Veranderingen in het leven van sterren, van stofwolken tot ster

Onderzoeksvraag: Welke veranderingen spelen zich af in het leven van sterren, van stofwolken tot ster. Inleiding: het grote heelal Al vanaf vroege beschavingen vond men het heelal indrukwekkend. Oude filosofen, Plato en Aristoteles, bedreven astronomie. Omdat deze astronomen slechte instrumenten hadden konden ze niet nauwkeurig meten. Toch zijn er verscheidene waarnemingen wetenschappelijk juist. Maar vanaf 1610 kwam er verandering in, Galileo Galilei richtte als eerste mens een zelfgebouwde telescoop naar de sterren. Plotseling zag de mens verrassende details: de maan toonde bergen en dalen, Venus kreeg schijngestalten, Jupiter manen en men nam meer sterren waar dan ooit. De melkweg openbaarde zich in al zijn schoonheid en diversiteit. Tegenwoordig kan men met middel van geavanceerde technieken veel te weten komen. Als het donker wordt in Chili steken vele telescopen hun oog naar boven en de Hubble-telescoop bekijkt dag en nacht het heelal. Enorme krachten schuilen er in het diepe heelal. Ruimtes vol materie worden afgewisseld met lege gebieden. Versmeltingen van sterrenstelsels, supernova’s en geboorten van sterrenstelsels lijken elkaar af te wisselen in een indrukwekkende reeks gebeurtenissen. Hier komt de complexiteit van het heelal naar voren. Vele astronomen proberen die raadsels te doorgronden. Maar er zijn nog veel raadselen over. Genoeg voor jaren onderzoek. Over sterren is ook veel bekend. Sterren waren een van de eerste objecten in het heelal waarover men onderzoek deed. Sterren hebben vele grote geleerden op een dwaalspoor gebracht. Sterren hebben ook een grote betekenis gehad in oude religies zoals de maya’s en de Egyptenaren. Tot heden hebben sterren betekenis in onze samenleving. Denk maar aan de horoscoop waarmee astrologen het lot en karakter van een persoon menen te kunnen verklaren. Bij de schepping is de aarde en het heelal compleet geschapen d.w.z. zonder gebrek. Ook sterren zijn geschapen oud en jong. De evolutionisten geloven in een ontwikkeling van het heelal in miljarden jaren. Ze geloven dat het leven op aarde pas laat in de evolutie opkwam, een klein poosje geleden. Ik beschrijf in dit werkstuk het ontstaan van de sterren passend binnen de evolutietheorie. In de slotbeschouwing ga ik op het bijbelse standpunt in. Het ontstaan van sterren zal beschreven worden in de volgende hoofdstukken. Het centrale thema is het ontstaan van sterren. Leegten in het heelal ontsluierd
In vroeger tijden toen de astronomie met telescopen net in opmars kwam waren er lege plekken in het heelal te zien. Astronomen verbaasden zich erover dat er grote plekken waren in het heelal waar men niets zag. Men had diverse theorieën over deze plekken. Grote astronomen bogen zich over dit vraagstuk. In dit hoofdstuk gaat het over de lege plekken in het heelal, de zogenaamde wolken interstellair stof of gas waaruit sterren ontstaan.
