het leven van een ster

1. Wat is een ster?

Eigenlijk is een ster een enorme bol van gloeiend heet gas. Dit gas bestaat vooral uit waterstof en helium. Voor de rest verschillen sterren erg onder elkaar. Ze hebben allemaal een andere samenstelling, massa, oppervlak, levensduur en leeftijd. De samenstelling verschilt erg (naast de waterstof en helium) doordat sterren zich steeds verder ontwikkelen tot aan de dood: hoe ouder de ster is, hoe meer elementen deze ster zal bevatten in zijn “schillen”. De andere elementen ontstaat door kernfusie. De zon is ook een ster, maar deze ster is eigenlijk maar middelmatig er bestaan zelfs sterren die 10 keer zo groot zijn. Deze komen meestal niet in ons zonnestelsel voor. De leeftijd een ster wordt bepaald door hoe snel de ster zijn brandstof zal verbruiken. Een ster kan miljoenen tot miljarden jaren oud worden en als zijn energievoorraad op is, vernietigd hij zichzelf. Onze zon is ook een ster, die ongeveer 5 miljard jaar oud. De zon is een middelmatige ster en hier worden alle andere sterren mee vergeleken. Hierdoor kunnen wij bepalen welke sterren groot en welke sterren klein zijn. Elke ster behoort tot een bepaald sterrenstelsel en in alleen ons sterrenstelsel alleen zitten al zo’n 100 miljard sterren.

2. Interstellaire wolken

In de interstellaire ruimte zweven miljarden stukjes stof rond, deze bestaan voornamelijk uit waterstof en helium. Andere stoffen die in de interstellaire ruimte zijn: zuurstof, koolstof, stikstof,magnesium en ijzer. Het geheel van deze stukjes heet het interstellaire milieu. Als de dichtheid van deze stoffen, op een bepaalde plaats in de ruimte, groter is dan een deeltje per kubieke centimeter noemen we deze plaats een interstellaire wolk. De samenstelling van een interstellaire wolk kan enorm verschillen. Wetenschappers bestuderen de elektromagnetische straling die de wolken uitstralen en die op aarde worden opgevangen om deze te achterhalen. In de interstellaire wolken is de temperatuur erg laag namelijk -250 graden Celsius. Wolken met een erg grote dichtheid zijn zo zwaar dat ze onder invloed van hun eigen zwaartekracht kunnen samentrekken. Dit kan gebeuren als er een kleine verstoring is van het interstellaire milieu. Een voorbeeld hiervan is een supernova, door de kracht van een supernova worden de stukjes stof naar elkaar toe gedreven. De wolk stort ineen, dit is het begin van een nieuwe ster.

3. De geboorte van een ster

De interstellaire wolken blijven instorten en worden daardoor steeds kleiner. Er ontstaan allemaal deeltjes die elkaar aan trekken. Hoe meer kleine deeltjes er zijn gevormd, hoe groter de aantrekkingskracht wordt. Deze deeltjes gaan steeds dichter op elkaar zitten en er vormt zich een dichte kern middenin de wolk. Met de aantrekkingskracht neemt ook de snelheid van de deeltjes naar het centrum van de wolk toe. De temperatuur neemt hierdoor toe, en blijf daarna oplopen totdat de temperatuur zo hoog wordt dat de stof in het binnenste van de wolk vernietigd wordt. Het enige dat overblijft zijn atomen. Er zullen kernreacties optreden als gevolg van de temperaturen die blijven oplopen tot wel 50.000 Kelvin. De hoge temperaturen van de wolk zorgen ervoor dat deze licht gaat geven. De atomen beginnen heftig te trillen en worden ontdaan van de elektronen die ze bij zich hebben. Waterstofatomen smelten in paren van twee samen tot een heliumatoom. Er ontstaat een mengeling van gassen die plasma wordt genoemd. Een nieuwe ster is geboren. Rond de pasgevormde ster bevindt zich nog veel stof waardoor de ster miljoenen jaren voor ons onzichtbaar blijft. Het soort ster dat wordt gevormd bepaalt wat er op lange termijn met het stof gebeurd. Een relatief zware ster zend veel ultraviolette straling uit. Deze straling zal het stof dat om de ster heen zweeft vernietigen. Deze De Orion nevel straling zal ook het resterende gas om de ster verhitten
waardoor dit gas vanzelf gaat stralen. Een voorbeeld hiervan is de Orion nevel. Bij relatief kleine sterren zoals de zon wordt weinig ultraviolet licht uitgezonden. Hierdoor wordt de stof rondom de ster niet vernietigd. Er vormt zich een geconcentreerde platte schijf van stof rondom de ster. Als deze schijf gaat klonteren kunnen er planeten ontstaan uit het stof. Op deze manier is ons zonnestelsel ontstaan.

