Je leest:

Hoe ziet het leven van een ster eruit?

Hoe ziet het leven van een ster eruit?

Auteur: | 24 september 2009

Eén van de meest mysterieuze processen in het heelal is stergeboorte. We hebben talloze stofwolken in de ruimte gevonden die we kunnen aanwijzen als ‘kraamkamers van het heelal’, regio’s waar heel veel jonge sterren ontstaan. Maar hoe gaat dat precies? Wat voor zetje heeft het sterrenstof nodig om samen te ballen tot een ster? Ook aan het einde van het leven van een ster gebeuren er bijzondere dingen. Grote sterren worden via een supernova-explosie neutronensterren of zelfs zwarte gaten, terwijl kleinere sterren langzaam minder helder worden en een stille dood sterven. Is er te voorspellen wanneer dat gebeurt, en kan je aan een ster zien wat zijn lot zal zijn?

Oeps: Onbekende tag `animatie’ met attributen {"id"=>"33641", “titel”=>"De evolutie van sterren", “breedte”=>"950", “hoogte”=>"680", “credits”=>"Vizualism"}

Kraamkamer van het heelal

Sterren worden geboren en sterven in een kringloop. Het materiaal waar een ster van gemaakt is heeft meestal al deel uitgemaakt van een aantal oudere sterren. In het heelal vinden we regio’s waarin het materiaal van oude sterren zich ophoopt in dichte gaswolken. Die wolken zijn stergeboorteregio’s, ook wel de kraamkamers van het heelal genoemd. In zo’n stofwolk worden aan de lopende band nieuwe sterren geboren. ↑ terug naar boven ↑

Superreus

De grootste sterren van het universum zijn de zogenaamde superreuzen. Ze zijn tien tot honderd keer zo zwaar als onze zon, en geven tot wel 300.000 keer meer licht. Omdat ze zo enorm fel branden is hun levensduur beperkt tot soms maar een paar miljoen jaar. Ter vergelijking: onze zon zal het naar verwachting tien miljard jaar volhouden! Als een superreus door zijn brandstof heen raakt, zal hij langzaam van een blauwe kleur naar een rode kleur afkoelen. Daarbij zwelt de ster op tot enkele honderden malen de diameter van de zon. Uiteindelijk bezit de ster niet meer genoeg energie om te blijven bestaan, en eindigt zijn bestaan met een spetterende supernova-explosie. ↑ terug naar boven ↑

Zonachtige ster

Ongeveer 15% van alle sterren zijn vergelijkbaar met onze zon. Ze zijn geel of oranje, en komen aan hun energie door kernfusie van waterstof in het binnenste van de ster. Vergeleken met de veel zeldzamere superreuzen hebben zonachtige sterren maar een saai leventje. Naarmate ze zichzelf opbranden worden ze steeds roder en minder helder, totdat ze opzwellen tot een rode reuzenster. Die valt dan – zonder al teveel spektakel – uiteen tot een planetaire nevel, met in het midden een piepklein wit dwergsterretje. Als aandenken aan de zonachtige ster zal dat dwergsterretje nog miljarden jaren blijven bestaan. ↑ terug naar boven ↑

Rode en bruine dwergsterren

Van alle sterren in het heelal is 5% een superreus en 15% vergelijkbaar met de zon. De rest bestaat uit dwergsterren: kleine, zwakke sterren die een lang en saai bestaan hebben. De grotere dwergsterren, rode dwergen, branden net als zonachtige sterren uiteindelijk op en worden een witte dwerg. De kleinere bruine dwergen zijn niet energetisch genoeg om kernfusie op te wekken in hun binnenste, en kunnen dus eigenlijk niet eens sterren genoemd worden. Het einde van hun bestaan wordt langzaam bereikt, doordat de bruine dwerg zichzelf langzaamaan opbrandt. ↑ terug naar boven ↑

Het einde van een ster

In het binnenste van een ster vindt kernfusie plaats, waardoor lichte elementen in steeds zwaardere elementen overgaan. Na een tijdje begint het fusiemateriaal op te raken: zware elementen gaan domineren, en waterstof en helium worden steeds zeldzamer. Dan is een ster niet meer in staat om genoeg energie op te wekken om zijn vorm te behouden. Bij lichte sterren gaat dit heel langzaam, zo langzaam dat een rode dwergster gemiddeld langer kan leven dan de levensduur van het heelal tot nu toe.

Sterren zoals onze zon zijn na een paar miljard jaar opgebrand. Ze stoten hun buitenste lagen af en worden een planetaire nevel, met in het midden een kleine witte dwergster van voornamelijk koolstof. Grote sterren, met een massa van meer dan 2,5 keer die van de zon, houden niet op met hun fusie bij koolstof. De atomen in de ster fuseren verder tot silicium en daarna ijzer – en dan houdt het op. IJzerfusie kost energie, en is dus geen energiebron voor de ster. Als het punt bereikt is dat ijzer het stermateriaal domineert, implodeert de kern van de ster. Dat leidt tot een supernova-explosie, het meest spetterende vuurwerk in het heelal, en daarbij tot de vorming van een neutronenster of een zwart gat. ↑ terug naar boven ↑

