Ao procurar essas linhas características nos espectros de luz das estrelas, os cientistas puderam ver que as cores que faltavam ou os espaços vazios nas placas combinavam perfeitamente com os elementos atômicos. Eles agora poderiam identificar os elementos constituintes. As estrelas no céu mostravam espaços em branco onde o seu gás absorvia a energia que fluía da fornalha nuclear que queimava nos seus núcleos.
A maioria desses estudos de laboratório analisou elementos neutros. As estrelas são bolas gigantes de gás superquente e pressurizado, e ninguém ainda tinha descoberto como esses extremos poderiam alterar os padrões de luz de diferentes elementos.
Payne combinou o conhecimento atual da física atômica com uma “ideia brilhante” do físico indiano Meghnad Saha, ela escreveu em sua autobiografia . Saha tinha acabado de determinar como o gás se comporta em diferentes temperaturas e densidades e, especificamente, como os elétrons contidos se movem em ambientes extremos.
Com base nas altas temperaturas e pressões das estrelas, Payne calculou a intensidade das linhas espectrais da luz estelar nas placas de Harvard. “As diferentes linhas sempre têm uma certa relação de força entre si”, diz Frebel. A partir disso, Payne poderia calcular a abundância dos elementos nas estrelas.
O trabalho de Payne mostrou que o hidrogénio e o hélio – os dois elementos químicos mais leves – são incrivelmente abundantes nas estrelas, enquanto os elementos mais pesados são muito menos prevalentes. Ela também descreveu o que cria as formas observadas das linhas: como as pressões e temperaturas internas do materials gasoso afetam a assinatura luminosa. Compreendendo essas formas, diz astrofísico estelar da Iowa State College Steven Kawaler“é essencial para utilizá-los, os espectros, para compreender a dinâmica das atmosferas”. Payne usou as linhas de absorção não apenas para abundância ou temperaturas, acrescenta, mas para entender o que está acontecendo fisicamente dentro das estrelas.
