Také v 1.934, Payne ženatý Rus-rozený Harvard astronoma a astrofyzika Sergeje Gaposchkin. Pracovali spolu na mnoha proměnných hvězdných projekty.
Payne-Gaposchkin práce na observatoři Harvard College zůstala neoficiální a nepotvrzené. Žádný z kurzů učila na Harvardu byla uvedena v katalogu až do roku 1945. Kromě toho, viděla, jak ženy dělal špinavou práci v svém oboru. V zadních místnostech na observatoři, ženy pracoval přes výpočty potřebné k měření hvězdy umístění a katalog objemy výsledky jiných vědců. Někteří z nich začali s vysokou vědy talent, ale byl znechucený v jejich úsilí. Mohli by přijít o práci v případě, že se oženil, nebo-li si stěžovat jejich nízké platy. V roce 1938 Payne-Gaposchkin dostal titul Phillips astronomem.
Po druhé světové válce (1939-1945), nového ředitele převzal observatoře. A konečně, v roce 1956, po 31-leté čekání Payne-Gaposchkin přijal titul tenured profesor astronomie na Harvardu, pozice držela až do roku 1966. Ona byla první ženou, která se stala plně tenured profesorem na Harvardově univerzitě. Ve stejné době, ona se stala první ženou oddělení židle, míří oddělení z Harvardu astronomie od roku 1956 do roku 1960. Její vlastní bojů jako žena v poli dominují muži pomohl Payne-Gaposchkin stal silným zastáncem mladých žen, studentů.
úspěchy Payne-Gaposchkin je v astronomii byly četné. Zjistila chemické složení hvězd. Zejména, zjistila, že vodík a helium jsou nejhojnější prvky hvězd a. Proto, ve vesmíru. Ona také stanovit hvězdných teploty. Naučila se tyto věci z podrobného studia a analýzy spekter vysoké světelnosti hvězd, (Astronomové používají termín svítivost pro množství energie hvězda dá pryč). Jednalo se analyzování světlo z hvězd ve vzdálených galaxiích při průchodu hranolem, které ji rozešli do rainbowlike kapely barev nazvaný spektrum (množné spektra). Na jednom konci spektra viditelného sv
