2012 wurde Peiris gemeinsam mit dem WMAP-Team mit dem Gruber-Preis für Kosmologie ausgezeichnet. Stephen Hawking nannte die Erkenntnisse, zu denen Peiris unter anderem beitrug, „die aufregendste Entwicklung in der Physik seiner gesamten Karriere“.
Hiranya Peiris zeigte sich 2014 skeptisch, was die mögliche Entdeckung von Gravitationswellen des Urknalls angeht, und sollte Recht behalten: Innerhalb des folgenden Jahres stellte sich heraus, dass die Daten, die als solche gedeutet wurden, sämtlich auf Staub in unserer eigenen Galaxie zurückzuführen waren.
Jo Dunkley absolvierte ihre Schulbildung an der North London Collegiate School und begann 1997 das Studium der Theoretischen Physik an der Trinity Hall in Cambridge. 2001 machte sie dort ihren MSc, anschließend arbeitete sie an der University of Oxford auf einen Doktortitel hin. Sie promovierte 2005 unter Pedro G. Ferreira mit einer Arbeit über `Moderne Methoden zur Einschätzung kosmologischer Parameter: Jenseits des adiabatischen Paradigmas´. Als Postdoktorandin erforschte sie die kosmische Hintergrundstrahlung mit David Spergel und Lyman Page über die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), einer Sonde, die von 2001 bis 2010 die Erde umrundete und die Strahlung maß. Dunkley, Spergel und Page werteten die Daten der Sonde an der Princeton University aus. Zum Team der WMAP gehörte sie von 2007 bis 2012 an, schon von 2009 gehörte sie auch zum Kernteam, das mit dem Planck-Weltraumteleskop arbeitete. Im gleichen Zeitrahmen trieb sie ihre akademische Karriere voran, von einer Fellow am Exeter College in Oxford, zur Assistenz- und vollen Professorin der Astrophysik dort, bevor sie 2016 als Professorin nach Princeton zurückkehrte.
Jo Dunkley befasste sich in ihren Forschungen mit WMAP und dem Planck-Weltraumteleskop mit der Untersuchung von Dunkler Materie und Dunkler Energie, zum Beispiel mit Hilfe des Gravitationslinseneffektes. Heute sucht sie mit dem Teleskop des Simons Observatory in der Atacama-Wüste nach `neuen physikalischen Gesetzmäßigkeiten, Komplexitäten und Teilchen, die existiert haben könnten, als das Universum noch sehr jung war´.
Im Rahmen ihrer Lesereise zu ihrem ersten Buch weist sie immer wieder auf die entscheidenden Beiträge weiblicher Wissenschaftlerinnen hin. Auch bei dem Vortrag im Video unten, in dem Dunkley einen Überblick über ihr Forschungsgebiet gibt, erwähnt sie Henrietta Swan Leavitt und ihre bahnbrechenden Erkenntnisse zu Sternenklassen, sowie Vera Rubin und ihre Entdeckung der Dunklen Materie.
Jo Dunkley über unser Universum und wie es funktioniert (Englisch)
Der Wikipedia-Beitrag von Ma Chung-pei (Link Englisch) gibt ihr Geburtsjahr zwar nicht an, erwähnt aber, dass sie 1983 die National Violin Competition gewann, und weiter unten, dass sie dies im Alter von 16 Jahren tat.
2011 entdeckte das Team unter Ma Chung-peis Leitung zwei der größten bekannten Schwarzen Löcher. Sie liegen in den Zentren weit entfernter Galaxien und sind in etwa 2.500 Mal so groß wie das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie. (Quelle: phys.org)
Badhrees war die erste saudi-arabische Frau am CERN und die erste saudi-arabische Frau mit einem Doktortitel, die am National Center for Mathematics and Physics der König-Abdulaziz-Universität arbeitet. Sie ist außerdem Privatdozentin an der Carleton University in Ottawa, Kanada.
