Een internationaal team van astronomen, onder wie Saskia Hekker van de Universiteit van Amsterdam, is erin geslaagd diep in het binnenste van zogeheten rode reuzen te kijken en te bepalen welke van deze reuzensterren nog in hun kinderjaren zijn, welke aan het puberen zijn en welke op sterven na dood. Deze ontdekking, die donderdag 31 maart in Nature wordt gepubliceerd, is gedaan met de Kepler-ruimtetelescoop en geeft nieuwe aanknopingspunten voor onderzoek naar de evolutie van sterren zoals onze eigen zon.

Rode reuzen zijn sterren die aan het eind van hun leven zijn gekomen. Onze eigen zon bereikt dat stadium over zo’n vijf miljard jaar. Tegen die tijd zal de zon ruim 10 keer groter zijn dan nu, en ongeveer 50 keer zo helder. De kleur is dan verschoven van geelachtig naar roodachtig, vandaar de naam rode reus. De voorraad waterstof in de kern raakt op, en de ster gaat de waterstof in een schil rondom de kern verbranden. Tegen het einde van zijn leven begint de rode reus het helium in zijn kern te verbranden.

Een ster zoals de onze (links onder) haalt zijn energie uit de fusie van waterstof naar helium. Als er in de kern geen waterstof meer is, zal de ster gaan opzwellen: hij wordt dan een rode reus. Er vindt in een rode reus nog steeds fusie van waterstof plaats, maar niet meer in de kern. Aan het einde van zijn leven als rode reus zal het helium in de kern van een ster naar koolstof gaan fuseren. Als dat ook niet meer lukt, stoot de ster zijn buitenste lagen af en klapt het binnenste in tot een piepkleine witte dwergster.

Thomas Kallinger, University of Vienna and University of British Columbia

Sterbevingen

De astronomen hebben gedurende bijna een jaar met een ongekende precisie het licht van honderden rode reuzen bestudeerd en zijn veel te weten gekomen over hun kernen. “De veranderingen in de helderheid aan het oppervlak van de ster zijn het gevolg van turbulente bewegingen in het inwendige van de ster, die continu sterbevingen veroorzaken”, zegt eerste auteur professor Tim Bedding van de Universiteit van Sydney.

De geluidsgolven die daarbij worden geproduceerd, reizen naar het inwendige van de ster en weer terug. Als de condities goed zijn, gaan de geluidsgolven een interactie aan met andere golven, die in de heliumkern van de ster zitten. Het zijn deze gemengde schommelingen (oscillaties) die iets zeggen over de leeftijdsfase van de rode reus. Uit de zeer zorgvuldige metingen van de kleine variaties hierin, blijkt dat sommige sterren al helium verbranden terwijl andere sterren alleen nog bezig zijn waterstof te verbranden.

Onze zon zal naar schatting over 5 miljard jaar door het waterstof in zijn kern heen raken. Hij zal dan opzwellen tot een rode reuzenster die alle binnenplaneten – tot en met Mars! – verzwelgt.

Co-auteur Saskia Hekker, Veni-fellow aan de Universiteit van Amsterdam, is blij met de resultaten: “Op basis van theoretische modellen wisten we van het bestaan van deze oscillatiepatronen, maar ook dat deze zeer moeilijk zouden zijn waar te nemen. Dat we dat nu voor elkaar hebben gekregen, betekent dat we kunnen zien in welke leeftijdsfase een rode reuzenster zich bevindt. Ook kunnen we nu de structuur van deze sterren helemaal tot de kern bestuderen, wat tot nu toe niet mogelijk was.”