{"id":631,"date":"2018-03-12T15:34:23","date_gmt":"2018-03-12T18:34:23","guid":{"rendered":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/?p=631"},"modified":"2018-06-04T18:29:33","modified_gmt":"2018-06-04T21:29:33","slug":"cecilia-payne-e-as-computadoras-de-harvard-as-mulheres-que-desvendaram-o-segredo-das-estrelas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/2018\/03\/12\/cecilia-payne-e-as-computadoras-de-harvard-as-mulheres-que-desvendaram-o-segredo-das-estrelas\/","title":{"rendered":"Cecilia Payne e as computadoras de Harvard: As mulheres que desvendaram o segredo das estrelas (V.4, N.3, 2018)"},"content":{"rendered":"
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Cec\u00edlia Payne (1900-1979), Foto por: Smithsonian Institute<\/figcaption><\/figure>\n

Talvez voc\u00ea nunca tenha ouvido falar delas, mas as computadoras de Harvard s\u00e3o respons\u00e1veis por grandes avan\u00e7os nos campos da astronomia e astrof\u00edsica. Em especial, a tese de doutorado da Cecilia Helena Payne-Gaposchkin, publicada em 1925, mostra a composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica das estrelas e chega a uma conclus\u00e3o incr\u00edvel: as estrelas s\u00e3o quase totalmente constitu\u00eddas de hidrog\u00eanio e h\u00e9lio, tornando estes os elementos mais abundantes do universo!<\/p>\n

Contexto hist\u00f3rico<\/strong><\/h3>\n
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Williamina Flemming (1857-1911), Foto por: Astronomical Photographs at Harvard College Observatory<\/figcaption><\/figure>\n

No final do s\u00e9culo XIX havia uma necessidade muito grande de classificar e catalogar dados astron\u00f4micos devido aos avan\u00e7os na tecnologia de telesc\u00f3pios e c\u00e2meras. Como na \u00e9poca n\u00e3o existiam computadores eletr\u00f4nicos para realizar este trabalho, o mesmo era feito por pessoas que n\u00e3o coincidentemente eram chamadas de computadores.<\/p>\n

Diz a hist\u00f3ria que Edward Pickering, diretor do Harvard College Observatory de 1877 at\u00e9 1919, estava insatisfeito com o trabalho de seus computadores e declarou que at\u00e9 mesmo sua empregada faria um trabalho melhor. Acontece que sua empregada n\u00e3o era qualquer pessoa, Williamina Fleming era uma professora escocesa que n\u00e3o conseguia emprego pois era m\u00e3e solteira e acabou indo trabalhar como empregada na casa de Pickering.<\/p>\n

Contratada pelo Harvard College Observatory, Fleming aprendeu a analisar o espectro de radia\u00e7\u00e3o das estrelas e desenvolveu um m\u00e9todo para classificar as estrelas, vamos entender um pouco disso:<\/p>\n

Um curso rel\u00e2mpago de espectroscopia estelar<\/strong><\/h3>\n

A luz branca \u00e9 uma combina\u00e7\u00e3o de todas as cores vis\u00edveis que nosso c\u00e9rebro interpreta como branco. Usando um equipamento apropriado como por exemplo um prisma, podemos separar essas cores em um espectro.<\/p>\n

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Uma refer\u00eancia famosa, a capa do album “The dark side of the moon” da banda Pink Floyd.<\/figcaption><\/figure>\n
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Radia\u00e7\u00e3o de corpo negro, o comprimento de onda (isto \u00e9, a cor) do pico de intensidade determina a temperatura do corpo negro. Figura por: Wikimedia Commons<\/figcaption><\/figure>\n

Algumas fontes de luz, chamadas de corpos negros, apresentam um comportamento especial e medindo qual a cor mais intensa do espectro podemos inferir qual a temperatura dessa fonte.<\/p>\n