Sie erhielt 1996, 1997 und 2007 Preise für ihre wissenschaftliche Arbeit von der saudi-arabischen Regierung, und die American Physical Society wählte sie als Physikerin des Monates im August 2014.
Pulsationsveränderliche Sterne, erklärt von Josef Gaßner; Urknall, Weltall und das Leben
Mit der Kombination eines Wide-Field-Teleskops und einer Megapixel-Kamera entdeckte Vivas an die 100 von diesen Sternen in sehr weiter Entfernung von der Erde, zwischen 13.000 und 220.000 Lichtjahre von unserer Sonne entfernt und somit wohl die ältesten Sterne unserer Galaxie, der Milchstraße. Nach der aktuellen Theorie entstand zuerst der ‚Heiligenschein‘, der Galaktische Halo, vor mehr als 13 Milliarden Jahren; die Galaktische Scheibe und die Spiralarme entstanden erst in der Folgezeit. So ermöglichte Vivas‘ Entdeckung die weitere Erforschung der Struktur und Eigenschaften der äußeren Teile der Milchstraße.
Margaret Kivelson kam in New York als Tochter eines Arztes und einer Physikerin zur Welt. Entgegen der Empfehlung eines Onkels, sie solle – als Mädchen – am besten Ernährungsberaterin werden, verfolgte sie schon früh eine Karriere in der Wissenschaft.
Sie studierte von 1946 an Physik am Radcliffe College, das zur ansonsten nur für männliche Studenten zugänglichen Harvard University gehörte. Dort machte sie 1950 mit 22 Jahren ihren Bachelor Sc., zwei Jahre später den Master Sc. 1955 folgte sie ihrem Ehemann nach Los Angeles und begann in Teilzeit bei der RAND Corporation zu arbeiten, einer Denkfabrik zur Beratung der US-amerikanischen Streitkräfte. Hier war sie bis 1971 auf dem Gebiet der Plasmaphysik tätig, nebenher studierte sie weiter auf einen Doktorgrad Physik.
Als Kivelson 1957 ihren PhD erlangte, mit einer Dissertation über „Die Bremsstrahlung von hochenergetischen Elektronen‚, war sie eine von weniger als 2% weiblicher Doktorandinnen. Sie hatte 1955 bereits ein Kind mit ihrem Mann bekommen und wurde nach ihrer Promovierung ein zweites Mal Mutter. Dafür, dass sie ‚trotz Kindern‘ weiterhin wissenschaftlich arbeitete, wurde sie in Kollegenkreisen kritisiert. Sie ließ sich jedoch nicht entmutigen und wurde 1967 neben ihrer Teilzeitarbeit bei der RAND Corporation als Forschungsasstistentin für Geophysik an der UCLA eingestellt. 1971 wurde sie hier Adjunkt Assistenzprofessorin, dafür beendete sie ihre Arbeit in der Denkfabrik.
Als Physikerin war sie daran beteiligt, die Daten der Pioneer-10 sowie der Pioneer-11 auszuwerten, Raumsonden der NASA, die den Jupiter, Saturn und die äußeren Ränder unseres Sonnensystems erforschten. Zu diesem Zeitpunkt begann sich Margaret Kivelson auf dem Gebiet der Magnetosphären zu spezialisieren.
1973 erhielt sie ein einjähriges Guggenheim-Stipendium, was ihr nach eigener Aussage zum ersten Mal das Gefühl gab, als Wissenschaftlerin ernstgenommen zu werden. „Mehr als Geld, gab es mir Status und steigerte mein Selbstbewusstsein entscheidend.“ (Quelle: Wiki Englisch) Sie schlug der NASA schon 1976 vor, die Galileo-Raumsonde mit Magnetometern auszustatten. Nach den Daten der Pioneer-Missionen stellte sie außerdem 1979 die Vermutung auf, dass nicht nur Planeten, sondern auch Monde ein inneres Magnetfeld haben könnten.
