Heeft iemand de aardkern weleens met eigen ogen gezien? Natuurlijk niet, want die ligt duizenden kilometers onder onze voeten. Toch weten we prima hoe de kern zich gedraagt, onder andere door de manier waarop ze trilt na een aardbeving. Die techniek is niet alleen op aarde toepasbaar: sterrenkundigen gebruiken stertrillingen om diep in het hart van sterren te kijken. Door elke ster lopen namelijk drukgolven op en neer die zichtbaar zijn in het uitgestraalde licht van de ster. Conny Aerts van de KU Leuven sneed er de reuzenster HD 129929 mee doormidden en ontdekte dat die zijn leven rekt door brandstof uit zijn buitenlagen te halen.

Hoogleraar Conny Aerts van de KU Leuven is zowat haar complete academische loopbaan lang gefascineerd geweest door één ster. De gelukkige, HD 129929, is niet bovenmatig zwaar, ver weg of dichtbij; de reus heeft een massa van 9,5 zonsmassa’s en staat op 2200 lichtjaar van de aarde. Wél opvallend is dat de ster langzaam trilt: de straal golft in een periode van 21 jaar op en neer. Dat is eigenaardig, omdat de meeste stertrillingen eerder op de schaal van minuten of dagen liggen.

Aerts’ promotor Christoffel Waelkens vermoedde dat HD 129929 last had van zwevingen. Dat verschijnsel doet zich voor als geluid wordt opgebouwd uit naburige golflengtes: die lopen nét uit de pas en vormen een geluidspatroon dat langzaam aanzwelt en afzwakt. Als sterrenkundigen waren Waelkens en Aerts geïnteresseerd in de originele trillingen. Hoe die terug te vinden? Door lang, lang meten!

Aan de borrel

In de trillingen van HD 129929 ligt een schat van informatie verborgen. De precieze samenstelling van de ster, de draaiing van verschillende lagen om de as en de beweging van die lagen van en naar de kern toe bepalen namelijk allemaal hoe snel de drukgolven door de ster reizen en hoe snel ze elkaar opvolgen.

Eén van de eigenschappen die stertrillingen beïnvloeden is de opbouw van de ster. Sterren zijn geen homogene gasbollen, maar kennen verschillende zones. In sommige gebieden verspreiden ze hun energie via straling; die zones heten in de sterrenkunde radiatief. Andere gebieden houden de warmte beter vast. Daar raken bellen gas verhit en gaan – omdat ze hun warmte niet op een andere manier kwijt kunnen – opstijgen. Hoger in de ster koelen ze af en zakken weer naar beneden. Dit geborrel gedrag heet convectie. De geluidssnelheid, ofwel de snelheid waarmee drukgolven zich door de ster bewegen, verschilt per zone en per temperatuursgebied.

Aerts combineerde meer dan 1400 waarnemingen van HD 129929, gemaakt over een periode van 21 jaar, om de trillingen en zwevingen in de reuzenster in kaart te brengen. Ze rafelde het signaal uiteen in zes afzonderlijke golfpatronen en wist aan te tonen dat de convectieve zone van de ster zich tot buiten de kern uitstrekt. Anders gezegd: door omhoog reizende en afdalende gasbellen wordt het kernmateriaal gemengd met de buitenlagen. De kern heeft daardoor een aanvoer van de fusiebrandstof waterstof terwijl het afvalproduct helium wordt weggenomen. Daardoor leeft HD 129929 langer.

Menging van fusiekern en buitenlagen kan ook optreden als de kern snel om zijn as draait; aan de evenaar wordt dan kernmateriaal naar buiten geslingerd en kolkt vers materiaal naar binnen. In HD 129929 vindt dat proces niet plaats, leidde Aerts na veel rekenen af uit haar waarnemingen. Met een omwentelingssnelheid van 2 km/s aan de buitenrand draait de kern té langzaam om materiaal uit te wisselen met de laag erboven.

Het onderzoek van Conny Aerts laat zien hoe zware sterren als HD 129929 in elkaar zitten. Natuurlijk wisten sterrenkundigen al in grote lijn hoe de verdeling tussen verschillende zones in sterren ligt, maar met haar dwarsdoorsnede van de reuzenster heeft Aerts een gedetailleerde kaart weten te maken.

Amateurs gevraagd

Aerts wil haar methode graag op andere sterren toepassen, maar daarvoor zijn veel waarnemingen over een lange periode nodig. Een telescoop als de Hubble kan het licht van een ster zeer nauwkeurig opvangen, maar is zo duur dat het ondoenlijk is haar 20 jaar op die ster gericht te houden. Voor Aerts’ methode zijn zulke haarscherpe metingen gelukkig niet nodig. Met een bescheiden telescoop en genoeg geduld zouden amateur-sterrenkundigen al een prachtige bijdrage kunnen leveren. “Blijven waarnemen dus!” roept ze op in het tijdschrift Zenit.