Quando medimos o espectro de uma estrela, por exemplo o sol, notamos que algumas cores n\u00e3o est\u00e3o presentes no espectro. Isto acontece pois ap\u00f3s a luz ser gerada na fotosfera (uma das camadas da estrela, onde ela come\u00e7a a ser transparente), algumas de suas cores especificas s\u00e3o absorvidas pelos \u00e1tomos presentes na cromosfera (uma camada mais externa da estrela).<\/p>\n

Estas cores faltantes s\u00e3o chamadas de linhas de absor\u00e7\u00e3o e s\u00e3o \u00fanicas para cada elemento qu\u00edmico, assim podemos ler o espectro como um c\u00f3digo de barras e ver quais s\u00e3o os elementos presentes na cromosfera de uma estrela.<\/p>\n

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Vers\u00e3o moderna do espectro solar. Note as cores faltantes do espectro, estas indicam elementos qu\u00edmicos na cromosfera do sol.
Foto por: Kurucz, Robert L. et al. Solar flux atlas from 296 to 1300 nm,
National Solar Observatory Atlas, Sunspot, New Mexico: National Solar Observatory, 1984.<\/figcaption><\/figure>\n

Para saber a qual elemento cada conjunto de linhas corresponde, \u00e9 necess\u00e1rio aquecer um g\u00e1s deste elemento e medir quais cores esse g\u00e1s emite, pois um resultado conhecido \u00e9 que as linhas de emiss\u00e3o (isto \u00e9, as cores emitidas) e as linhas de absor\u00e7\u00e3o s\u00e3o as mesmas.<\/p>\n

Na \u00e9poca de Fleming, muito elementos n\u00e3o tinham as linhas de absor\u00e7\u00e3o conhecidas, assim boa parte do espectro era desconhecida. O sistema de classifica\u00e7\u00e3o estelar de Fleming consistia em analisar qu\u00e3o forte as linhas de absor\u00e7\u00e3o correspondentes ao hidrog\u00eanio s\u00e3o e atribuir uma letra de A a P, onde A s\u00e3o estrelas que tem linhas de absor\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio mais fortes e P as mais fracas.<\/p>\n

As computadoras de Harvard<\/strong><\/h3>\n
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As computadoras de Harvard, em especial temos: Henrietta Swan Leavitt (1868-1921) com a lupa, Annie Jump Cannon (1863\u20131941) e Williamina Flemming (1857-1911) em p\u00e9.
Foto por: Harvard College Observatory<\/figcaption><\/figure>\n

Com o sucesso de Fleming, quando o observat\u00f3rio recebeu uma doa\u00e7\u00e3o, mais mulheres foram contratadas por Pickering at\u00e9 que toda a equipe fosse composta por mulheres, que ficou pejorativamente conhecida como “O har\u00e9m de Pickering” ou como nos referimos atualmente a equipe, “As computadoras de Harvard”. Dizem que a equipe tornou-se totalmente feminina pois o sal\u00e1rio pago a mulheres era muito menor comparado a dos homens, o que possibilitou a contrata\u00e7\u00e3o de uma equipe maior.<\/p>\n

Algumas das computadoras de Harvard forneceram grandes contribui\u00e7\u00f5es, por exemplo, podemos citar Henrietta Swan Leavitt, que desenvolveu uma t\u00e9cnica para medir dist\u00e2ncias em escalas astron\u00f4micas usando estrelas cefeidas (falar sobre esta t\u00e9cnica levaria um artigo inteiro, n\u00e3o entrarei em detalhes :P), esta t\u00e9cnica permitiu entre outras coisas que o astronomo Edwin Hubble calculasse a dist\u00e2ncia de objetos dist\u00e2ntes e concluisse que estes est\u00e3o se afastando de n\u00f3s, isto \u00e9, o universo est\u00e1 em expans\u00e3o.<\/p>\n

Leavitt foi indicada a receber o premio Nobel em 1926, por\u00e9m a mesma havia falecido em 1921 e o premio Nobel n\u00e3o \u00e9 dado postumamente.<\/p>\n