Ende der 1970er, Anfang der 1980er Jahre folgten dem Stipendium auch eine Volle Professur sowie der Vorsitz des Fachbereichs für Erd- und Weltraum-Wissenschaften an der UCLA sowie eine Professur am Institute of Geophysics and Planetary Physics (die deutschen und englischen Wiki-Beiträge sind sich hier nicht einig mit den Daten). 1989 ging die Galileo-Mission endlich an den Start und Margaret Kivelson war daraufhin in der Lage, ihre Vermutung zu bestätigen: Sie entdeckte und erforschte das innere Magnetfeld des Jupitermondes Ganymed, außerdem entdekcte sie das innere Magnetfeld des Jupitermondes Io. Im gleichen Zuge der Galileo-Mission konnte Kivelson auch das Magnetfeld des AsteroidenGaspra erforschen.
Und noch in diese Jahr 2020 wurde sie als auswärtiges Mitglied der Royal Society aufgenommen.
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Ebenfalls diese Woche
19. Oktober 1909: Marguerite Perey Nachdem sie bis 1934 im Radiuminstitut Paris als Assistentin von Marie Curie gearbeitet hatte, entdeckte die Chemikerin und Physikerin 1939 das letzte zu der Zeit unentdeckte, natürlich vorkommende Element Francium, das zu Ehren ihres Herkunftslandes Frankreich seinen Namen erhielt.
23. Oktober 1854: Annie Lorrain Smith (Link Englisch) Mit Lichens (Flechten) schrieb die englische Mykologin ein Lehrbuch, das auf ihrem Fachgebiet jahrzentelang als Standardwerk galt.
24. Oktober 1732: Cristina Roccati (Link Englisch) Als dritte Frau überhaupt erlangte die Physikerin 1751 einen Abschluss an einer italienischen Universität.
vlnr: Anne Kinney, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.; Vera Rubin, Dept. of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institute of Washington; Nancy Grace Roman Retired NASA Goddard; Kerri Cahoy, NASA Ames Research Center, Moffett Field, Calif.; Randi Ludwig, University of Texas, Austin, Texas. Photo taken during the NASA Sponsors Women in Astronomy and Space Science 2009 Conference, held at the University of Maryland University College (UMUC) Inn and Conference Center, Adelphi, Md, October 21-23 2009 By NASA
Vera Rubin kam in Philadelphia, Pennsylvania zur Welt als Tochter zweier jüdischer Immigranten: Ihr Vater stammte aus Vilnius (damals Polen, heute Litauen) ihre Mutter aus Bessarabien (in der Region des heutigen Moldavien und der Ukraine). Sie zeigte schon mit 10 Jahren Interesse an der Astronomie und beobachtete mit einem selbstgebauten Teleskop aus Pappe Meteoren.
Nachdem sie 1944 die High School abgeschlossen hatte, beschloss sie, am Vassar College zu studieren, weil ihr Vorbild Maria Mitchell dort Professorin gewesen war. Vier Jahre später machte sie dort mit 20 Jahren ihren Bachelor of Science als einzige Absolventin in der Astronomie. Sie wollte sich anschließend in Princeton einschreiben, doch Frauen waren dort damals – und noch für weitere 27 Jahre – nicht zugelassen. Einer Einladung von Harvard folgte Rubin nicht, sondern schrieb sich an der Cornell University in New York ein, da ihr Ehemann Robert dort ebenfalls studierte.
An der Cornell University untersuchte Vera Rubin für ihre Masterarbeit die Bewegungen von 109 Galaxien; dabei war sie eine der ersten Menschen, die Abweichungen von der Hubble-Konstante beobachtete. Kurz gefasst beschreibt die Hubble-Konstante, oder heute: der Hubble-Parameter, die Rate der Expansion des Universums. Durch ihre Beobachtungen kam sie zunächst zu der These, dass es in der Expansion eine Orbitalbewegung des Universums um einen Pol gäbe – eine These, die widerlegt wurde. Doch Rubins Ableitung aus ihren Ergebnissen, dass die Galaxien sich grundsätzlich im Universum fortbewegen, stellte sich als wahr heraus und war Grundlage für weitere Forschungen in dieser Hinsicht. Rubin lieferte mit den Ergebnissen auch einen Beweis für eine Supergalaktische Ebene, die wiederum die Basis bildet für das Supergalaktische Koordinatensystem.
