Toen Cecilia Payne in 1925 in haar proefschrift aantoonde dat de zon vooral uit waterstof bestaat, kreeg ze te verstaan dat dit niet kon kloppen. Als ze een astronomische carrière wilde, kon ze beter inbinden.
Dat er überhaupt van een promotie sprake was, was voor een vrouw al uitzonderlijk aan het begin van de twintigste eeuw. Cecilia Payne was ervoor verhuisd van Cambridge, Engeland naar Cambridge Massachusetts. Aan Harvard bestond een programma dat vrouwen stimuleerde om voor een wetenschappelijke carrière te kiezen.
Ze stortte zich op een indertijd populair onderwerp, de studie van de spectra van sterren om de atomaire samenstelling ervan te achterhalen. De consensus was dat de zon en de aarde ongeveer dezelfde samenstelling hadden. Het temperatuurverschil leidde tot andere spectra en de klus was dit mechanisme te verklaren. Payne kwam tot een andere conclusie: de samenstelling was totaal anders. De zon bestond vooral uit waterstof en helium.