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Annie Jump Cannon (1863\u20131941). Foto por: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics<\/figcaption><\/figure>\n

Mas para a continua\u00e7\u00e3o da nossa hist\u00f3ria, temos que introduzir outro personagem: Annie Jump Cannon. Uma astr\u00f4noma extremamente dedicada e brilhante, ela simplificou o sistema de classifica\u00e7\u00e3o de Fleming, diminuindo o n\u00famero de categorias e as ordenando com rela\u00e7\u00e3o a temperatura na escala OBAFGKM (Usualmente lembrada por uma frase tamb\u00e9m criada por ela: “O<\/strong>h B<\/strong>e A<\/strong> F<\/strong>ine G<\/strong>irl\/G<\/strong>uy, K<\/strong>iss M<\/strong>e”). Cada categoria conta ainda com uma subcategoria num\u00e9rica de 0 a 9, onde 0 \u00e9 a mais quente e 9 a mais fria. Nesta classifica\u00e7\u00e3o, o Sol \u00e9 uma estrela G2, isto \u00e9, a temperatura efetiva da fotosfera \u00e9 pr\u00f3xima a 5800K. Esta classifica\u00e7\u00e3o \u00e9 comumente utilizada na atualidade.<\/p>\n

Durante sua carreira, Cannon classificou mais de 300000 estrelas! Se considerarmos um tempo de um minuto para classificar uma estrela, isto implicaria em quase 7 meses de trabalho \u00e1rduo e sem descanso! O cat\u00e1logo criado com ajuda de Cannon foi fundamental para a pesquisa em astronomia.<\/p>\n

Mas algumas das perguntas ainda incomodavam na \u00e9poca: Por que as linhas de absor\u00e7\u00e3o de estrelas de categorias diferentes variam tanto? Qual a propor\u00e7\u00e3o entre os elementos qu\u00edmicos em uma estrela?<\/p>\n

Alguns elementos pesados como c\u00e1lcio e ferro tinham sido identificados no espectro do sol, isto levou a hip\u00f3tese que a propor\u00e7\u00e3o de elementos no Sol fosse parecida com a propor\u00e7\u00e3o de elemento na Terra. Esta hip\u00f3tese n\u00e3o podia estar mais errada!<\/p>\n

A vinda de Cecilia Payne ao<\/span> Harva<\/span>rd<\/span> College Observatory<\/span><\/strong><\/p>\n

Enquanto isto acontecia nos Estados Unidos, na Inglaterra, Cecilia Payne completava seus estudos na universidade de Cambridge e ap\u00f3s assistir uma palestra pelo astr\u00f4nomo Arthur Eddington, decidiu dedicar sua vida a pesquisa astron\u00f4mica. Por\u00e9m, na \u00e9poca, a Inglaterra n\u00e3o contratava mulheres como pesquisadoras e n\u00e3o as aceitava nos programas de doutorado, ent\u00e3o Payne determinada a alcan\u00e7ar seus objetivos migra para os Estados Unidos em 1923 e \u00e9 recebida no Harvard College Observatory.<\/p>\n

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Cecilia Payne-Gaposchkin (1900-1979). Foto por: Smithsonian Institute<\/figcaption><\/figure>\n

Harlow Shapley, sucessor de Pickering na dire\u00e7\u00e3o do observat\u00f3rio, havia acabado de criar um programa de p\u00f3s-gradua\u00e7\u00e3o na institui\u00e7\u00e3o e persuade Payne a escrever uma tese de doutorado. Payne torna-se a primeira pessoa a receber o t\u00edtulo de PhD pelo observat\u00f3rio, escrevendo uma tese que \u00e9 considerada por alguns a mais brilhante tese de doutorado escrita na \u00e1rea de astronomia.<\/p>\n

