Cecilia Payne-Gaposchkin: Vén màn bí ẩn về quang phổ sao

Cecilia Payne-Gaposchkin: Vén màn bí ẩn về quang phổ sao

Năm 1925, nhà thiên văn người Mỹ gốc Anh Cecilia Payne-Gaposchkin đã tính tỷ lệ phần trăm của mỗi nguyên tố hóa học từ quang phổ sao. Cô phát hiện hydro và helium là hai nguyên tố có nhiều nhất trong Mặt trời, các ngôi sao và trong cả vũ trụ.Năm 1925, nhà thiên văn người Mỹ gốc Anh Cecilia Payne-Gaposchkin đã tính tỷ lệ phần trăm của mỗi nguyên tố hóa học từ quang phổ sao. Cô phát hiện hydro và helium là hai nguyên tố có nhiều nhất trong Mặt trời, các ngôi sao và trong cả vũ trụ.Cecilia Payne-Gaposchkin (1900 – 1979). Ảnh: Cosmos MagazineCecilia Payne đã trải qua một hành trình dài và cô đơn trong suốt thời thơ ấu ở Anh trước khi trở nên nổi tiếng trong cộng đồng khoa học. Cô bắt đầu sự nghiệp nghiên cứu với một học bổng của Đại học Cambridge (Anh), nơi cô theo học chuyên ngành vật lý. Sau khi gặp Harlow Shapley, Giám đốc Đài thiên văn Harvard, Cecilia Payne chuyển đến Đại học Harvard (Mỹ) để tiếp tục học lên tiến sĩ về thiên văn học.Luận án năm 1925 của cô mang tên “Stellar Atmospheres” (Khí quyển Sao) được nhà thiên văn học Otto Struve đánh giá là “luận án tiến sĩ xuất sắc nhất từng được viết trong lĩnh vực thiên văn học”. Bằng cách chỉ ra sự phong phú của các nguyên tố hóa học từ việc phân tích quang phổ sao, công trình của cô đã khởi đầu cho một cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật lý thiên văn.Harlow Shapley thường nói vui rằng, không ai có thể đạt được tấm bằng tiến sĩ trừ khi người đó phải trải qua rất nhiều gian khổ trong suốt quá trình học. Vào thời điểm sắp kết thúc luận án tiến sĩ về quang phổ sao, Cecilia Payne đã viết: “Đó là những năm tháng tôi hoang mang tột độ. Tôi thường xuyên rơi vào trạng thái kiệt sức và tuyệt vọng, làm việc cả ngày cho đến đêm khuya”.Khi Cecilia Payne bắt đầu nghiên cứu quang phổ sao, các nhà khoa học đương thời tin rằng sự phong phú của các nguyên tố trong bầu khí quyển của Mặt trời và các ngôi sao tương tự như lớp vỏ của Trái đất. Năm 1889, nhà địa hóa học Frank Wigglesworth Clarke xuất bản tác phẩm “The Relative Abundance of the Chemical Elements” (Sự phong phú tương đối của các nguyên tố Hóa học) sau khi ông lấy mẫu và phân tích toàn diện các khoáng vật từ nhiều phần của lớp vỏ Trái đất. Ông phát hiện, nhiều vạch quang phổ Mặt trời được tạo ra bởi các nguyên tố xuất hiện phổ biến nhất trên Trái đất.Henry Norris Russell và Henry Rowland – hai nhà vật lý hàng đầu của Mỹ vào thời điểm đó – cũng cho rằng các nguyên tố trên Trái đất và Mặt trời về cơ bản giống hệt nhau. “Nếu nhiệt độ lớp vỏ Trái đất được nâng lên bằng nhiệt độ của bầu khí quyển Mặt trời, nó sẽ cho quang phổ hấp thụ tương tự”, Russell cho biết. “Quang phổ của Mặt trời và các ngôi sao khác rất giống nhau, vì vậy có vẻ như các nguyên tố phổ biến trong vũ trụ cũng giống như trong lớp vỏ Trái đất”.Cecilia Payne có kiến thức về quang phổ nguyên tử tốt hơn hầu hết các nhà thiên văn học đương thời. Cô biết khá rõ về công trình nghiên cứu vào năm 1920 của nhà vật lý Meghnad Saha về sự ion hóa nhiệt của nguyên tử. Saha đã chỉ ra cách sử dụng một phương trình cân bằng hóa lý để thể hiện mối liên hệ giữa trạng thái kích thích với trạng thái cơ bản của nguyên tử, cũng như mối liên hệ giữa trạng thái ion hóa với nhiệt