Vera Rubin schloss mit ihrer Forschungsarbeit 1951 ihren Mastertitel ab. Sie trat auch den Kampf an, ihre als kontrovers betrachteten Ergebnisse auch bei der American Astronomical Societyzu präsentieren, obwohl sie zu diesem Zeitpunkt ein Kind hatte und mit dem zweiten schwanger war. Sie wurde jedoch abgelehnt, ihre Arbeit wurde übersehen.
Weder von diesem Rückschlag noch vom Elterndasein ließ sich Rubin davon abhalten, ihre Karriere fortzusetzen. Sie schrieb sich für ein Doktorandenstudium an der Georgetown University ein, als Doktorvater betreute sie George Gamow. In den drei Jahren, in denen sie an ihrer Dissertation schrieb, wurde ihr unter anderem einmal untersagt, ihren Doktorvater in seinem Büro zu treffen, weil Frauen diesen Bereich der Universität nicht betreten durften. Ihren Doktortitel erlangte sie 1954 mit einer Dissertation, in der sie die Theorie aufstellte, dass Galaxien in Clustern oder Haufen auftreten, statt zufällig über das Universum verteilt zu sein. Auch dieser Gedanke Rubin war zu diesem Zeitpunkt kontrovers zum allgemeinen Wissensstand und wurde in den folgenden 20 Jahren nicht weiter verfolgt.
Nach ihrer Promotion arbeitete Rubin in den folgenden elf Jahren an diversen Instituten als Lehrerin, Forschungsastronomin und Assistenzprofessorin; da sie auch insgesamt vier Kinder hatte, übte sie große Teile ihres Berufs von zu Hause aus. 1963 arbeitete sie für ein Jahr mit Geoffrey und Margaret Burbidge zusammen an der Erforschung der Galaxienrotation am McDonald Observatory in Texas. Mit Burbidge sollte sie auch danach der allgemeine politische Einsatz für Frauen in der Wissenschaft verbinden. 1965 wurde Rubin Angestellte der Carnegie Institution of Washington, heute Carnegie Institution of Science. Im Rahmen dieser Anstellung ersuchte sie auch um die Möglichkeit, am Palomar Observatory in San Diego zu arbeiten. Dort angekommen, musste sie feststellen, dass es vor Ort keine „facilities“, also Schlaf- und Sanitärräume für Frauen gab. Vera Rubin schnitt ein Stück Papier in Form eines Rocks aus, klebte dieses über eine der ‚männlichen‘ Türschilder und schuf so die Verhältnisse, die ihr einen Aufenthalt erleichtern würden (so schildert es dieser Artikel in The Atlantic).
Ebenfalls bei ihrer Tätigkeit an der Carnegie Institution traf sie auf Kent Ford, der astronomische Instrumente herstellte. Unter anderem hatte er ein optisches Spektrometer gebaut, das die Spektren jener Himmelskörper optisch verstärkte, die bisher zu dunkel waren, um sie zu deuten. Mit den Instrumenten von Ford machte Rubin unter anderem an der Andromedagalaxie unter anderem eine Beobachtung, die als Rubin-Ford-Effekt (Link Englisch) bekannt wurde: Eine Anisotropie in der Expansion des Universums, beobachtet allerdings an einer begrenzten Anzahl Galaxien und heute zu einem nur augenscheinlichen, nicht tatsächlichen Phänomen erklärt. (Eine Anisotropie ist eine Eigenschaft, die von der Richtung einer Bewegung abhängig ist.) Die Ergebnisse ihrer Forschungen wurden jedoch wieder einmal als zu kontrovers von der wissenschaftlichen Gemeinschaft abgelehnt. 1976 veröffentlichte Rubin eine Arbeit, in dem sie die Theorie einer Pekuliargeschwindigkeit nicht nur für Sterne, sondern auch für Galaxien aufstellte, die anfangs abgelehnt, aber heute als ‚large streaming scale‚ akzeptiert ist.