Nesta tese, Payne explica a varia\u00e7\u00e3o das linhas de absor\u00e7\u00e3o dos espectros estelares e descobre a propor\u00e7\u00e3o entre os elementos qu\u00edmicos de uma estrela. A conclus\u00e3o mais surpreendente de seu trabalho \u00e9 que os principais constituintes de uma estrela s\u00e3o \u00e1tomos de hidrog\u00eanio e h\u00e9lio, sendo estes at\u00e9 um milh\u00e3o de vezes mais abundantes que os demais elementos.<\/p>\n

Entendendo espectroscopia atrav\u00e9s da f\u00edsica at\u00f4mica<\/strong><\/h3>\n

Vamos tentar entender um pouco do trabalho de Payne, para tanto precisamos de alguns conceitos de f\u00edsica at\u00f4mica.<\/p>\n

O modelo at\u00f4mico de Bohr diz que um \u00e1tomo \u00e9 constitu\u00eddo de um n\u00facleo que \u00e9 formado por pr\u00f3tons e n\u00eautrons, e el\u00e9trons que orbitam este n\u00facleo. Os el\u00e9trons n\u00e3o podem estar em uma orbita com tamanho aleat\u00f3rio, ao inv\u00e9s disso existem orbitas espec\u00edficas permitidas a esses el\u00e9trons.<\/p>\n

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Modelo at\u00f4mico de Bohr. Fonte: https:\/\/sites.ualberta.ca\/~pogosyan\/teaching\/ASTRO_122\/lect5\/lecture5.html<\/figcaption><\/figure>\n

El\u00e9trons v\u00e3o se distribuindo nas camadas mais pr\u00f3ximas do n\u00facleo e para caracterizar um \u00e1tomo trabalhamos com os el\u00e9trons da orbita mais externa, chamados el\u00e9trons de val\u00eancia. Quando um el\u00e9tron de val\u00eancia est\u00e1 na sua orbita mais interna, dizemos que ele est\u00e1 no estado fundamental, caso ele esteja na segunda orbita mais interna est\u00e1 no primeiro estado excitado, na terceira orbita no segundo estado excitado e assim por diante.<\/p>\n

Para passar de uma orbita mais interna para uma mais externa, o el\u00e9tron precisa absorver luz em um comprimento de onda (isto \u00e9, de uma cor) espec\u00edfica. \u00c9 por isso que as linhas de absor\u00e7\u00e3o surgem nos espectros estelares, elas est\u00e3o sendo absorvidas pelos \u00e1tomos, excitando os el\u00e9trons de val\u00eancia.<\/p>\n

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el\u00e9tron de um \u00e1tomo sendo excitado por um f\u00f3ton (part\u00edcula de luz) da camada 2 (primeiro estado excitado) para a camada 3 (segundo estado excitado). Fonte: https:\/\/sites.ualberta.ca\/~pogosyan\/teaching\/ASTRO_122\/lect5\/lecture5.html<\/figcaption><\/figure>\n

Outra coisa que pode acontecer \u00e9 caso tenhamos a absor\u00e7\u00e3o de luz em um comprimento de luz especifico, podemos arrancar um el\u00e9tron do \u00e1tomo, o transformando em um \u00edon.<\/p>\n

Payne percebeu que para algumas cores serem absorvidas do espectro estelar, precisar\u00edamos que os el\u00e9trons dos \u00e1tomos estejam em configura\u00e7\u00f5es espec\u00edficas, por exemplo, para o caso do hidrog\u00eanio, as linhas de absor\u00e7\u00e3o que aparecem no espectro do sol, chamadas de s\u00e9rie de Balmer, exigem que o el\u00e9tron esteja inicialmente o primeiro estado excitado. Al\u00e9m disso, ela considerou que ao perder um el\u00e9tron, as linhas de absor\u00e7\u00e3o do elemento mudam, isto \u00e9 a assinatura do \u00edon \u00e9 diferente da assinatura do elemento neutro.<\/p>\n