4. Het leven van een kleine ster

In de ster zal uiteindelijk een kettingreactie ontstaan, zodra de temperatuur namelijk rond de 150 miljoen Kelvin komt, zullen er atoomkernen met elkaar gaan fuseren. Doordat de fusie hitte produceert zullen zo langzamerhand weer meer kernen fuseren. De ster is nu officieel een rijpe ster en zal de rest van zijn leven zo verder leven. Vele sterkundige zeggen zelfs dat je het leven van een rijpe ster kunt vergelijken met ene brandende gloeilamp: er gebeurt niks bijzonders. In deze fase straalt de ster een geelachtig tot wit ligt uit. Dit licht ontstaat door het evenwicht tussen de temperatuur en de omvang. Hoe groter de ster en hoe hoger de temperatuur, hoe witter het licht van de ster zal zijn. Sommige sterren kunnen zelfs een bijna blauwlijkend licht uitstralen. De kleine ster blijft zijn hele leven dus waterstof fuseren, maar de duur van het leven hangt hier ook van af. De zon is bijvoorbeeld een middelmatige ster en zal ongeveer 10 miljard jaar leven. Een kleinere ster met bijvoorbeeld ene massa die 10x zo klein is, zal dan ook 10x zolang leven. Dit komt doordat kleine sterren een kleinere kern hebben en daardoor minder snel fuseren dan grotere sterren. Uiteindelijk zal de ster bijna al zijn waterstof hebben verbrandt en ook circa 50% maar zijn gaan glanzen. Natuurlijk zullen niet alle waterstofatomen opraken, maar doordat er in de kern opeens zoveel heliumatomen zitten zal de kans klein zijn dat de wateratomen nog zullen botsen. De helium die in de kern zit, zal daardoor de kernfusie verminderen, waardoor de temperatuur in de kern zal dalen. De ster is belandt in het stadium van de rode reus.

5. De dood van een kleine ster

Kleine sterren (met een massa minder dan 8x de massa van de zon). Een ster begint te sterven vanaf het moment dat hij in een rode reus verandert. Dit gebeurt doordat de ster op het einde enorm opzwelt, meestal tot wel honderden malen groter dan de zon. Hierdoor wordt het gas “verser” en licht de ster beter en rood op. Het materiaal wat in de buitenste laag zit, voelt hierdoor nog maar nauwelijks de aantrekkingskracht (zwaartekracht) van de ster. Vervolgens vinden er sterpulsaties (kloppingen) plaats, waardoor het gas hoog boven het steroppervlak uit wordt geblazen. Het gas condenseert dan tot stofdeeltjes. De stofdeeltjes worden samen met een groot deel van het gas weggeblazen door de straling van de ster. De ster blaast zo steeds zijn buitenste lagen weg. Dit wordt een sterwind genoemd. Ondertussen begint door de zwaartekracht van de ster, de kern van de ster zelf te krimpen. Doordat bij dit proces veel energie vrijkomt, stijgt de temperatuur van de kern en hierdoor begint het uitgestoten gas om de blauwe ster heen te stralen (planetaire nevel). Uiteindelijk blijft er van de kern alleen nog maar een uitgedoofd restje in het midden van de planetaire nevel over. Dit wordt een witte dwerg genoemd.

6. Het leven van de grote ster gaat verder

Het leven van de grote ster is in het begin hetzelfde als die van een kleine ster. Het verandert pas op het moment dat alle waterstof is gefuseerd tot helium. Dit proces vindt, doordat de ster bijv. 10 keer zo groot is als de zon, 10 keer zo snel plaats. Omdat de ster en de kern groter zijn, kunnen zij meer warmte produceren dan kleine sterren. Hierdoor zijn zij in staat om op een gegeven moment ook helium te laten fuseren. Hierbij worden meerdere heliumatomen omgezet tot een koolstofatoom. Dit gaat ook weer voor een tijd door totdat ook de heliumatomen te ver van elkaar gescheiden zijn om nog te kunnen fuseren. Tijdens deze periode is ook de grote ster in een rode reus verandert. Bij de rode reuzenfase van de grote ster, zwelt de ster ook op, maar krimpt de kern, waardoor de temperatuur in de kern weer stijgt. Deze nog hogere temperatuur veroorzaakt weer de mogelijkheid om atomen te laten fuseren. Uiteindelijk fuseert de koolstof in zwaardere elementen totdat er alleen nog maar ijzer overblijft. Je zou de ster nu kunnen bekijken als een ui: hij bestaat uit allemaal lagen die elk een ander element bevatten. In de buitenste laag zit waterstof en in de binnenste laag zit ijzer.

7. De dood van een grote ster

Grote sterren (met een massa meer dan 8x de massa van de zon). Een grote ster gaat door meer processen heen voordat hij uiteindelijk sterft. Een grote ster zet op het einde de meeste elementen om in ijzer. Doordat dit element erg stabiel is en het op een gegeven moment energie kost om het in andere elementen om te zetten, stopt de verbranding van de ster. De ster kan vanaf dit moment de druk van de buitenste schil niet meer houden en stort met een immense snelheid is. Dit is een implosie. Maar doordat de buitenste lagen met een enorme snelheid tegen de kern aan botsten, worden die buitenste lagen weer met een enorme vaart weggeblazen. Hierdoor ontstaat er een explosie, die ook wel een supernova wordt genoemd. Uiteindelijk blijft er in de kern van de explosie een zwart gat of een neutronenster over.