Tatsächliche Rotationskurve der Spiralgalaxie Messier 33 (gelbe und blaue Punkte mit Fehlerbalken) und eine aufgrund der Verteilung sichtbarer Materie vorhergesagte (graue Linie). Von Mario De Leo – Eigenes Werk, CC BY-SA 4.0
Für eine kurze Zeit befassten sich Rubin und Ford auch mit Quasaren, die gerade erst entdeckt worden waren. Sie wandte sich jedoch lieber einem Forschungsbereich zu, in dem sie hoffte, weniger Ablehnung zu erfahren, und untersuchte schließlich die Rotation von Galaxien und ihren Außenbezirken. Sie beobachtete hierbei flache Rotationskurven im Gegensatz zu den wieder abfallenden Kurven, die nach optisch erfassbaren Tatsachen zu erwarten waren. In den Außenbezirken müsste sich eine Galaxie nach dieser Erwartung langsamer drehen – stattdessen beobachtete Rubin, dass sich die äußeren Arem von Spiralgalaxien ebenso schnell um den Mittelpunkt drehen wie die inneren Bereiche. Außerdem drehen sich die Galaxien so schnell, dass sie auseinanderfliegen müssten, wenn der einzige Zusammenhalt, den sie haben, die Schwerkraft ihrer Sterne wäre. Diese beiden Beobachtungen ließen Vera Rubin schließen, dass diese Galaxien Dunkle Materie enthalten müssen und von einem Halo, einem ‚Heiligenschein‘ aus Dunkler Materie umgeben sein müssen. (Der Artikel zu Dunkler Materie enthält auch die schöne Videodatei, welche Bewegung ohne Dunkle Materie zu erwarten wäre und welche tatsächlich vorgefunden wird.) Nach ihren Berechnungen müssten Galaxien etwa fünf bis zehn Mal so viel Dunkle wie gewöhnliche Materie enthalten. Mit ihren Forschungsergebnissen lieferte sie die erste überzeugende Hinweise für diese Theorie, die in den 1930ern erstmals von zwei Astronomen, Jan Hendrik Oort und Fritz Zwicky postuliert wurde.
Später sollte Vera Rubins These durch die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung und des Gravitationslinseneffektes bestätigt werden. Ihre ebenfalls auf diesen Ergebnissen basierende Theorie über nicht-Newtonsche Schwerkraft, die auf Galaxien wirkt, ist nicht wissenschaftlich akzeptiert oder bewiesen. Zur gleichen Zeit erforschte Vera Rubin das Phänomen des Gegenrotation in Galaxien und lieferte erste Nachweise dafür, dass Galaxien durch ihre Bewegung im Universum fusionieren, sowie zum Prozess, mit welchem Galaxien entstehen.
Vera Rubin hatte vier Kinder, denen sie nach deren Aussagen vorlebte, dass „ein Leben in der Wissenschaft Spaß mache und erstrebenswert sei“ (Quelle: Wiki), was alle vier veranlasste, ebenfalls Wissenschaftler:innen zu werden. Gemeinsam mit ihrer Kollegin Burbidge setzte sich Rubin für die Repräsentation von Frauen in wissenschaftlichen Institutionen ein, die wenigen weiblichen Mitglieder in der National Academy of Science nannte sie „das Traurigste in ihrem Leben“. Sie starb am 25. Dezember 2016 an Komplikationen ihrer Demenzerkrankung.