Planetaire nevel

Een zonachtige ster begint aan het einde van zijn bestaan uit te dijen. De gaslagen van de buitenkant van de ster zwellen op totdat ze een enorme omvang hebben, waarbij heel helder licht wordt uitgestraald. Daarom zijn planetaire nevels in het heelal goed te detecteren. In een planetaire nevel is een bepaalde kleur groen licht heel veel aanwezig, vanwege de grote hoeveelheid dubbel geïoniseerd zuurstof. Dankzij die precieze kleur zijn de nevels heel geschikt om metingen te doen aan verre sterren en sterrenstelsels, en er zijn al een aantal bijzondere ontdekkingen gedaan dankzij deze nevels. ↑ terug naar boven ↑

Supernova

Sterren voeren een continu gevecht tegen de zwaartekracht. Om niet in elkaar geduwd te worden produceren ze energie – door kernfusie. Daarbij wordt het materiaal waar de ster van gemaakt is opgebruikt. Lichte atomen fuseren tot zwaardere kernen, totdat alles in het zware element ijzer is veranderd. Dan kan een ster niets meer verbranden en krijgt de zwaartekracht zijn zin: de ster implodeert.

Daarbij komt een enorme hoeveelheid energie vrij, die de buitenste regio’s van de ster met kracht naar buiten duwt. Dat is een supernova-explosie, een fenomeen dat aan de nachthemel net zo helder is als een compleet sterrenstelsel. Het binnenste van de dode ster balt zich samen tot een neutronenster, of in het geval van een bijzonder zware ster tot een zwart gat. En de weggeschoten mantel van de ster blijft nog lang in de ruimte hangen in de vorm van een nevel. De Krabnevel is daarvan het bekendste voorbeeld. ↑ terug naar boven ↑

Neutronenster

Als de ijzeren kern van een zware ster implodeert, is het gedaan met de ‘gewone’ materie waar de ster van gemaakt was. De atomen in de ster worden uiteen geslagen en veranderen in neutronen en neutrino’s, enkele bouwblokken van gewone materie.

Small

Het voordeel van neutronen is dat ze veel dichter op elkaar gepakt kunnen zitten dan atomen, en de zwaartekracht dus makkelijker tegengewerkt kan worden. De supergrote ster verandert dus in een piepklein klompje neutronen. Gemiddeld is zo’n neutronenster ongeveer twee keer zo zwaar als onze zon, met een doorsnede van slechts tien kilometer! De dichtheid is dus heel erg hoog, ongeveer wat je zou krijgen als je alle mensen op aarde samen zou duwen in een doosje zo groot als een suikerklontje. Een neutronenster is erg stabiel en blijft vele miljarden jaren bestaan. ↑ terug naar boven ↑

Zwart gat

De massa van een extreem zware ster is zo groot, dat zelfs de neutronenster-toestand niet sterk genoeg is om tegenwicht te bieden aan de zwaartekracht die erop werkt. Na de supernova houdt het inkrimpen van die ster dus niet op, maar de ster klapt nog verder ineen tot een mysterieus object: een zwart gat. In een zwart gat is alle stermassa omgezet in energie, die samengebald is in een enkel punt. De zwaartekracht rondom een zwart gat is zo sterk, dat zelfs licht niet sterk genoeg is om aan het veld te ontsnappen. Vandaar ook de naam: als je licht op een zwart gat laat schijnen om ernaar te kijken, zal er nooit iets terug komen en zal het er dus zwart uit zien. Je kunt zwarte gaten dus niet zien, maar door het effect van het zwaartekrachtsveld op de omgeving te meten is het wel mogelijk om erachter te komen waar ze zich bevinden. In het midden van sterrenstelsels zit vaak een enorm zwart gat, dat waarschijnlijk ontstaat door het opslokken van grote hoeveelheden andere sterren en ster-resten. ↑ terug naar boven ↑

Witte dwerg

Een ster zoals onze zon eindigt niet in een supernova-explosie, en wordt ook nooit zo’n exotisch object als een neutronenster of een zwart gat. Aan het einde van zijn bestaan stoot een zonachtige ster zijn buitenkant af in een planetaire nevel, en het binnenste van de ster wordt een zogenaamde witte dwergster. Zo’n ster heeft een hoge dichtheid: de massa van de zon samengebald in het volume van de aarde. Hij bestaat uit koolstof en zuurstof, de zwaarste fusieproducten die in een middelgrote ster gemaakt worden. Als de massa van een witte dwerg relatief hoog is, kan deze alsnog in een supernova-explosie aan zijn einde komen. Kleinere witte dwergen doen dat niet, en blijven vele miljarden jaar een donker, onbeduidend objectje. ↑ terug naar boven ↑

Superbel

Als er in een bepaald stukje ruimte een aantal grote supernova-explosies plaatsvinden, kan zich een superbel vormen. Dat is een regio in het heelal waar bijna geen ruimtestof voorkomt – dat is er namelijk door de supernova uitgeblazen. Onze zon bevindt zich waarschijnlijk in zo’n superbel. Eigenlijk is een superbel het tegenovergestelde van een stervormingsregio: een grote leegte waar zich voorlopig maar weinig nieuwe sterren zullen vormen. Zo verandert de plaatselijke samenstelling van het heelal voortdurend. ↑ terug naar boven ↑

Dit artikel is een publicatie van Bètafactor i.s.m. Kennislink.
© Bètafactor i.s.m. Kennislink, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 24 september 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.