In een ster gaan om te zien hoe het werkt

De sterren hebben altijd mensen geïntrigeerd, waarschijnlijk vanaf het moment dat onze vroegste voorouder naar buiten stapte en naar de nachtelijke hemel keek. We gaan 's nachts nog steeds naar buiten en kijken omhoog, ons afvragend over die twinkelende objecten. Wetenschappelijk vormen ze de basis van de wetenschap van de sterrenkunde, dat is de studie van sterren (en hun sterrenstelsels). Sterren spelen een prominente rol in sciencefictionfilms en tv-shows en videogames als achtergrond voor avontuurlijke verhalen. Dus, wat zijn deze twinkelende lichtpunten die lijken te zijn gerangschikt in patronen langs de nachtelijke hemel?  

Sterren zijn meer dan alleen objecten aan de hemel. Ze leren ons over de werking van het universum, van de vroegste sterren tot de huidige. Mensen gebruiken deze sterrenkaarten al lang om 's nachts hun weg te vinden in de lucht. Sterren zijn ook handige navigatiehulpmiddelen voor zeilers en sterrenkijkers. Carolyn Collins Petersen

Sterren in de Melkweg

Er zijn duizenden sterren zichtbaar voor ons vanaf de aarde, vooral als we onze observatie doen in een echt donkere lucht kijkhoek). Alleen al in de Melkweg zijn er honderden miljoenen, niet allemaal zichtbaar voor mensen op aarde. De Millky Way is niet alleen de thuisbasis van al die sterren, het bevat "stellaire kinderdagverblijven" waar pasgeboren sterren worden uitgebroed in wolken van gas en stof.

Alle sterren zijn heel, heel ver weg, behalve de zon. De rest bevindt zich buiten ons zonnestelsel. Het dichtst bij ons heet Proxima Centauri en het ligt op 4,2 lichtjaar afstand. 

Een Hubble Space Telescope-weergave van Proxima Centauri. NASA / ESA / STScI

De meeste sterrenkijkers die al een tijdje hebben opgemerkt, merken dat sommige sterren helderder zijn dan andere. Velen lijken ook een vage kleur te hebben. Sommigen zien er blauw uit, anderen wit en weer anderen vaag gele of roodachtige tinten. Er zijn veel verschillende soorten sterren in het universum. 

Let op de twee iets verschillende kleuren van de sterren waaruit Albireo bestaat, de dubbele ster in de neus van Cygnus de zwaan. Ze zijn gemakkelijk te zien door een verrekijker of een kleine telescoop. Courtesy N.B., via Wikimedia Commons, Attribution-Share Alike 4.0-licentie.

De zon is een ster

We koesteren ons in het licht van een ster - de zon. Het is anders dan de planeten, die erg klein zijn in vergelijking met de zon, en meestal gemaakt zijn van rots (zoals aarde en Mars) of koele gassen (zoals Jupiter en Saturnus). Door te begrijpen hoe de zon werkt, kunnen astronomen een dieper inzicht krijgen in hoe alle sterren werken. Omgekeerd, als ze gedurende hun hele leven vele andere sterren bestuderen, is het ook mogelijk om de toekomst van onze eigen ster te achterhalen. 

De gelaagde structuur van de zon en het buitenoppervlak en de atmosfeer geeft astronomen inzicht in hoe andere sterren zijn gestructureerd. NASA 

Hoe sterren werken

Net als alle andere sterren in het universum, is de zon een enorme, heldere bol van heet, gloeiend gas dat wordt samengehouden door zijn eigen zwaartekracht. Het leeft in de Melkweg, samen met ongeveer 400 miljard andere sterren. Ze werken allemaal volgens hetzelfde basisprincipe: ze smelten atomen in hun kernen om warmte en licht te maken. Het is hoe een ster werkt.