Die Carnegie Institution of Science rief ihr zu Ehren ein Forschungsstipendium für Postdoktoranden ins Leben; die Division on Dynamical Astronomy der American Astronomical Society verleiht den Vera Rubin Early Career Prize. Im Dezember 2019 wurde das Large Synoptic Survey Telescope, das auf einem Gipfel des Cerro Panchon in Chile gebaut wird, als Vera C. Rubin Observatory umbenannt. Es soll im kommenden Jahr 2021 first light haben, endgültig fertiggestellt wird es nach Plan 2022.
25. Juli 1920: Rosalind Franklin Quasi das Postergirl des Matilda-Effekts; von ihr nutzten Watson und Crick ungefragt und unauthorisiert Röntgenstrukturanalysen, die ihnen zur Entschlüsselung der DNA-Struktur verhalfen. Jahrelang wurde in wissenschaftlichen und biografischen Texten herablassend mit ihr umgegangen.
Claudia Alexander (Link Englisch) kam in Vancouver in Kanada, zur Welt, wuchs jedoch in Santa Clara (Kalifornien), auf. Ihr eigentlicher Berufswunsch war Journalistin, doch ihre Eltern – eine Bibliothekarin und ein Sozialarbeiter – finanzierten das Studium und wollten, dass sie Ingenieurin werde. Sie fügte sich und arbeitete in einem Nebenjob in den Sommerferien im Ames Research Center, einem Forschungscenter der NASA. Dort arbeitete sie in der technischen Abteilung, doch sie begann sich auch für die Planetologie zu interessieren; sie schlich sich also in die wissenschaftliche Abteilung, um dort auszuhelfen, und stellte fest, dass ihr die Arbeit dort besser gefiel und leichter von der Hand ging.
Sie erlangte 1993 ihren Doktortitel in Atmosphären-, Ozean- und Astro-Wissenschaften (Atmospheric, Oceanic and Space Sciences), speziell zum Thema astrophysisches Plasma (Link Englisch). In der finalen Phase der Galileo-Mission war sie als Projekt Managerin unter anderem für den kontrollierten Absturz der Sonde 2003 in die Atmosphäre des Jupiter verantwortlich. Die Galileo entdeckte 21 neue Jupitermonde und eine Atmosphäre („oberflächengebundene Exosphäre“) auf dem Mond Ganymed.
Neben den Jupitermonden, Plattentektonik, der Venus und dem astrophysischen Plasma forschte sie auch zur Entstehung und dem physikalischen Aufbau von Kometen, Magnetosphären und zur Unstetigkeit und Ausbreitung der Sonnenwinde. Sie war wissenschaftliche Koordinatorin bei der Cassini-Huygens-Mission zum Saturn und Co-Autorin von 14 wissenschaftlichen Schriften. Auch an der Rosetta-Mission der ESA, einer Sonde, die auf dem Kometen Tschurjumow-Gerassimenko landete, war sie als Projektwissenschaftlerin beteiligt.
Claudia Alexander setzte sich auch dafür ein, Frauen und Minderheiten verstärkt in die MINT-Fächer zu bringen – so schrieb sie unter anderem Kinderbücher und Science-Fiction-Romane. In ihrem TED-Talk „The Compelling Nature of Locomotion and the Strange Case of Childhood Education“ demonstrierte sie anhand des Themas der Lokomotion, wie sie wissenschaftlichen Unterricht für Kinder gestaltete.
TED-Talk von Claudia Alexander: „The Compelling Nature of Locomotion and the Strange Case of Childhood Education“
Leider erlag die vielseitige Planetologin am 11. Juli 2015 dem zehnjährigen Kampf gegen den Brustkrebs.
Die zwei Folgen „Ein wachsendes Problem“ (20a) und „Das ausgebrochene Bärtierchen“ (20b) der Kinder-TV-Serie Miles von Morgen sind ihr gewidmet.
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Ebenfalls diese Woche
26. Mai 1821: Amalie Dietrich Wenn ich mich recht entsinne, steht die Naturforscherin – zugegebenermaßen eine beeindruckend entschlossene Frau – auch in der Kritik, da sie neben botanischen Exemplaren auch menschliche Schädel aus Australien an Museen in der deutschen Heimat sandte.
