Astronomia

Cecilia Payne mostrou em 1925 que as estrelas são feitas sobretudo de hidrogênio e hélio

Publicado em 11/10/2026 · Última alteração em 11/10/2026

Em 1925, na tese de doutorado em Harvard, a astrônoma Cecilia Payne concluiu que as estrelas são compostas principalmente de hidrogênio e hélio, e não de elementos como os da Terra. Henry Norris Russell, que contradisse o resultado, chegou à mesma conclusão por outro método em 1929. Payne acrescentou à tese a ressalva de que as abundâncias eram "quase certamente irreais", mas manteve os cálculos.

Antes de Payne, a visão dominante era que Sol e estrelas teriam composição parecida com a da Terra, ricos em metais. Em Harvard, Annie Jump Cannon havia classificado espectros de estrelas em classes (O, B, A, F, G, K, M), mas ninguém sabia o que a diferença entre elas significava. Payne usou a equação de ionização do físico indiano Meghnad Saha (1920) para corrigir o efeito da temperatura: uma linha fraca no espectro pode significar pouco elemento ou um elemento ionizado demais para absorver naquela linha. Corrigido o efeito, o hidrogênio e o hélio apareciam como dominantes. Na época isso parecia absurdo, e o astrônomo que dominava o assunto, Henry Norris Russell, de Princeton, discordou.

A ressalva que registrou a prioridade

Sob pressão de seus orientadores, Payne escreveu na tese que a abundância de hidrogênio e hélio era "quase certamente irreal". Os cálculos ficaram na página. Quatro anos depois, Russell publicou resultado semelhante, e por décadas muitos livros o citaram como autor da descoberta.

O catálogo que ninguém sabia ler

No Observatório de Harvard, Annie Jump Cannon (1863-1941) classificou espectros de estrelas em classes de tipo O, B, A, F, G, K e M, num esquema publicado no início do século XX. A classificação era empírica: ordenava as estrelas pela aparência das linhas de absorção, sem dizer por que elas variavam. Era a base de dados que Payne tinha em mãos quando chegou a Harvard em 1923, depois de estudar física em Cambridge.

A ferramenta indiana

A peça que faltava veio do físico indiano Meghnad Saha, que em 1920 publicou a equação que liga temperatura e grau de ionização de um gás. Com ela, Payne pôde corrigir o efeito da temperatura nas linhas de cada elemento. Sem essa correção, uma linha fraca de hidrogênio parecia dizer que havia pouco hidrogênio; corrigida, indicava o contrário, porque o hidrogênio estava em um estado de energia que quase não absorve naquela linha.

O desacordo com Russell

Henry Norris Russell, de Princeton, era a maior autoridade do assunto e sustentava que as estrelas teriam composição metálica como a da Terra. Contradisse o resultado de Payne, e ela incluiu na tese a ressalva de que as abundâncias eram quase certamente irreais. Em 1929 Russell chegou a conclusão semelhante por outro caminho, e o crédito passou a ir para ele, por décadas.

Depois da tese

Payne ficou em Harvard e deu aulas por mais de 20 anos sem o título de professora. Foi assistente técnica de Shapley em 1927 e astrônoma só em 1938. Em 1956 foi promovida a professora titular, a primeira mulher na Faculdade de Artes e Ciências, e chefiou o departamento de Astronomia até 1960. Depois da aposentadoria, trabalhou no Observatório Astrofísico Smithsonian.

Como sabemos

O núcleo (tese de 1925, oposição de Russell, ressalva, primeira titular em 1956) está em fontes abertas; detalhes como o ano de 1929 e a frase de Russell vêm de fonte secundária.

Em debate: Russell chegou a conclusão semelhante em 1929 por outro método e por décadas foi citado como autor; historiadores apontam que Payne chegou primeiro, em 1925, e que a ressalva na tese foi uma concessão à pressão dos orientadores, não uma retratação.

• Fato estabelecido: Cecilia Payne nasceu em 10 de maio de 1900 em Wendover, Inglaterra, estudou no Newnham College, em Cambridge, e mudou-se em 1923 para os Estados Unidos, com uma bolsa no Observatório do Harvard College, depois de contato com o diretor Harlow Shapley. [1] [2]
• Fato estabelecido: Sua tese, "Stellar Atmospheres", escrita em 1924-1925, concluiu que as estrelas são compostas principalmente de hidrogênio e hélio; foi o primeiro doutorado em astronomia concedido pelo Radcliffe College. [1] [2] [4]
• Fato estabelecido: O método dela dependia da equação de ionização de Meghnad Saha, de 1920, que permite corrigir o efeito da ionização ao estimar a abundância dos elementos. [3]
• Fato estabelecido: Henry Norris Russell, que fazia parte da comissão da tese e sustentava que as estrelas seriam compostas sobretudo de metais, contradisse os resultados sobre hidrogênio e hélio. [1]
• Consenso científico: Russell respondeu que o resultado de abundância de hidrogênio era "claramente impossível". [2]
  A frase aparece na biografia do MacTutor; a carta original não foi consultada.
• Fato estabelecido: Payne acrescentou à tese a ressalva de que as abundâncias de hidrogênio e hélio eram "quase certamente irreais" (a APS relata que seus orientadores a levaram a chamá-las de "espúrias"), mas manteve os cálculos. [1] [3]
• Consenso científico: Quatro anos depois da tese, Russell publicou resultados semelhantes e recebeu amplo reconhecimento, enquanto a contribuição original de Payne foi em grande parte ignorada por décadas. [4]
  O museu fala em quatro anos depois; o ano de 1929 é o da publicação de Russell no Astrophysical Journal, não conferido em página aberta.
• Fato estabelecido: Estudos posteriores confirmaram os resultados de Payne; a NASA descreve hoje o Sol como uma enorme bola de hidrogênio e hélio. [1] [5]
• Consenso científico: Otto Struve chamou a tese de "indubitavelmente a mais brilhante tese de doutorado já escrita em astronomia". [4]
  É um juízo de Struve, citado pelo museu.
• Fato estabelecido: Em 1927 Payne era assistente técnica de Shapley; em 1938 tornou-se astrônoma do Observatório de Harvard. [2]
• Fato estabelecido: Em 1956 tornou-se a primeira mulher a ser promovida a professora titular na Faculdade de Artes e Ciências de Harvard e a primeira a chefiar um departamento (Astronomia, 1956-1960). [2] [4]
• Fato estabelecido: Aposentou-se de Harvard em meados da década de 1960 como professora emérita e trabalhou no Observatório Astrofísico Smithsonian de 1967 até sua morte, em 1979. [1] [2]
  As fontes divergem entre 1965 e 1966 como ano de aposentadoria.

Fontes

1. Science History Institute — Cecilia Payne-Gaposchkin
   consultada em 11/10/2026
2. MacTutor, Universidade de St Andrews — Cecilia Helena Payne-Gaposchkin
   consultada em 11/10/2026
3. American Physical Society — Cecilia Payne-Gaposchkin
   consultada em 11/10/2026
4. National Women's History Museum — Cecilia Payne-Gaposchkin
   consultada em 11/10/2026
5. NASA — Sun Facts
   consultada em 11/10/2026

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