society l'ha eletta membro mentre era ancora studentessa a Cambridge. Divenne anche membro dell'American Astronomical Society, Società Filosofica Americana, e l'Accademia americana delle arti e delle scienze. Ha vinto una borsa di studio del Consiglio Nazionale delle Ricerche; Medaglia di laurea della Radcliffe Alumnae Association; Premio Annie Jump Cannon dell'American Astronomical Society; Premio Henry Norris Russell, Società astronomica americana; Premio di Merito, Radcliffe College; e la Medaglia del Rittenhouse, Istituto Franklin.
I Gaposchkin ebbero tre figli, Edoardo, Caterina, e Pietro. Katherine divenne un'astronoma, e ha collaborato con sua madre per pubblicare diversi articoli insieme. Ha anche curato l'autobiografia di sua madre, Cecilia Payne-Gaposchkin:un'autobiografia e altri ricordi (1984). È morta il 7 dicembre 1979.
