Od čega su građene zvijezde

O unutrašnjosti zvijezda, njihovoj građi i procesima koji se u zvijezdama odvijaju, danas znamo više nego o unutrašnjosti Zemlje. Toga postanemo bolno svjesni nakon svakog većeg potresa. Razlog je taj što su zvijezde jednostavniji objekti nego planeti. No, nije ni zvijezde bilo lako spoznati. Mnogi su znanstvenici po tom pitanju dali veliki doprinos. Što se tiče otkrivanja sastava zvijezda, ključnu je ulogu 1925. godine odigrala Cecilija Payne, tada doktorandica iz područja astrofizike na Harvardu. No, Cecilija Payne bila je mlada žena, a u ono doba su seksizam i mizoginija u akademskim krugovima bili sasvim normalna pojava. Pa je bila ignorirana i šikanirana. Unatoč tome, dalje je radila i postala vrhunska astrofizičarka.

Život Cecilije Payne-Gaposchkin

Cecilija Payne rodila se 1900. godine u Engleskoj. Zahvaljujući stipendiji upisala se na Newnham College, žensku sastavnicu Sveučilišta u Cambridgeu. Tamo je doživjela prijelomni trenutak svojeg života. Prisustvovala je predavanju Arthura Eddingtona o njegovoj ekspediciji, iz 1919. godine, na otok Principe gdje je Edington obavio opažanja, tijekom pomrčine Sunca, kako bi provjerio Einsteinovu opću teoriju relativnosti. Mlada Cecilija ostala je zapanjena. Kasnije je napisala da su rezultati koje je tada pokazao Eddington potpuno promijenili njezinu sliku svijeta. Studij je završila, ali diplomu nije dobila. Zbog spola. Žene na Cambridgeu nisu mogle diplomirati sve do 1948. godine. Od nje se očekivalo da radi kao učiteljica. Slavni J. J. Thomson, nobelovac koji je otkrio elektron i koji je vodio laboratorij Cavendish na Cambridgeu kad je Cecilija Payne tamo studirala, bio je izjavio da žene “naprosto nemaju intelektualni kapacitet za fizičara svjetske klase”. Zato je Cecilija Payne spakirala kofere i, 1923. godine, napustila Englesku.

Zvijezda su većinom građene od vodika i helija

U Ameriku je Cecilija Payne stigla na Harvardov opservatorij, upravo u doba kad je poznati astronom Harlow Shapley tamo utemeljio studij astronomije. Doktorat je Payne obranila već 1925. godine ne samo kao prva žena nego kao prva osoba uopće koja je tamo doktorirala iz područja astronomije. Na temelju vlastitih astronomskih opažanja i primjene nove teorije ionizacije, koju je bio razvio indijski fizičar Meghnad Saha, u svojem je doktoratu zaključila da su zvijezde građene većinom od vodika i helija. Znanstvena zajednica te je rezultate bez puno okolišanja – odbacila. Početkom 20. stoljeća astronomi su smatrali da su svi objekti u svemiru građeni od istih elemenata, otprilike u istim omjerima. Sastav Sunca, trebao bi otprilike odgovarati sastavu Zemljine kore, tvrdili su tadašnji autoriteti. Nakon doktorata Cecilija Payne nastavila je svoja istraživanja na Harvardovom opservatoriju, ali bez pozicije i sa sramotno malom plaćom. Tadašnji predsjednik Harvardovog sveučilišta, Abbott Lawrence Lowell, izjavio je da Cecilija Payne neće dobiti mjesto profesora dok je on živ.

Međutim, autoriteti i moćnici nisu vječni. Oni mogu blokirati pojedince i mogu usporiti znanstveni napredak, ali samo privremeno. Konačni sudac je sama priroda, odnosno eksperiment ili opažanje. A opažanja su brzo pokazala da zvijezde jesu građene uglavnom od vodika i helija. Doktorska teza Cecilije Payne, Zvjezdane atmosfere, poslije je proglašena jednom od najboljih teza iz astronomije ikad napisanih. Payne je dobila američko državljanstvo, udala se za astrofizičara ruskog porijekla Sergeja Gaposchkina. Kasnije je postala redovitom profesoricom na Harvardovom sveučilištu i pročelnicom Odjela za astronomiju, u oba slučaja bila je prva žena na tim položajima.

Danas znamo da sastav zvijezda proizlazi iz sastava međuzvjezdane tvari od koje same zvijezde, gravitacijskim stezanjem, nastaju. Sastav međuzvjezdane tvari proizlazi pak iz sastava materije koja je bila nastala primordijalnom nukleosintezom, u prvih 20 minuta nakon velikog praska. Sunce primjerice sadrži 71% vodika, 27% helija i 2% težih elemenata. Postoci se odnose na ukupnu masu zvijezde. Sve elemente teže od helija astronomi nazivaju metalima. A metaličnost zvijezda (udio metala) s vremenom raste jer se u termonuklearnim reakcijama proizvode teži elementi, sve do željeza (oni još teži nastaju u eksplozijama supernova). Rekorder niske metaličnosti je zvijezda SDSS J102915+172927. Ona se sastoji od otprilike 75% vodika, 25% helija i manje od 0,00007% težih elemenata. To je jedna od najstarijih zvijezda u našoj galaksiji (stara je oko 13 milijardi godina) što znači da je nastajala u vrlo rano doba svemira kad osim vodika i helija praktički ničega nije ni bilo.

Knjiga “What Stars Are Made Of”

Premda već postoji autobiografija Cecilije Payne-Gaposchkin, američki pisac i novinar Donovan Moore napisao je njezinu biografiju What Stars Are Made Of: The Life of Cecilia Payne-Gaposchkin. Ta knjiga ne ponavlja tek činjenice iz zanimljivog života velike astrofizičarke nego na njezinu priču baca novo svjetlo iz današnje perspektive. Tek s dovoljnim odmakom moguće je sagledati svu važnost nečijeg rada. No, postoji i tamna strana priče koju Donovan Moore u potpunosti razotkriva. Tek iz današnje perspektive očito je koliko je (većinski muški) akademski svijet prve polovice 20. stoljeća bio neprijateljski nastrojen prema ženama. Ali, to se tada uzimalo kao normalno. Sličnu je situaciju u svojoj autobiografiji opisao Mark Twain o odnosu prema robovima. U njegovom je ranom djetinstvu bilo uobičajeno posjedovati crne robove i nitko u tome nije vidio ništa problematično. Možemo se stoga zapitati kojim predrasudama mi danas robujemo i koje nepravde podržavamo, a da toga nismo svjesni.

Knjigu What Stars Are Made Of objavio je Harvard University Press, početkom ožujka 2020. godine, a nadahnuti prikaz te knjige, Sexism and the stars, izašao je u zadnjem broju časopisa Science, prošli tjedan.

Dario Hrupec docent je na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku. Bavi se visokoenergijskom gama-astronomijom. Član je međunarodne kolaboracije MAGIC, čiji su Čerenkovljevi teleskopi smješteni na kanarskom otoku La Palmi, i međunarodne kolaboracije CTA, čiji se teleskopi tek grade na La Palmi i Paranalu. Autor je brojnih udžbenika iz fizike te znanstveno-popularizacijskih knjiga “Protiv nadnaravnoga” i “Ažurirani svemir”.