Cecile e l'idrogeno nelle stelle

Ecco, in apertura del post, uno scatto furtivo che mi permette di introdurmi all'argomento del post. Perché racconto le prime nozioni di astronomia in questo periodo dell'anno? Semplice, perché nei limpidi cieli tardo-autunnali la volta si riempie di meraviglie, come la congiunzione visibile nella serata del 7 dicembre, che ho tentato di cogliere nella foto sottostante mentre sfreccio in auto (la mia Smart guidata dal babbo) all'appuntamento con la 3d.

Un altro scatto l'ho fermato a Sedico, uscendo dall'appuntamento con la 3d. Qui si possono ammirare Giove, Saturno, la Luna e Venere.

 

Il 7 dicembre 1979 moriva l'astronoma anglo-americana, Cecilia Payne-Gaposchkin, la prima scienziata a proporre l'idea che la componente fondamentale delle stelle fosse l'idrogeno e non il ferro come si pensava fino a quel momento. 

Nata a Wendover (Buckinghamshire, Regno Unito) il 10 maggio 1900, ella studiò inizialmente botanica, fisica e chimica presso l'Università di Cambridge. 

Di fronte all'impossibilità di ottenere un titolo in patria a causa del suo sesso, abbandonò l'Inghilterra nel 1922 con l'intenzione di vivere negli Stati Uniti, la cui cittadinanza ottenne nel 1931.

Nel 1925 è diventata la prima persona a raggiungere un dottorato nel settore dell'astronomia al Radcliffe College (attualmente parte di Harvard) e lo ha fatto grazie alla sua dissertazione intitolata "Atmosfere stellari, un contributo allo studio di osservazione delle alte temperature negli strati superficiali delle stelle" (Stellar Atmospheres, Attribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars). 

Applicando la teoria della ionizzazione sviluppata dal fisico Meghnad Saha per poter collegare esattamente la classificazione spettrale delle stelle alle loro temperature assolute, la tesi stabiliva che l'idrogeno era la componente principale delle stelle. Alla Harvard University ebbe come direttore della tesi Harlow Shapley.

Tuttavia questo fatto non fu accettato nell'immediato né dalla comunità scientifica né dai suoi professori, e ciò lo dovette dire nella stessa tesi, perché in quel momento si pensava che la componente massiccia delle stelle fosse il ferro. Più tardi, altre indagini indipendenti sostennero l'idea della Payne e i suoi insegnanti hanno dovuto riconoscere il loro errore. 

L'idea fu tuttavia ripresa anche da Henry Norris Russell, che la fece sua e la pubblicò senza menzionare il contributo della Payne. Russell divenne celebre poi per il diagramma HR che classifica le stelle e permette di descriverne lo sviluppo. Lo avevo pubblicato anche QUI.

La vita di una stella inizia con il crollo gravitazionale di una nebulosa gassosa di materiale composto principalmente da idrogeno, insieme ad elio e tracce di elementi più pesanti.

Quando il nucleo stellare è abbastanza denso, l'idrogeno inizia a diventare elio attraverso la fusione nucleare, rilasciando energia durante il processo. 

I resti dell'interno della stella portano l'energia fuori dal nucleo attraverso una serie combinata di processi di radiazione e convezione. La pressione interna della stella evita di collassare ulteriormente con la propria gravità. 

Quando l'idrogeno è esaurito nel nucleo, una stella con almeno 0,4 volte la massa del Sole si espande fino a diventare una gigante rossa, in alcuni casi fondendo elementi più pesanti nel nucleo o in strati esterni intorno al nucleo (come carbonio o ossigeno). La stella allora si evolve fino ad una forma degenerata, riciclando una porzione della sua materia nel mezzo interstellare, dove contribuirà alla formazione di una nuova generazione di stelle con una maggiore proporzione di elementi più pesanti. Nel frattempo, il nucleo diventa una rimanenza stellare: una nana bianca, una stella di neutroni, o (se è abbastanza massiccia) un buco nero.

La composizione chimica di una stella varia a seconda della generazione a cui appartiene. Più antica è e più bassa è la sua metallicità (termine che designa il concetto astrofisico utilizzato per descrivere l'abbondanza relativa di elementi più pesanti dell'elio in una stella). 

All'inizio della sua vita una stella simile al sole contiene circa il 75% di idrogeno, elio al 23% e il restante 2 % comprende elementi più pesanti, apportati da stelle che hanno terminato il ciclo prima che nascesse. Queste percentuali sono in massa; in numero di nuclei, il rapporto è il 90% di idrogeno e il 10% di elio.

Durante un viaggio in Europa nel 1933, Cecilia Payne incontrò l'astrofisico russo Sergei Gaposhkin, che sposò l'anno successivo negli Stati Uniti d'America. Ebbero tre figli, Edward, Katherine e Peter.

La nostra scienziata continuò a trascorrere tutta la sua carriera accademica ad Harvard. Per diversi anni non ebbe incarichi ufficiali, fino a quando, nel 1938, le fu concesso il titolo di astronoma. Fu la prima donna a raggiungere il posto di insegnante associata ad Harvard - nel 1956.

Tra i premi e le distinzioni che ha ottenuto, spiccano il Premio Annie J. Cannon in Astronomia (1934) e la Lecture di Henry Norris Russell dell'American Astronomical Society (1976). L'Asteroide 2039 Payne-Gaposchkin è così chiamato in suo onore.