Brillante astronome, Cecilia Payne a apporté des contributions majeures à la compréhension de la composition des étoiles.
Contrairement aux théories de l’époque, elle soutint que les étoiles sont composées principalement d’hydrogène, une découverte qui révolutionne l'astronomie. Elle sera aussi la première femme membre du département d’astronomie de l’Université de Harvard. Le parcours de Cecilia Payne n’a cependant pas été aisé.
Cecilia Payne est une astronome anglo-américaine, née en 1900 en Angleterre. Elle est l’aînée d’une famille de trois enfants. Sa mère est une artiste peintre ; son père, à la fois avocat et historien, meurt alors qu’elle n’a que quatre ans.
Cecilia Payne démontre très tôt de l’intérêt pour les sciences. A l’école primaire, elle met en place un protocole afin de vérifier l’efficacité des prières : elle compare les résultats d’un groupe composé d’élèves ayant prié pour réussir un test avec ceux d’un groupe n’ayant pas prié ; les résultats de cette expérience firent d’elle une agnostique.
Cecilia Payne entame des études secondaires à la Saint Paul’s Girls School. Son éducation aurait pu s'arrêter là, sa mère voulant privilégier l’éducation de ses frères. Mais contrairement à ce souhait, Cecilia Payne obtient une bourse d’étude et, en 1919, poursuit ses études au Newnham College de l’Université de Cambridge.
À l’université, intéressée par l'astronomie, elle assiste à une conférence donnée par Arthur Eddington à l’issue de son expédition en Afrique de 1919 menée afin de vérifier à l’aide d’une éclipse totale du Soleil la déviation des rayons lumineux prédite par la relativité générale d’Einstein. Cette conférence est une révélation : elle consacrera sa vie à l’astronomie !
En 1923, elle obtient son diplôme en sciences, mais l’Université de Cambridge refuse d’engager des femmes en tant que chercheuses et Cecilia prend conscience qu'elle ne pourra pas faire carrière en Angleterre. Elle reçoit alors une bourse de l'Université de Harvard et part pour les Etats-Unis où elle réalisera une thèse de doctorat sous la direction de l’astronome et physicien Harlow Shapley. Sa thèse sera intitulée « Stellar Atmospheres, A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars ».
Cecilia Payne est célèbre pour avoir découvert que les étoiles sont majoritairement composées d’hydrogène et d’hélium. Cette avancée scientifique majeure la place initialement à l’extrême opposé du consensus scientifique de son époque qui suppose que les étoiles ont une composition chimique semblable à celle de la Terre. En 1924, elle écrit un premier article qui relate sa découverte et le fait relire à Henry Russell, ancien professeur de son directeur de thèse, Harlow Shapley, mais Russell la dissuade de publier son article : la Terre et les étoiles doivent avoir une composition semblable ! Elle s’incline et abandonne temporairement sa découverte.
En 1929, soit quatre années après son article avorté, Henry Russell se ravive, arrive à la même conclusion que Payne et … publie un article sur le sujet. Même s’il reconnaît à Payne l’antériorité de la découverte de la composition des étoiles, celle-ci est alors souvent attribuée à Russell et ce n’est que dans les années 60 que sa contribution et sa thèse de doctorat sont reconnues à leur juste valeur.
Otto Struve, un astrophysicien renommé, déclara qu’il s’agissait pour lui de « la plus brillante thèse de doctorat d'astronomie jamais écrite. »
“J'ai cédé à l'autorité alors que je croyais avoir raison. Voilà un autre exemple de ce qu'il ne faut pas faire en matière de recherche. Je le note ici comme un avertissement pour les jeunes. Si vous êtes sûr de vos faits, vous devez défendre votre position.”
En tant que chercheuse, elle se consacre à l'étude des étoiles variables. Elle travaille sur les étoiles de la Voie Lactée et des Nuages de Magellan afin de déterminer leur évolution. Elle s’intéresse aussi aux Novae, des étoiles qui deviennent temporairement aussi brillantes qu’une galaxie entière. Elle propose en particulier une classification des Novae en fonction de leur courbe de lumière.
Cecilia Payne a révolutionné l’astronomie par ses découvertes mais aussi l’establishment scientifique par un comportement rebelle qui a contribué à changer les mœurs. Lorsqu’en 1934 elle se marie avec l’astrophysicien russe Sergei Gaposchkin, lui aussi à Harvard, Cécilia Payne conserve son poste de chercheuse alors que c’était en principe interdit. Enfreignant les bonnes manières de l’époque, elle donne une conférence alors qu’elle était enceinte de cinq mois ; son patron Harlow Shapley lui demande alors que cela ne se reproduise plus …
Malgré ces écueils, Cecila Payne mène une brillante carrière. En 1936, elle devient membre de la Société Philosophique Américaine et en 1943 de l’American Academy of Arts and Sciences. Elle n'obtient un poste permanent à Harvard qu'en 1938, et elle doit attendre 1956 avant d'être la première femme nommée professeure à Harvard et est également la première femme à diriger le département d'astronomie de l'université.
Cecila Payne est lauréate de plusieurs prix prestigieux, tels que le prix d’astronomie Annie Cannon qui récompense les chercheuses résidant en Amérique du Nord et ayant obtenus des contributions importantes en astronomie, la médaille Rittenhouse du Franklin Institute en 1961 et le prix Henry Norris Russel de l’Union Américaine d’Astronomie en 1971.
Elle reçoit aussi de nombreux hommages pour ses travaux. Ainsi, l'astéroïde (2039) Payne-Gaposchkin est nommé en son honneur. Un épisode de la série « Cosmos, une odyssée à travers l'univers » est consacré à son œuvre.
Cecilia Payne-Gaposchkin est décédée en 1979 d’un cancer des poumons, elle a alors 79 ans.
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