De visie van Herschel In de 18e eeuw publiceerde William Herschel zijn theorie over de constructie der hemelen. Hij schreef over schijnbare leegten in het heelal. Hierover had hij zijn eigen theorie. Het luidde als volgt: “Waar sterren zijn is licht, dus waar geen licht is, is niets.” Deze theorie was volgens de instrumenten van zijn tijd. Tot 150 jaar na zijn dood kwam niemand op het idee om deze waarnemingen te onderzoeken. Uiteindelijk bleek deze theorie onjuist
Emerson Barnard, de eerste persoon die tastbare bewijzen leverde voor het bestaan van interstellaire materie. De eerste astronoom die bewijzen leverde voor het bestaan van interstellaire materie was Emerson Barnard die in 1822 werd geboren. Hij ging maar twee maanden naar school daarna ging hij werken in een fotografie zaak waar hij door een vergrotingsapparaat belangstelling opvatte voor lenzen. Zijn baas hielp hem aan spullen om een telescoop te maken. Hij kende geen astronomen en las geen boeken. Toch had hij geluk. Een kennis kwam geld bij hem lenen en nam als onderpand een boek mee,”The sidereal heavens”, van de Schotse dominee en astronoom Thomas Dick. Dit was het begin van zijn carrière. In 1883 kreeg hij een benoeming als assistent-astronoom aan de Vanderbilt-univeriteit en in 1887 kreeg hij een uitnodiging om in Callifornie te komen werken. Daar trachtte Barnard fotografie toe te passen in de astronomie. Foto’s konden langer licht verzamelen dan het menselijk oog zodat vele zwakke sterren en stelsels gezien werden. Ook vond hij enkele zwarte plekken. Aanvankelijk nam Barnard de theorie van Herschel aan. Maar later vond hij bewijzen voor materie in die plekken. Hij voelde steeds meer voor het idee dat deze plekken bestonden uit lichtabsorberende materie. Maximilian Wolf Een andere onderzoeker Maximilian Wolf onderzocht ook deze plekken. Hij telde sterren naar de helderheidklasse. Hierdoor ontdekte dat sterren in een donker gebied een hogere magnitude hadden dan sterren in een helder gebied. Daaruit concludeerde hij dat er een soort gordijn hing over de sterren waar alleen de helderste sterren doorheen schenen. De spectroscopie Andere astrologen zochten naar bewijzen met heel andere hulpmiddelen: de spectroscopie. Men ontdekte dat als men het licht van de zon door een smalle spleet liet leiden en vervolgens door een prisma dat er patronen van donkere lijnen ontstaan. Ook werd toen ontdekt dat elk molecuul een eigen patroon van donkere en heldere lijnen heeft. Door dat met elkaar te combineren werd er ontdekt waaruit sterren bestaan, de temperatuur en de dichtheid. Hartmann De Duitse astronoom en instrumentenmaker Hartmann ontdekte toen hij de spectroscopie toepaste dat het spectrum van een dubbelster in het sterrenbeeld Orion een zeer merkwaardig gedrag had. Bij normale dubbelsterren waren de spectrale lijnen donker breed en wazig. Hier was dat niet het geval. De lijnen waren zwak en erg scherp. Hij veronderstelde dat het licht door iets geabsorbeerd werd. In 1904 schreef hij in een artikel dat er een wolk tussen de aarde en de ster moest voorkomen. Niemand lette op deze ontdekkingen omdat de communicatie tussen wetenschappers erg traag liep. Vesto Slipher Een andere spectocopist, Vesto Slipher, van de Lowell-sterrenwacht in de Arizona, vond in 1912 nieuwe bewijzen voor het bestaan van interstellaire materie. Toen hij een heldere wolk bestudeerde in de Pleiaden viel hem op dat het spectrum exact hetzelfde was als een naburige ster. Het is niet mogelijk dat twee objecten hetzelfde spectrum hebben, dus veronderstelde hij dat de nevel het licht van de ster weerkaatste. Ook vond hij geen spectrale lijnen van andere gassen, dus moest de nevel bestaan uit stof. Later werden deze nevels reflectienevels genoemd.
