1925, Harvard. Dépitée, l’étudiante Cecilia Payne se penche une nouvelle fois sur ses notes. Elle vient de recevoir un courrier du très renommé astrophysicien, Henry Russel. Selon lui, elle se serait trompée dans ses calculs…

Cecilia Payne, vers 1925, photo : Smithsonian Institution
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Les calculs en question portent sur la composition des étoiles. À l’époque, les scientifiques sont persuadés que ces dernières sont constituées des mêmes éléments que la Terre. Et ce dans les mêmes proportions : 30 % de fer, 30 % d’oxygène et 16 % de silicium.

La composition de la Terre, illustration Sciencetips
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Ils s’appuient pour cela sur… la spectroscopie. Le principe est simple : lorsqu’un rayon de lumière passe à travers un prisme, il va être décomposé en plusieurs couleurs. Cela forme une sorte d’arc-en-ciel, qu’on appelle un spectre.

Ainsi, un rayon de lumière provenant d’une étoile, comme le Soleil, émet un spectre, mais avec une particularité… Ce spectre est ponctué de barres noires, comme un code-barre. On parle de raies d’absorption. 

Illustration Sciencetips
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En effet, pour parvenir jusqu’à nous, la lumière traverse différents milieux. La lumière du Soleil, par exemple, traverse l’atmosphère solaire. Or cette atmosphère est composée de plusieurs gaz qui vont absorber spécifiquement certaines couleurs du spectre.

Ce sont donc ces couleurs manquantes qui donnent les barres noires. Grâce à ces raies, les astrophysiciens peuvent alors déterminer les éléments que la lumière a rencontrés et leurs proportions.

Spectre d'absorption de l'atome d'hydrogène. L'hydrogène absorbe ici les longueurs d'onde représentées par les traits noirs, les raies d'absorption. Illustration Sciencetips
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Pratique ! Sauf qu’en utilisant cette même technique Cecilia n’est pas parvenue aux mêmes conclusions. Pour elle, les étoiles seraient bien composées des mêmes éléments que la Terre, mais pas du tout dans les mêmes proportions. Le Soleil, par exemple, serait composé de près de 75 % d’hydrogène et de 25 % d’hélium (éléments présents en infime quantité sur Terre) !

La composition du Soleil, illustration Sciencetips
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Et ce sont ces résultats que conteste Henry. Tant et si bien que Cecilia décide de revenir sur ses conclusions. Pourtant, bien mal lui en prit, car elle avait vu juste !

Quatre ans plus tard, le scientifique parvient aux mêmes conclusions et publie ses résultats, y reconnaissant même l'excellence du travail de la jeune femme ! Rendons donc à Cecilia ce qui lui appartient…

Henry Norris Russell, vers 1930, photo : Julian Felsenburgh
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Pour en savoir plus :

Sur Cecilia Payne

Sur la spectroscopie astronomique

Sur la composition des étoiles

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