Sinh năm 1900 tại Wendover, Anh, Payne-Gaposchkin thể hiện niềm đam mê khoa học từ nhỏ. Ban đầu theo học thực vật học, hóa học và vật lý tại Đại học Cambridge, bà chuyển hướng sang thiên văn học sau một buổi nói chuyện về nhật thực năm 1919 của nhà thiên văn Arthur Eddington.

Tại Anh, phụ nữ bị hạn chế trong nghiên cứu khoa học, nên bà quyết định sang Mỹ – nơi Harvard bắt đầu thuê phụ nữ phân tích dữ liệu thiên văn. Sau buổi giảng truyền cảm hứng của Harlow Shapley, giám đốc Đài quan sát Harvard, bà mạnh dạn xin làm việc cùng ông. Không lâu sau, bà giành học bổng và đặt chân tới nước Mỹ, bắt đầu một hành trình làm nên lịch sử.

Thay vì chỉ lập bản đồ bầu trời như các nhà thiên văn đương thời, Payne-Gaposchkin quyết định đi xa hơn: tìm hiểu bản chất của các ngôi sao. Dựa trên phân tích quang phổ – những “dấu vân tay ánh sáng” – bà đo lường cường độ các vạch phổ và sử dụng vật lý nguyên tử để xác định thành phần hóa học của chúng.

Kết luận gây chấn động: hydro và heli là thành phần chính trong các ngôi sao, không phải các kim loại như từng tin tưởng. Lượng hydro dồi dào đến hàng triệu lần so với các nguyên tố khác như silicon, nhôm hay sắt.

Tuy nhiên, nghiên cứu của bà vấp phải sự hoài nghi. Henry Norris Russell, nhà thiên văn hàng đầu tại Đại học Princeton, cho rằng kết quả ấy "rõ ràng là không thể". Ông, cũng như nhiều người cùng thời, vẫn tin rằng các ngôi sao có thành phần tương tự Trái Đất.

Trước áp lực ấy, Payne-Gaposchkin giảm nhẹ kết luận trong luận án, cho rằng kết quả "gần như chắc chắn không có thật". Trớ trêu thay, chỉ vài năm sau, Russell công bố kết luận tương tự bằng phương pháp khác và được ngành công nhận rộng rãi hơn – dù có trích dẫn công trình của bà. Tới tận những năm 1960, nghiên cứu của Russell được trích dẫn nhiều gấp ba lần nghiên cứu tiên phong của bà.

Dẫu vậy, Payne-Gaposchkin không từ bỏ. Bà tiếp tục gắn bó với Harvard, và vào năm 1956, trở thành nữ giáo sư chính thức đầu tiên và trưởng khoa đầu tiên tại Harvard – một kỳ tích vào thời kỳ phụ nữ còn bị cấm sử dụng kính thiên văn.

Đóng góp của bà ngày càng được ghi nhận. Năm 1979, chỉ ba năm trước khi qua đời, bà nhận Giải thưởng Henry Norris Russell – đặt theo tên chính người từng bác bỏ kết luận của bà.

Ngày nay, Payne-Gaposchkin được coi là người mở đường cho ngành vật lý thiên văn hiện đại. Khám phá của bà về thành phần sao là nền tảng cho các lý thuyết về sự hình thành nguyên tố sau vụ nổ Big Bang. Các nhà khoa học thế hệ mới, như Natalie Hinkel, vẫn tiếp tục trích dẫn công trình của bà trong nghiên cứu về ngoại hành tinh và điều kiện cho sự sống ngoài Trái Đất.

TH