8. Supernova’s

Een ster heeft aan het einde van zijn levensloop alleen nog waterstof in de buitenste legen. In de binnenste lagen bevinden zich helium, koolstof, magnesium, zuurstof en silicium. De kern van de ster bestaat gedeeltelijk uit ijzer. Bij deze sterren kan het aan het eind van de levensloop gebeuren dat de kern in elkaar stort. Dit naar binnen toe ontploffen heet imploderen. Bij de implosie van de kern van een ster komt enorm veel energie vrij. Zoveel energie dat ook de buitenste lagen van de ster ontploffen en de ruimte in worden geslingerd. Zo’n ontploffing wordt een supernova genoemd. Supernovae komen niet veel voor, enkele keren per eeuw in een melkwegstelsel. Er bestaan twee verschillende soorten supernovae. Deze heten Type I en Type II.
* Type I: Dit type supernova ontstaat als een witte dwerg van een dubbelster zoveel materiaal, van de andere ster waarmee hij een dubbelster vormt, naar zich tot trekt dat de witte dwerg door de zwaarte kracht in elkaar stort. Er vindt een reactie plaats tussen koolstof en zuurstof waarbij de witte dwerg explodeert.
* Type II: Dit type supernova ontstaat aan het einde van de levensloop van een grote ster. Aan het einde van de levensloop heeft de ster al zijn brandstof opgebruikt deze bestond uit waterstof en helium. De ster wordt steeds kleiner omdat de nieuwe elementen blijven fuseren. De ster stopt niet met fuseren totdat de ster volledig uit ijzer bestaat. Hierdoor valt de stralingsdruk weg en stort de ster in. De temperatuur loopt hierbij op tot 50 miljard Kelvin en veroorzaakt de fusiereacties die starten. Hierbij ontstaan stoffen die zwaarder zijn dan ijzer en door de kracht van de supernova de ruimte in worden geslingerd.

9. Zwarte gaten

Zwarte gaten zijn voorwerpen in de ruimte die een grote massa hebben vergeleken met een klein volume. Deze voorwerpen zijn zo compact dat er zelfs geen licht uit kan ontsnappen. Zwarte gaten zijn niet zichtbaar met een telescoop, ze worden gevonden door het waarnemen van materiaal dat in een zwart gat valt of erdoor wordt aangetrokken. Door het opraken van nucleaire brandstof in een ster ontstaan zwarte gaten. De ster beëindigt zijn leven met een supernova, wat resteert is een zwart gat. Zwarte gaten verschillen op drie punten na niet veel van elkaar. De punten die kunnen verschillen zijn: de hoeveelheid materiaal die ze bevatten, de snelheid waarmee ze om hun as draaien en de elektrische lading. Op grond van massa kunnen de zwarte gaten in twee groepen worden ingedeeld. De ene groep wordt gevormd door de stellaire zwarte gaten die een paar keer zwaarder zijn dan de zon. De andere groep bestaat uit de superzware zwarte gaten die ongeveer even zwaar zijn als een klein sterrenstelsel. Omdat zwarte gaten alleen voorwerpen met een tegenovergestelde lading opnemen denken wetenschappers dat zwarte gaten uiteindelijk allemaal neutraal zijn. Echter theoretisch kunnen zwarte gaten elektrisch geladen zijn. Voorwerpen die te dicht bij een zwart gat komen kunnen worden opgenomen. Zwarte gaten nemen vooral gas en stof op, hierdoor groeien ze. Zwaardere zwarte gaten kunnen zelfs sterren opnemen als ze in de buurt komen. Zwarte gaten groeien niet alleen door het opnemen van voorwerpen, ze kunnen ook groeien door het botsen en samenvoegen met andere zwarte gaten. Zwarte gaten blijven niet eeuwig bestaan, ze verdampen langzaam en geven daarbij hun energie terug aan het heelal.

10. Pulsars

Het ontstaan van een pulsar begint bij de dood van een grote ster. De energie komt uit de kern van de ster, hier reageren lichte elementen. Het eindproduct van deze reacties is ijzer. De kern van de ster veranderd in een kern van ijzer. Als de ster uiteindelijk implodeert klapt de ijzeren kern in tot een klein ijzeren bolletje. Ook de buitenste lagen van de ster imploderen maar deze komen hierbij de ijzeren kern tegen waardoor de ster explodeert. Doordat de implosie vlakbij de ijzeren kern plaatsvindt wordt deze met een grote snelheid de ruimte ingeschoten. Hierdoor draait het ijzeren bolletje snel om zijn as. Doordat de kern het magnetische veld van de ster heeft overgenomen bezit deze ook twee polen. Dit geheel vormt een neutronenster ook wel pulsar genoemd. Bij deze polen worden elektronen de ruimte in geschoten. Deze elektronen geven signalen af in de vorm van elektromagnetische golven. Deze golven kunnen worden opgevangen met radiotelescopen. Pulsars kunnen namelijk niet worden waargenomen met gewone telescopen.