Cecilia Payne-Gaposchkin kam als Kind eines britischen Anwalts und seiner preußischen Ehefrau in einer Kleinstadt in Buckinghamshire zur Welt. Schon vier Jahre später starb der Vater und ließ die Mutter mit der Versorgung ihrer drei Kinder alleine zurück. 1912 zog die Familie nach London, damit der jüngere Bruder Humfry eine bessere Schulbildung erhalten konnte. Cecilia besuchte zunächst eine Schule, auf der es ihr als Mädchen nicht möglich war, sich mit Mathematik und den Wissenschaften zu befassen. Mit 18 Jahren wechselte sie jedoch auf die St. Paul’s Girls‘ School; ihr Lehrer Gustav Holst drängte sie eigentlich, eine Karriere in der Musik zu verfolgen, doch Cecilia interessierte sich mehr für die Wissenschaft. Sie gewann schließlich ein Stipendium über sämtliche Studienkosten am Newnham College (noch heute ein reines Fraueninstitut) an der University of Cambridge. Sie begann ein Studium der Physik, Chemie und Botanik, letzteres ließ sie jedoch nach dem ersten Jahr fallen.
Der Wendepunkt, der sie zur Astronomie brachte, war eine Vorlesung von Arthur Eddington. Der Astrophysiker hatte eine zur Sonnenfinsternis am 29. Mai 1919 eine Expedition in die Verfinsterungszone, nach Principe im Golf von Guinea, unternommen, um mit den Beobachtungen von Himmelskörpern während der Sonnenfinsternis Einsteins Relativitätstheorie zu prüfen. Die Erkenntnisse, die er in seiner Vorlesung präsentierte, erschütterten Cecilia Paynes Weltbild, sodass sie sich von nun an mit Himmelskörpern befasste. Ihr war jedoch klar, dass sie im Vereinigten Königreich als Frau keine berufliche Laufbahn außerhalb einer Lehrtätigkeit verfolgen konnte, daher suchte sie nach einer Möglichkeit, in die USA zu gehen. 1923 lernte sie Harlow Shapley kennen, der kurz zuvor ein Graduiertenprogramm in Astronomie am Harvard-College-Observatorium eingerichtet hatte. Mit Hilfe eines Stipendiums, das ausdrücklich Frauen vorbehalten war, wurde ihr dieses postgraduale Studium ermöglicht. Die einzige Frau vor ihr in diesem Programm war Adelaide Ames, während ihres Studiums arbeitete Payne dort mit Annie Jump Cannon zusammen.
Mit nur 25 Jahren machte Cecilia Payne bereits ihre wichtigste Entdeckung, die auch für die Astronomie von entscheidender Bedeutung war. Für ihre Dissertation untersuchte sie Sternspektren, also die Zusammensetzung und Verteilung des Lichtes von Himmelskörpern. Sie konnte zunächst schon einmal die Spektralklassen, also Farbtemperaturen unterschiedlicher Sterne, ihren korrekten Oberflächentemperaturen zuordnen, indem sie die Ionisierungstheorie von Meghnad Saha anwandte. Elemente werden ionisiert, wenn zum Beispiel durch erhöhte Temperatur (thermische Ionisation) Elektronen aus den Atomen herausgelöst werden und diese als positive Ionen zurückbleiben. Die Saha-Gleichung setzt den Ionisierungsgrad eines Elements mit seinem Erhitzungsgrad in Bezug. Aufgrund dieser korrekten Zuordnung konnte Payne nachweisen, dass die untersuchten Sterne hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestanden.