Opnieuw Barnard! Een jaar later kwam Barnard op een belangrijk idee. Hij schreef: “ik werd getroffen door de aanwezigheid van een groep cumuluswolkjes die her en der verspreidt waren over de dichte sterrenwolken van de boogschutter”. Ook zei hij:”Ze vielen op omdat ze zo scherp omrand waren”. Hij zei dat deze wolkjes een min of meer ondoorschijnend lichaam tussen ons en de melkweg waren. Barnard probeerde zijn theorie volgens de visie van Herschel te formuleren. Sommige van de wolken waren lege ruimten en bij een aantal zat er een ondoordringbaar lichaam tussen ons en de melkweg. Later erkende Barnard voor het eerst het gelijk van Arthur Ranyard die 25 jaar eerder had beweerd dat de “lege plekken” feitelijk verduisterde materie waren. Nog lang niet iedereen was overtuigd. Arthur Stanley Eddington Na enkele jaren was het Arthur Stanley Eddington (afbeelding hiernaast) die de speurtocht opende naar de studie van interstellaire materie. In een lezing voor de Royal Society gaf hij het eerste overzicht van interstellaire materie. Hij verwierp de theorie van Herschel en zij dat men eerst van uit moest gaan dat interstellaire materie bestond, tenzij dat men het tegendeel kon bewijzen. Hij wees de astrologen op de vele gevallen van stationaire calcium en natriumlijnen in de ruimte. Dat wees erop dat de hele ruimte vol was met diffuse gaswolken. Vervolgen vestigde Eddington de aandacht op het probleem van het “verduisterend vermogen van donkere nevels”zoals hij die noemde. Hij beweerde dat de verduisterde materie bestond uit vast stof, omdat het licht van sterren erg veel werd afgezwakt. Hij zei aan het eind van zijn lezing dat er “geen enkele garantie is dat andere gebieden van de hemel zo transparant zijn als vaak wordt aangenomen”. Robert J. Trumpler Hoewel de meeste astronomen overtuigd waren van het bestaan van lichtabsorberende stofwolken in bepaalde gebieden in het heelal meenden velen dat het grootste deel van het heelal transparant was. Trumpler hielp deze kwestie voorgoed uit de wereld. Aan de hand van een spectragrafische analyse schatte Trumpler het spectraaltype van de helderste sterren in de dichtbijstaande sterrenhopen. Waarna hij met behulp van een formule de afstand tot de sterrenhopen kon berekenen. Vervolgens nam hij fotografische platen waar hij de diameter van de sterrenhopen mee berekende. Toen hij de sterrenhopen met elkaar ging vergelijken kwam hij de volgende “fout” tegen: naarmate de sterrenhopen verderaf stonden werden ze groter. Hij concludeerde eruit dat er maar twee keuzen mogelijk waren. Of ze moesten toegeven dat sterrenstelsels groter worden naarmate ze verder weg staan of aannemen dat er licht geabsorbeerd wordt in ons sterrenstelsel. Zijn bewering was onweerstaanbaar. Want als dat waar was waren alle afstanden naar diverse belangrijke hemellichamen waardeloos. Het probleem was opgelost. Nu konden astrologen zich concentreren op de samenstelling van materie en hoe hij ontstaan was. Onthullers van leegte Ontdekkers van nieuwe details van interstellaire materie. 1912:Victor Franz Hess stelde vast dat ioniserende straling toeneemt met hoogte. Hij concludeerde hieruit dat de straling uit de ruimte moest komen. 1925:Robert Millikan bevestigde de bewering van Hess en noemde het verschijnsel kosmische straling. 1935:Bertil Lindblat nam aan dat stofkorrels in de ruimte worden gevormd en aangroeien door condensatie van heet waterstof rond koude vaste deeltjes. 1939:Alfred Joy stelde vast dat stof en gas ongelijkmatig in het heelal voorkomt. 1939:Bengt StrØmgren toonde aan dat hete sterren zijn omgeven door een krans geïoniseerd gas