độ, nồng độ electron, thế ion hóa và các đặc tính khác của khí quyển sao. Cecilia Payne đã có dịp gặp và trao đổi kiến thức với Saha khi anh đến thăm Đại học Harvard.Cecilia Payne hoàn thành luận án tiến sĩ vào ngày 1/1/1925. Cô đã áp dụng các phương trình của Saha cho phổ hấp thụ của nguyên tử hydro thuộc dãy Balmer, bắt nguồn từ các nguyên tử ở trạng thái kích thích đầu tiên. Cô phát hiện trong bầu khí quyển của Mặt trời ở nhiệt độ 5700°K, chỉ có khoảng một trong số 200 triệu nguyên tử hydro ở trạng thái kích thích này. Do đó, gần như toàn bộ các nguyên tử hydro không được thể hiện trong vạch quang phổ của Mặt trời. Hiện tượng trên cũng xảy ra đối với nguyên tử heli.Khi phân tích quang phổ của các ngôi sao khác, Cecilia Payne thu được kết quả tương tự. Cô kết luận: “Không giống như trên Trái đất, hydro và heli là những nguyên tố chiếm ưu thế của Mặt trời, các ngôi sao, và trong cả vũ trụ”.Henry Norris Russell phản đối kết luận này và thuyết phục cô loại bỏ nó khỏi luận án tiến sĩ. Tuy nhiên, các giá trị được chấp nhận hiện nay đối với tỷ lệ khối lượng của các nguyên tố trong dải Ngân hà [bao gồm tập hợp vô số ngôi sao] là: 74% hydro, 24% helium, tất cả các nguyên tố còn lại 2% – xác nhận kết quả của Cecilia Payne.Khám phá của Cecilia Payne về thành phần cấu tạo của các ngôi sao đã làm thay đổi sâu sắc những gì chúng ta biết về vũ trụ. Mặc dù là nguyên tố phổ biến thứ nhì trong vũ trụ, heli rất hiếm trên Trái đất vì nó là một khí trơ nhẹ khó kết hợp với các nguyên tố khác để tạo ra hợp chất hoá học. Các nguyên tử heli trên Trái đất thường bay lên cao và đi vào không gian.Năm 1934, Cecilia Payne đến thăm một đài thiên văn ở Leningrad, Liên Xô, vào thời điểm căng thẳng giữa quốc gia này với Đức lên đến đỉnh điểm. Không lâu sau, cô tiếp tiếp tục đến thăm nước Đức và gặp gỡ Sergei Gaposchkin, một nhà thiên văn trẻ người Liên Xô. Sergei Gaposchkin muốn cô giúp anh đến Mỹ, bởi vì anh đang phải đối mặt với sự truy đuổi của quân Đức do là người Liên Xô.Cecilia Payne cảm động với câu chuyện của Sergei Gaposchkin nên sau khi trở về nhà, cô đã xin visa cho anh sang Mỹ với tư cách là một người không quốc tịch. Năm 1934, họ kết hôn và Cecilia Payne đổi tên thành Cecilia Payne-Gaposchkin.Sau khi xem xét nhiều cơ hội việc làm, Cecilia Payne-Gaposchkin quyết định ở lại Đại học Harvard để theo đuổi sự nghiệp nghiên cứu và giảng dạy với mức lương tương đối thấp. Trong khoảng thời gian này, cô đã xuất bản một số cuốn sách nổi tiếng bao gồm: “The Stars of High Luminosity” (Những Ngôi sao có độ sáng cao) vào năm 1930; “Variable Stars” (Những Ngôi sao biến quang) năm 1938; và “Variable Stars and Galactic Structure” (Những ngôi sao biến quang và cấu trúc thiên hà) năm 1954.Năm 1956, sau nhiều nỗ lực phấn đấu, Cecilia Payne-Gaposchkin cuối cùng đã trở thành nữ giáo sư đầu tiên của Đại học Harvard. Cô cũng là nữ trưởng khoa đầu tiên của ngôi trường này.Trong bản cáo phó của cô có đoạn: “Cecilia Payne-Gaposchkin, một nhà vật lý thiên văn tiên phong và có lẽ là nhà thiên văn học nữ lỗi lạc nhất mọi thời đại, đã qua đời tại Cambridge, bang Massachusetts, vào ngày 7/12/1979. Vào những năm 1920, cô đã tìm ra sự phong phú của các nguyên tố trong vũ trụ từ quang phổ sao, và lần đầu tiên chứng minh tính đồng nhất về mặt hóa học của vũ trụ”.Quốc Lê (Theo APS Physics)

