Cecilia Payne-Gaposchkin e o Interior do Sol

Depois de algum tempo estou voltando a série sobre mulheres na ciência (veja aqui os posts anteriores). Há algumas semanas atrás expliquei como podemos descobrir a composição química de algo observando a luz emitida pelo objeto quando aquecido, e como isso revela a estrutura atômica da matéria. Naquela ocasião eu disse que olhando o espectro da luz emitida por uma estrela podemos descobrir do que ela é feita. Então pegue a sua estrela favorita, por exemplo o Sol, e vamos ver do que ele é feito. Ok, o Sol não é a estrela favorita de ninguém porque insiste em encher o saco de manhã, mas finja que você gosta dele só por mais alguns parágrafos.

Relembrando, quando você olha para a luz emitida pelo gás de hidrogênio percebe que apenas algumas cores específicas estão presentes. Cada elemento emite um conjunto diferente de cores, e olhando as cores que um objeto emite podemos identificar quais elementos estão presentes. O problema do Sol é que a luz dele contém praticamente todas as cores.

O espectro da luz solar. Abaixo o gráfico mostra a intensidade de cada cor emitida.

No começo do século XX a idéia mais aceita para explicar um espectro tão amplo era de que o Sol tinha uma composição parecida com a Terra, e que as inúmeras cores proviam do enorme número de elementos diferentes. Aqui entra a heroína de hoje, Cecilia Payne-Gaposchkin (1900-1979). Nascida na Inglaterra ela frequentou a Universidade de Cambridge, porém naquela época embora mulheres podiam assistir as aulas elas não recebiam diplomas ao cumprir a graduação. Talvez em função disso ela tenha decidido ir aos Estados Unidos, onde lhe foi oferecida uma bolsa no observatório de Harvard. Lá o diretor do observatório convenceu Cecilia a escrever uma tese de doutorado.

A tese de doutorado de Cecilia era sobre a atmosfera das estrelas. O fato importante que ninguém havia notado é que as estrelas, e o Sol em particular, não tem a atmosfera a uma mesma temperatura, mas sim várias camadas com temperaturas diferentes. No experimento que descrevi em O Átomo e as Estrelas a garrafa de hidrogênio estava toda a uma mesma temperatura, e por isso a amostra era puro hidrogênio atômico. No caso do Sol a temperatura varia muito, de modo que encontramos hidrogênio atômico, molecular e o ionizado que libera elétrons livres na atmosfera formando um plasma. Assim o que Cecilia percebeu é que as variadas cores do espectro solar vem das diferentes formas do hidrogênio e dos elétrons livres que emitem praticamente todas as cores. Com isso Cecilia mostrou que a composição do Sol é muito diferente da Terra, na verdade ele é 70% hidrogênio, 30% hélio e alguns traços de outros elementos.

Qual a importância disso? Bom, além do feito de mostrar que todo mundo estava errado, o fato da composição química solar ser praticamente hidrogênio e hélio é uma observação crucial para entender a história do universo. Uma dos principais conceitos do Big Bang é que na formação do universo apareceram apenas os elementos mais leves, o hidrogênio e o hélio. Esses se juntam para formar as estrelas, e dentro delas serão formados os elementos mais pesados por fusão nuclear. Assim quando Payne-Gaposchkin apresentou sua tese de doutorado em 1925, a primeira em astronomia de Harvard, ela estabelecia um dos pilares experimentais da cosmologia moderna que só seria formulada mais de 20 anos depois.

Posterirmente Otto Struve, um dos maiores astrônomos do século XX, teria dito que a tese de doutorado de Cecilia era “certamente a mais brilhante de toda a história da astronomia”. Embora tenha permanecido muitos anos em Harvard como assistente de laboratório, não estando oficialmente ligada à universidade, em 1954 foi promovida a professora plena, a primeira mulher nessa posição na Faculdade de Artes e Ciências de Harvard. Depois ainda se tornou a primeira mulher a chefiar um departamento naquela universidade, quando assumiu o Departamento de Astronomia.

Depois do doutorado Cecilia Payne-Gaposchkin estudou milhares de estrelas e suas observações foram importantes para se entender a evolução estelar, um assunto para um próximo post. O astrônomo Owen Gingerich a descreveu como uma pessoa imponente e de personalidade turbulenta, bem lembrada por fumar tão frenéticamente que podia passar um seminário inteiro com um maço de cigarros e um único fósforo.

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