Bis dahin war die akzeptierte wissenschaftliche Theorie, dass alle Himmelskörper zu gleichen Teilen aus den gleichen Elementen zusammengesetzt seien, dass also zum Beispiel die Erde, wenn sie auf die Temperatur der Sonne erhitzt würde, die gleiche Spektralklasse wie diese hätte. Payne bewies, dass die unterschiedlichen Spektrallinien verschiedener Sterne nicht auf das Vorhandensein von verschiedenen Elementen zurückzuführen ist, sondern darauf, dass in unterschiedlichen Temperaturen die gleichen Elemente – Wasserstoff und Helium – unterschiedlich ionisiert werden. Zwar weisen auch die leuchtenden Himmelskörpern eine Metallizität auf, enthalten also Silizium, Kohlenstoff und andere herkömmliche Elemente, die auch auf der Erde zu finden sind, und sogar in einem ähnlichen Verhältnis zueinander. In ihrer Dissertation belegte Cecilia Payne jedoch, dass die beiden ersten, einfachsten Elemente des Periodensystems auch die häufigsten im Universum sind, im Fall von Wasserstoff etwa um das Millionenfache häufiger als die anderen Elemente.
Weil ihre Ergebnisse der gängigen wissenschaftlichen Annahme wiedersprachen, musste Payne ihre Aussagen kurz darauf als „fadenscheinig“ zurückziehen. Henry Norris Russell, der Harlow Shapleys Lehrer gewesen war, setzte sie dahingehend unter Druck; vier Jahre später bestätigte er Paynes Behauptung jedoch, was wiederum George Gamow zu der korrekten Vermutung führte, dass die Kernfusion in unserer Sonne durch das Verhältnis von vier Wasserstoffkernen zu einem Heliumkern befeuert wird. Cecilia Paynes Dissertation erhielt auch ihre Ehrung, als Otto von Struve sie als „die brillianteste Doktorarbeit, die jemals im Fach der Astronomie geschrieben wurde“ bezeichnete.
Auch nach ihrer Promotion erforschte Payne weiterhin die Leuchtkraft von Himmelskörpern. 1930 ließ ihrer inzwischen rehabilitierten Dissertation das Wer „Sterne von hoher Leuchtkraft“ („The Stars of High Luminosity„) folgen. Dieses Werk sollte die Grundlage für alle weiteren Forschungen an den darin besprochenen Sternen werden. Sie wurde 1931 amerikanische Staatsbürgerin, 1933 lernte sie den russisch geborenen Astrophysiker Sergej Gaposchkin kennen und heiratete ihn 1934. Über all diese Jahre blieb sie als akademische Kraft in Harvard, wo sie allerdings aufgrund der Geschlechterdiskriminierung nicht als Professor, sondern nur in weniger prestigeträchtigen und vor allem schlechter bezahlten Positionen tätig sein konnte. Ihr Mentor Shapley setzte sich für sie ein, sodass sie zunächst 1938 offiziell den Titel „Astronomin“ am Observatorium führte. 1943 wurde sie als Fellow in der American Academy of Arts and Sciences aufgenommen, ihre Universität listete ihre Kurse dennoch zwei weitere Jahre nicht im Vorlesungsverzeichnis.
Als 1954 Donald Menzel der Direktor des Observatoriums wurde, verwendete er sich für eine bessere Stellung Payne-Gapschkins, und so wurde sie 1956, 27 Jahre nach ihrer Promotion, zur ordentlichen Professorin – der ersten weiblichen für Astronomie an der Universität Harvard. Später wurde sie die erste weibliche Fachbereichsleiterin am gleichen Institut. Zehn Jahre später emeritierte sie bereits, forschte allerdings als Angestellte des Smithsonian Astrophysical-Observatory weitere 20 Jahre und lektorierte dessen Veröffentlichung in dieser Zeit.
Kurz nachdem sie im Selbstverlag ihre Autobiografie herausgebracht hatte, starb sie 1979 mit 79 Jahren. Ihre Tochter, mittleres Kind von dreien, erinnerte sich an sie als eine „begeisterte Schneiderin, erfinderische Strickerin und unersättliche Leserin“. Ihre Autobiografie ist leider nur auf Englisch zu haben, doch erreicht bei Goodreads 4,52 von 5 Sternen.