Phát hiện ‘Trái đất' quay theo hằng số Pi

Phát hiện ‘Trái đất' quay theo hằng số Pi

Mỗi hành tinh đều đặc biệt theo cách riêng của nó, nhưng một thiên thể cách chúng ta khoảng 186 năm ánh sáng thật sự mang đến ngạc nhiên đầy thú vị. Nó cỡ Trái đất, mất 3,14 ngày (Pi) để xoay quanh sao trung tâm.

thanhnien.vn
Thái Dương hệ từng có  hai mặt trời?

Thái Dương hệ từng có hai mặt trời?

GD&TĐ - Hàng tỷ năm về trước, trong Thái Dương hệ của chúng ta có thể có 2 mặt trời. Theo các tác giả của công trình nghiên cứu mới này, điều đó có thể giúp giải thích, bằng cách nào những đối tượng “bên ngoài”, trong đó có cả hành tinh thứ chín giả định, lại có thể “lọt vào” Hệ Mặt trời.

giaoducthoidai.vn
Dấu hiệu sự sống trên sao Kim gây tranh cãi (Phần 2)

Dấu hiệu sự sống trên sao Kim gây tranh cãi (Phần 2)

Chất phosphine trong khí quyển sao Kim có thể là dấu hiệu của sự sống, nhưng vẫn cần nhiều bước tiếp theo để xác minh phát hiện này, thậm chí là trở lại sao Kim lấy mẫu.

khoahocphattrien.vn
Ảnh vũ trụ tuyệt đẹp thắng giải thiên văn năm 2020

Ảnh vũ trụ tuyệt đẹp thắng giải thiên văn năm 2020

TTO - Đây là lần thứ 12 giải thưởng Nhiếp ảnh gia thiên văn của năm được Đài thiên văn Hoàng gia Greenwich (Anh) tổ chức, đem đến cho người xem nhiều góc nhìn mới lạ về vũ trụ.

tuoitre.vn
Hành tinh có 27 mặt trăng tiến gần Trái Đất, nhìn được bằng mắt thường

Hành tinh có 27 mặt trăng tiến gần Trái Đất, nhìn được bằng mắt thường

Theo các nhà thiên văn, tuần này sẽ là thời gian hiếm hoi để bạn nhìn thấy hành tinh màu xanh lơ lạnh nhất Hệ Mặt Trời: Sao Thiên Vương.

soha.vn
Bảng tuần hoàn hóa học có dài mãi?

Bảng tuần hoàn hóa học có dài mãi?

GD&TĐ - Còn bao nhiêu nguyên tố hóa học chưa được tìm ra? Đó là một câu hỏi mà cả những người ngoại đạo có kiến thức cơ bản về vật lý và hóa học cũng đặt ra. Để trả lời câu hỏi đó, còn tiếp tục chờ sự tiến bộ của khoa học. Tuy nhiên, có hay không viễn cảnh về một bảng tuần hoàn kéo dài mãi?

giaoducthoidai.vn
Thiết kế ngay một phòng ngủ như mơ ước để khám phá tính cách của bạn đại diện cho nguyên tố Đất - Lửa - Khí hay Nước

Thiết kế ngay một phòng ngủ như mơ ước để khám phá tính cách của bạn đại diện cho nguyên tố Đất - Lửa - Khí hay Nước

Bạn là nguyên tố nào trong 4 nguyên tố Đất - Lửa - Khí - Nước?

afamily.vn
Vụ mất tích tập tài liệu mật trên chuyến tàu đêm

Vụ mất tích tập tài liệu mật trên chuyến tàu đêm

Năm 1953, nhà khoa học người Mỹ John Archibald Wheeler vô tình làm thất lạc các tài liệu mật của Chính phủ về bom H trên một chuyến tàu đêm. Tuy nhiên, các cuộc điều tra sau đó của FBI đã không thể tìm thấy tập tài liệu, cũng như xác định nó biến mất như thế nào.

khoahocphattrien.vn
J. Allen Hynek: Nhà thiên văn đầu tiên phân loại UFO

J. Allen Hynek: Nhà thiên văn đầu tiên phân loại UFO

Nhà thiên văn học Mỹ J. Allen Hynek là người đầu tiên nghiên cứu một cách có hệ thống các vật thể bay không xác định (UFO) khi tham gia dự án của Không quân Mỹ. Hàng chục nghìn báo cáo về UFO đã được thu thập, trong số đó có rất nhiều hiện tượng không thể giải thích.

khoahocphattrien.vn
Nghiên cứu mới chỉ ra nơi ngắm sao hiệu quả nhất Trái Đất: là ở điểm lạnh nhất hành tinh tại Nam Cực

Nghiên cứu mới chỉ ra nơi ngắm sao hiệu quả nhất Trái Đất: là ở điểm lạnh nhất hành tinh tại Nam Cực

“Bản thân nghiên cứu đã là một đột phá công nghệ”, nhà khoa học chính viết nên báo cáo khoa học mới nhận định.

genk.vn
Các tin khác
a
Xem thêm
 

Góc nhìn VNREVIEW

Tin mới nhất
Đọc nhiều nhất Phản hồi nhiều nhất

1 5 đế chế hùng mạnh nhất trong lịch sử nhân loại

2 Từ việc cắt bỏ củ sạc nhanh lộ ra “bộ mặt thật” của Apple

3 5 điểm mới trên iPhone 12 mà điện thoại Android nên "vay mượn"

4 [The Verge] Đánh giá iPhone 12 Pro: Chiếc smartphone “đi trước thời đại”… quá xa!

5 8 thủ thuật đánh cắp mật khẩu phổ biến nhất mà chúng ta thường gặp

Điểm tin tuần