Os estados de excita\u00e7\u00e3o dos el\u00e9trons e a propor\u00e7\u00e3o de \u00e1tomos que s\u00e3o ionizados, dependem da temperatura e da press\u00e3o na estrela. Usando o grande cat\u00e1logo de estrelas dispon\u00edveis, Payne conseguiu estimar a temperatura e press\u00e3o para cada classe de estrelas, assim podendo calcular as excita\u00e7\u00f5es e ioniza\u00e7\u00f5es que aconteciam em cada classe de estrelas e mostrou que as varia\u00e7\u00f5es no espectro eram explicadas por estes fen\u00f4menos e n\u00e3o pela varia\u00e7\u00e3o dos elementos qu\u00edmicos.<\/p>\n

Por\u00e9m, ao calcular a propor\u00e7\u00e3o entre elementos qu\u00edmicos das estrelas, Payne concluiu que hidrog\u00eanio e h\u00e9lio eram muito mais abundantes que os demais elementos nas estrelas e consequentemente os elementos qu\u00edmicos mais abundantes do universo. Quando sua tese foi revisada pelo astr\u00f4nomo Henry Russell, este disse que Payne certamente estava errada, pois o consenso na \u00e9poca era que a constitui\u00e7\u00e3o qu\u00edmica de uma estrela fosse pr\u00f3xima a da Terra. Isto fez com que Payne adicionasse uma linha em tese onde diz que seus resultados s\u00e3o quase certamente irreais.<\/p>\n

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Trecho da tese “Stellar Atmospheres” de Cec\u00edlia Payne, onde ela descredita sua descoberta. Tradu\u00e7\u00e3o livre do trecho em destaque: “As excepcionais discrep\u00e2ncias entre as abund\u00e2ncias astrof\u00edsicas e terrestres s\u00e3o mostradas para o hidrog\u00eanio e h\u00e9lio. As enormes abund\u00e2ncias derivadas para estes elementos nas atmosferas estelares s\u00e3o quase certamente irreais.”<\/figcaption><\/figure>\n

Quatro anos depois, Russell chega a mesma conclus\u00e3o de Payne por meios alternativos e apesar de citar Payne como a descobridora da composi\u00e7\u00e3o das estrelas em seu artigo, usualmente ele \u00e9 creditado por esta descoberta.<\/p>\n

O legado de Payne<\/h3>\n

Payne continuou seus trabalhos, por muito tempo sendo assistente de Shapley, fazendo diversas contribui\u00e7\u00f5es ao ramo da astrof\u00edsica. At\u00e9 que em 1956, tornou-se a primeira professora em Harvard e tamb\u00e9m a primeira mulher a ser nomeada chefe do departamento de astronomia.<\/p>\n

Suas descobertas s\u00e3o objeto de estudo de diversos astr\u00f4nomos pelo mundo e inspira muitos, em especial as mulheres, a seguirem carreiras acad\u00eamicas e a pesquisa em astronomia.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Talvez voc\u00ea nunca tenha ouvido falar delas, mas as computadoras de Harvard s\u00e3o respons\u00e1veis por grandes avan\u00e7os nos campos da astronomia e astrof\u00edsica. Em especial, a tese de doutorado da Cecilia Helena Payne-Gaposchkin, publicada em 1925, mostra a composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica das estrelas e chega a uma conclus\u00e3o incr\u00edvel: as estrelas s\u00e3o quase totalmente constitu\u00eddas de […]<\/p>\n","protected":false},"author":252,"featured_media":633,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_monsterinsights_skip_tracking":false,"pgc_sgb_lightbox_settings":"","_vp_format_video_url":"","_vp_image_focal_point":[],"footnotes":""},"categories":[18,46],"tags":[43,44,45],"class_list":["post-631","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-divulgacao-cientifica","category-tematicos","tag-astrofisica","tag-astronomia","tag-estrelas"],"jetpack_featured_media_url":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-content\/uploads\/sites\/136\/2018\/03\/Cecilia_Helena_Payne_Gaposchkin_1900-1979_3.jpg","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/631","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/users\/252"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=631"}],"version-history":[{"count":34,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/631\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":683,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/631\/revisions\/683"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/media\/633"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=631"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=631"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=631"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}