Een opengewerkt interieur van de zon. De meeste sterren hebben vergelijkbare soorten zones, inclusief de kernen waar kernfusie plaatsvindt. NASA / MSFC

Voor de zon betekent dit dat waterstofatomen onder hoge hitte en druk tegen elkaar worden geslagen. Het resultaat is een heliumatoom. Dat proces van fusie geeft warmte en licht vrij. Dit proces wordt "stellaire nucleosynthese" genoemd en is de bron van veel van de elementen in het universum die zwaarder zijn dan waterstof en helium. Dus van sterren zoals de zon, krijgt het toekomstige universum elementen zoals koolstof, die het zal maken naarmate het ouder wordt. Zeer "zware" elementen, zoals goud of ijzer, worden gemaakt in massievere sterren wanneer ze sterven, of zelfs de catastrofale botsingen van neutronensterren.

Hoe doet een ster deze "stellaire nucleosynthese" en blaast zichzelf niet uit elkaar tijdens het proces? Het antwoord: hydrostatisch evenwicht. Dat betekent dat de zwaartekracht van de massa van de ster (die de gassen naar binnen trekt) wordt gecompenseerd door de uitwendige druk van de warmte en het licht - de stralingsdruk die wordt gecreëerd door de kernfusie die plaatsvindt in de kern.

Deze fusie is een natuurlijk proces en vergt een enorme hoeveelheid energie om voldoende fusiereacties te initiëren om de zwaartekracht in een ster in evenwicht te brengen. De kern van een ster moet temperaturen van meer dan ongeveer 10 miljoen Kelvin bereiken om waterstof te smelten. Onze zon heeft bijvoorbeeld een kerntemperatuur van ongeveer 15 miljoen Kelvin.

Een ster die waterstof verbruikt om helium te vormen, wordt een "hoofdreeks" -ster genoemd voor de hele tijd dat het een waterstof-fuserend object is. Wanneer het al zijn brandstof verbruikt, trekt de kern samen omdat de externe stralingsdruk niet langer voldoende is om de zwaartekracht in evenwicht te brengen. De kerntemperatuur stijgt (omdat het wordt gecomprimeerd) en dat geeft het voldoende "oomph" om te beginnen met het smelten van heliumatomen die beginnen te koolstof. Op dat moment wordt de ster een rode reus. Later, als het zonder brandstof en energie komt, trekt de ster zich samen en wordt een witte dwerg.

Hoe sterren sterven

De volgende fase in de evolutie van de ster hangt af van zijn massa, want dat bepaalt hoe het zal eindigen. Een ster met lage massa, zoals onze zon, heeft een ander lot dan sterren met hogere massa. Het zal zijn buitenste lagen afblazen, waardoor een planetaire nevel ontstaat met een witte dwerg in het midden. Astronomen hebben vele andere sterren bestudeerd die dit proces hebben ondergaan, waardoor ze meer inzicht krijgen in hoe de zon over een paar miljard jaar zijn leven zal beëindigen.

Zou onze zon zijn leven kunnen beëindigen als de planetaire nevel NGC 678? Astronomen vermoeden dat het heel goed mogelijk is. ESO 

Sterren met een hoge massa verschillen echter op veel manieren van de zon. Ze leven korte levens en laten prachtige overblijfselen achter. Wanneer ze als supernova exploderen, blazen ze hun elementen naar de ruimte. Het beste voorbeeld van een supernova is de krabnevel, in Taurus. De kern van de originele ster blijft achter terwijl de rest van het materiaal de ruimte in wordt geblazen. Uiteindelijk kan de kern samendrukken om een ​​neutronenster of een zwart gat te worden.

Hubble Space Telescope's weergave van het overblijfsel van de supernova van de krabnevel. NASA / ESA / STScI

Sterren verbinden ons met de kosmos

Sterren bestaan ​​in miljarden sterrenstelsels in het universum. Ze vormen een belangrijk onderdeel van de evolutie van de kosmos. Ze waren de eerste objecten die meer dan 13 miljard jaar geleden werden gevormd en ze bestonden uit de vroegste sterrenstelsels. Toen ze stierven, transformeerden ze de vroege kosmos. Dat komt omdat al die elementen die ze in hun kernen vormen, in de ruimte worden teruggebracht wanneer sterren sterven. En die elementen worden uiteindelijk gecombineerd om nieuwe sterren, planeten en zelfs het leven te vormen! Dat is de reden waarom astronomen vaak zeggen dat we zijn gemaakt van "ster dingen". 

Uitgegeven door Carolyn Collins Petersen.