في رسالة الدكتوراة لسيسيليا باين ، لجأت لمعادلة كان سبق أن نظمها الفيزيائي مغند ساها ، المعادلة تصف علاقة التأين بين السطح و غلاف النجم ، في الحرارة والعناصر الكيميائية ، لتكشف باين عن وجود اختلاف بين تصنيفات النجوم في درجة حرارة السطح ،وان اختلاف نمط الخطوط الامتصاصية للتحليل الطيفي بين تصنيفات النجوم هو بسبب اختلاف درجة التأين عند درجات حرارة مختلفة ، وليس بسبب وجود عناصر كيميائية مختلفة. وبمعرفتها بعلم فيزياء الذرة استطاعت ان تحدد درجة توفر العناصر الكيميائية على النجم استنادا لدرجة شدة الخطوط الامتصاصية في التحليل الطيفي و حالات تأين الذرات في العناصر المختلفة.