1944:Jan van Oort kwam op het idee dat radiogolven belangrijke informatie over interstellaire materie en de structuur van de melkweg kunnen bevatten. 1945:Hendrik van Hulst meende dat interstellaire waterstof straling moest uitgeven op radiogolflengte van 21 cm zou moeten uitzenden. 1947:Jan Bok opperde dat kleine, ronde globulen in feite protosterren waren, concentraties van stof en gas die bezig waren om onder hun eigen zwaartekracht ineenstorten. 1950:Lyman Spitzer verklaarde de processen in de interstellaire materie door te beschrijven hoe neutrale en geïoniseerde waterstof in de interstellaire ruimte warmer en kouder worden. 1951:Edward Purcell en Harold Ewen ontdekten de 21 cm-lijn voor interstellaire waterstof. 1951:Jesse Greenstein en Leverett Davis opperden het idee dat licht wordt gepolariseerd doordat stofdeeltjes worden gericht onder invloed van een interstellair magnetisch veld. 1957:John Bolton en Paul Wild opperden dat een interstellair magnetisch veld zichzelf zou openbaren door de splitsing van de spectraallijn van waterstof. 1968:Gerrit Verschuur vond de voorspelde splitsing waarmee het bestaan van een magnetisch veld in de ruimte definitief was aangetoond
Van interstellair stof tot globulen. In het heelal wordt er een grote ontwikkeling van atoomsoorten waargenomen. Een ster is hiervan een voorbeeld, maar ook op het stof komen reacties voor. Materie(stof) groeit, stoot moleculen af en neemt moleculen weer op. Materie is belangrijk voor de stervorming. In dit hoofdstuk de groei van het stofkorreltje. De ster en de ommekeer tot stof Als de brandstof in een ster opraakt dijt de ster uit. Op een gegeven moment barst de ster uit in een gigantische explosie, de supernova. In deze explosie gooit de ster enorme hoeveelheden materie de ruimte in. Er vormt zich interstellaire stof. De atomen van ijzer, grafiet en allerlei silicaten vormen erg stabiele verbindingen met elkaar. Het stofkorreltje begint te groeien en maakt een grote evolutie mee, van klein tot groter. Stofkorreltjes op reis Aan het begin van de reis door het heelal is het stofkorreltje nog erg klein en zijn er nog geen verbindingen gevormd op het korreltje. Pas na miljoenen jaren hebben zich op het stofkorreltje atomen gevestigd. Waterstof, zuurstof, stikstof en koolstof zijn de grondleggers voor ingewikkelde verbindingen. Deze atomen vormen samen eenvoudige verbindingen zoals moleculaire waterstof(h2). In het volgende stadium worden er gecompliceerde verbindingen gevormd zoals water(H20), methaan(CH4) en ammoniak(NH3). Deze verbindingen komen alleen voor in bevroren toestand omdat de temperatuur maar enkele graden boven het absolute nulpunt is. De derde mantel vormt zich als stofwolken miljoenen jaren blootgestaan hebben aan UV-straling. De verbindingen worden dan radicalen, stukjes molecuul met een sterke neiging met elkaar te reageren. Deze radicalen vormen formaldehyde en andere complexe moleculen. Hierbij komt warmte vrij waar mee de overgebleven radicalen de ruimte ingeslingerd worden. In de laatste fase krijgt een korreltje nog een derde mantel die bestaat uit moleculaire waterstof, water, ammoniak, formaldehyde en methaan. Het korreltje kan een omvang krijgen van één micron, de grootte van een rookdeeltje Vorming van globulen door materie en gas Globulen zijn grote wolken waarin sterren geboren worden. Ze worden gevormd door materie en gas. Deze globulen zijn vaak vele lichtjaren groot en hebben een massa die soms wel 500000 keer zo groot is als de zon. De dichtheid van deze wolken verschilt tussen de 10000 deeltjes per cm3 en de 50 deeltjes per cm3. Een grote globule is de donkere wolk Barnard 68 (zie afbeelding hiernaast). De globule absorbeert het licht van de miljoenen sterren die achter deze wolk liggen. De globulen zijn op vele plaatsen te vinden in het heelal. Stervorminggebieden Sterren worden geboren in de donkere plekken in het heelal. De sterrenkraamkamers maken een groot deel van het heelal uit. In de loop van miljoenen jaren vormen zich sterren en verdwijnen de stervorminggebieden.
