Blog: Geef me de ruimte - deel 4

In het vorige Blog heb ik uitgelegd hoe sterren geboren worden uit gaswolken die een diameter kunnen hebben van tientallen lichtjaren. Wellicht ten overvloede, een lichtjaar is de afstand die het licht met een snelheid van 300.000 km/sec in één jaar aflegt, oftewel 9500 miljard km. Uiteindelijk leidde dit tot sterren waarvan de massa’s enorm kunnen verschillen, van ‘gemiddelde’ sterren tot zeer ‘massieve’ sterren. Na de geboorte begint het ‘gewone’ leven. Er is dan sprake van kernfusie, waarbij waterstof als brandstof wordt omgezet in helium. Afhankelijk van de grootte van de ster kan dit proces vele miljoenen tot vele miljarden jaren duren. 

Waterstof

In deze Blog wil ik nader ingaan op het feit als tenslotte de brandstof (lees waterstof) begint op  te raken. Hiermee begint dan geleidelijk aan het stervensproces. Een gemiddelde ster is ongeveer even zwaar als onze zon. Een massieve ster heeft een grootte van minimaal 8 keer en is zwaarder dan onze zon.

Alvorens we het stervensproces bespreken, is het handig om allereerst een tweetal principes te behandelen, namelijk zwaartekracht en gasdruk. Al sinds 1687 weten we dat volgens Newton massa’s elkaar aantrekken. Hoe groter de onderlinge afstand, des te kleiner deze kracht. Omgekeerd betekent dit dat als de afstand kleiner wordt, de aantrekkingskracht dus groter wordt. Deze kracht is altijd naar binnen gekeerd. Een ander fundamenteel gegeven is gasdruk. We nemen daartoe een gesloten vat gevuld met een gas. Uit ervaring weten we dat als we het vat nu gaan verwarmen, er een moment volgt waarop deze ontploft doordat de druk teveel is toegenomen. Omgekeerd mogen we dan ook verwachten dat als de druk toeneemt, de temperatuur eveneens toeneemt. Voor de liefhebber spreken we dan over de wet van Boyle-Gay Lussac. De gasdruk is altijd naar buiten gekeerd.

Bij een stabiele ster zijn zwaartekracht en gasdruk in evenwicht. Bij een stervende ster raakt dit evenwicht verstoord. Afhankelijk van de fase waarin de stervende ster zich bevindt, heeft wisselend de ene en vervolgens de andere de overhand. 

Gemiddelde ster

Als het waterstof in de kern geleidelijk aan begint op te raken wordt het kernfusie proces steeds minder hevig. Hierdoor neemt de temperatuur af en wordt de kern onder de invloed van de eigen zwaartekracht kleiner. Dit op haar beurt zorgt ervoor dat de temperatuur weer toeneemt en wel dusdanig dat opnieuw kernfusie gaat begint, ditmaal niet meer in de kern maar in de schil daarbuiten (schilverbranding). De gasdruk neemt verder toe en de ster zwelt op. De temperatuur aan het oppervlak neemt daardoor af en de ster wordt een rode reus. De diameter is van 1-2 miljoen kilometer toegenomen vele honderd miljoenen kilometers. Onze zon heeft een diameter van 1,4 miljoen km!! De planeet Jupiter staat op een afstand van 750 miljoen km. De Rode Reus verzwelgt in dat geval daarmee de planeten, Mercurius, Venus, Aarde en Mars. 

Na verloop van tijd is ook deze waterstof verbruikt, met als resultaat dat alleen nog helium is overgebleven. Als geen sprake meer is van enige verbranding, dus geen gasdruk, overheerst de zwaartekracht waardoor alle heliumatomen steeds sterker worden aangetrokken en de temperatuur wederom gaat stijgen. Uiteindelijk worden temperaturen bereikt van zo’n 200 miljoen graden Celsius. En dan in een zeer korte tijd van minuten tot uren wordt middels kernfusie al het helium omgezet in koolstof. Hierbij komt een ongelooflijk hoeveelheid energie vrij, zo groot als het uitgestraalde licht van al onze sterren in de Melkweg bij elkaar. De rode reus is een witte dwerg geworden met een diameter van slechts de omvang van een planeet, zoals onze aarde of Jupiter. De lichtkracht is afgenomen tot 1000 keer zo klein als onze zon of zelfs lager. Rondom de witte dwerg heeft zich nog een Planetaire Nevel gevormd, een gaswolk met geïoniseerde atomen die verschillende chemische stoffen levert, zoals zuurstof, stikstof en silicium. Het stipje in het midden is een witte dwerg.

Hiermee is dan in grote lijn het stervensproces van een gemiddelde ster beschreven. 

Een mooi voorbeeld van een witte dwerg is Sirius B. Iedereen kent de beroemde ster Sirius, de helderste ster van onze sterrenhemel, liggend in het sterrenbeeld Grote Hond, dichtbij het sterrenstelsel Orion, het helderste en mooiste sterrenbeeld aan de hemel.

Sirius B (met oranje pijl aangeduid) heeft de grootte van de planeet Jupiter en heeft een massa gelijk aan die van onze zon en staat ongeveer 9 lichtjaren van ons verwijderd. Deze is nauwelijks waar te nemen omdat zij behoorlijk wordt overstraald door Sirius.

Toevalligheid wil dat het figuur tevens de ster Betelgeuse te zien geeft. Hierboven hebben we gesproken over een Rode Reus. Betelgeuse is daarentegen zelfs een Rode Superreus, het vervolg op een massieve ster. Momenteel wordt veel gespeculeerd op een aanstaande ontploffing, een zgn. Supernova. 

In het volgende blog ga ik verder in op het levenseinde van massieve sterren, die Supernova’s veroorzaken waaruit Neutronensterren en Zwarte gaten ontstaan.