Emmisienevels en donkere nevels De meeste stervorminggebieden zijn emissienevels, hete gasnevels die licht uitstralen. Deze emissienevels zijn vaak onderdeel van grote donkere wolken. Deze wolken kunnen een grootte van enkele honderden lichtjaren bereiken. Als nieuwe sterren beginnen te schijnen wordt het omliggende gas geïoniseerd waarbij een emissienevel ontstaat. Een deel van de moleculaire wolk verdwijnt en wordt een emissienevel. Een bekende donkere nevel is de Barnard 68. Met infraroodstraling kijken de astronomen door de wolk heen. Op de afbeelding hiernaast zijn verscheidende lagen te zien. In de donkere plekken worden binnenkort sterren gevormd. Het verband tussen globulen, protosterren en sterren. Vorming van protosterren In een nevel, bijvoorbeeld de Tarantulanevel, worden dagelijks sterren geboren. Er ontstaat uit een globule een ster. Door een verdichting in een globule begint de ster in
elkaar te storten. De verdichting komt opgang door een schokgolf(zie afbeelding) die afkomstig kan zijn van een supernova-explosie. De deeltjes beginnen tegen elkaar aantebotsen. Hierbij komt warmte vrij. Nu begint ook het impulsmoment mee te spelen. Het impulsmoment Nu de wolk begint in te storten wordt het impulsmoment kleiner en de snelheid groter. Om zijn impulsmoment kleiner te maken spuwt de wolk materie de ruimte in. Door de aantrekkingskracht van de wolk vestigt de materie zich in een schijf om de wolk heen. Omdat de wolk sneller gaat draaien botsen de deeltjes harder tegen elkaar aan. De materie komt steeds dichter op elkaar. De zwaartekracht krijgt de overhand. De ster wordt een vaste massa van warm gas en stof. De ster begint te gloeien maar er treden nog geen kernreacties op. Door de warmte en het licht wordt de omliggende materie weggeblazen. Er komt een ruimte vrij tussen de ster en de gordel van materie. Deze gordel wordt de protoplanetaire schijf genoemd. De ster wordt heter tot ongeveer 15.000.000 graden Celsius. Nu komen de kernreacties komen op gang in de kern van de ster. Waterstof fuseert tot helium. De zwaartekracht en de naar buitenvliedende kracht zijn tot evenwicht gekomen. De ster begint te branden. Conclusie Vele wetenschappers hebben onderzoek gedaan naar het heelal en het ontstaan van sterren. Als wij een ster zien branden zijn daar aan een heleboel processen aan voorafgegaan: - groei van de materie - ontstaan van globulen - het ineenstorten van de globule - de protoster
Beschouwing In de inleiding heb ik gezegd dat dit werkstuk volgens de evolutietheorie geschreven is en dat ik zelf geloof in het creationisme. Ik geloof in de schepping zoals die in de Bijbel is beschreven. De bijbel is Gods ware woord. De creationisten geloven in een God die de aarde geschapen heeft in zes dagen. Op de eerste dag schiep God het heelal en de aarde. Genesis 1: vers 1 “In den beginne schiep God de hemel en de aarde.” Op de vierde dag heeft God de sterren, maan en zon geschapen. Genesis 1: vers 14-17 “14:En God zeide: dat er lichten zijn in het uitspansel des hemels, om scheiding te maken tussen de dag en tussen de nacht; en dat zij zijn tot tekenen en tot gezette tijden, en tot dagen en jaren! 15: en dat zij zijn tot lichten in het uitspansel des hemels, om licht te geven op de aarde! En het was alzo. 16: God dan maakte die twee grote lichten; dat grote licht tot heerschappij des daags, en dat kleine licht tot heerschappij des nachts; ook de sterren. 17: en God stelde ze in het uitspansel des hemels, om licht te geven op de aarde, 18: en om te heersen op den dag, en in de nacht, en om scheiding te maken tussen het licht en tussen de duisternis. En God zag dat het goed was”. Dus volgens ons zijn sterren plotseling in het heelal verschenen, maar ook sterren in ontwikkeling. God heeft sterren geschapen in de verschillende levensfases en ook het stof waaruit sterren ontstaan. Volgen het creationisme is de wereld maar ongeveer 6000 jaar oud en de sterren ook. Het is wel zo dat sterren er miljarden jaren overdoen om hun leven te volbrengen, maar niet dat alle sterren vele miljarden jaren oud zijn. Het is niet zo dat alle sterren volwassen zijn geschapen, maar ook zijn sterren als stof en als supernova geschapen. Hoe de werkelijke ontwikkeling van de sterren is geweest vanaf het begin van de schepping tot tegenwoordig kunnen wij niet precies weten. We moeten dan weten in welk stadium de ontwikkeling van “nog niet bestaande” sterren is geweest, we weten niet of uitwendige factoren het ontstaansproces beïnvloed hebben en of de omzettingsnelheid van globulen in sterren altijd constant is gebleven.