19 augustus 2017

Hoe worden sterren geboren?

We danken ons gehele bestaan aan de zon. Sterker nog: we danken ons bestaan aan alle sterren die overleden zijn voordat de zon werd geboren, aangezien zij de zware elementen gedoneerd hebben die noodzakelijk zijn voor het leven. Maar hoe ontstaan sterren eigenlijk?

Sterren ontstaan vanuit enorme, koude moleculaire wolken, die vooral bestaan uit waterstof en helium. Deze wolken kunnen honderden lichtjaren groot zijn en kunnen het ruwe materiaal bevatten voor duizenden tot miljoenen sterren zo groot als de zon. Naast waterstof en helium bevatten deze wolken zware elementen, die ontstaan zijn in sterren die lang geleden zijn geboren en gestorven. Moleculaire wolken zijn in balans tussen de inwaartse druk van de zwaartekracht en de uitwaartse druk van de moleculen. Uiteindelijk zal deze balans verstoord raken door externe factoren, zoals drukgolven. Hierdoor zal de wolk gaan instorten.

Deze drukgolf kan het resultaat zijn van een nabije supernova-explosie, de botsing met een andere gaswolk of een getijdengolf als gevolg van de passage van een spiraalarm. Naarmate de wolk gaat instorten, zal deze gaan opbreken in kleinere klonters, totdat er “knopen” zijn overgebleven met ruwweg de massa van een ster. Naarmate deze knopen langzaam steeds heter worden, zal de aanvoer van aanvullend materiaal geremd worden.

In het centrum van deze klonters zal de druk en de temperatuur van het materiaal steeds hoger worden. Zodra de uitwaartse gasdruk in belans raakt met de inwaartse zwaartekracht, zal een protoster gevormd worden. Wat nu gebeurd is afhankelijk van de hoeveelheid materiaal dat aanwezig is.

star forming nebula

Sommige objecten verzamelen simpelweg onvoldoende massa om tot waterstoffusie te komen. Dit soort objecten ontwikkelen zich tot bruine dwergen, substellaire objecten die doen denken aan hele zware Jupiters. Hoewel deze objecten na hun geboorte behoorlijk heet zijn, koelen ze langzaam af. Na een paar miljard jaar zijn ze vrijwel onzichtbaar.

Als de protoster voldoende materiaal bevat, dan zal na verloop van tijd deuteriumfusie van start gaan – een zware variant van waterstof. Hierdoor wordt de instorting afgeremd en wordt de ster voorbereid om de hoofdreeks te bereiken. Bedenk wel dat zware bruine dwergen ook (heel eventjes) aan deuteriumfusie kunnen doen! Alleen zware protosterren zijn echter in staat om aan de volgende fase te beginnen: de fusie van waterstof. Zodra deze fase begonnen is, heeft de ster de zogenaamde hoofdreeks bereikt. Onze zon zit momenteel nog altijd in deze fase.

Als de ster de massa van de zon bevat, dan wordt waterstof via de zogenaamde proton-protonketting omgezet in helium. Als de ster minimaal 1,3 zonnemassa’s bevat, dan wordt waterstof via de koolstof-stikstof-zuurstofcyclus omgezet in helium. Hoe lang een ster in de hoofdreeks zal blijven (oftewel, hoe lang het aan waterstoffusie zal doen) is geheel afhankelijk van diens massa. Hoe zwaarder een ster, hoe sneller z’n energieproductie.

Kleine rode dwergsterren kunnen honderden miljarden jaren aan waterstoffusie blijven doen, terwijl zware superreuzen de hoofdreeks na een paar miljoen jaar alweer verlaten, om niet veel later te exploderen. Het is bij deze explosies dat de zware elementen die gesmeed zijn in het hellevuur van de sterkern gedoneerd worden aan het universum. Maar hoe ontploffen die sterren dan? Dat is weer een andere blog 😉

main sequence

Sterren worden ingedeeld op temperatuur en helderheid. Door deze in een grafiek te zetten, krijg je het zogenaamde Hertzsprung-Russell diagram. De hoofdreeks vormt een lint van de koele rode dwergen (rechtsonder) tot de hete O- en B-sterren (linksboven). Reuzen en superreuzen vormen groepjes rechtsboven de hoofdreeks. In dit soort sterren vind geen waterstoffusie in de kern meer plaats. Witte dwergen vormen een groepje linksonder – hierin vind helemaal geen fusie meer plaats.

Onze vrienden van Universe Today hebben vele artikelen geschreven over stervorming. Hier kun je een artikel lezen over de geboorte van sterren in de Grote Magelhaanse Wolk en hier eentje over stervorming in NGC 3576. Ook heeft Universe Today een aantal podcasts geweid aan dit onderwerp, waaronder Where Do Baby Stars Come From en Where Do Stars Go When they Die?

Wil je meer informatie over sterren? Bekijk dan Hubblesite’s Newsberichten over sterren, en meer informatie van NASA’s Imagine the Universe.

Over de het hoofdreeksstadium van sterren heeft ondergetekende ooit een uitgebreid artikel geschreven. Dit gaat dus over de processen die plaatsvinden nadat de ster de hoofdreeks bereikt heeft. Het artikel is qua zonachtige sterren helemaal af, inclusief alle processen die plaatsvinden nadat de ster de hoofdreeks verlaten heeft – de dood van sterren dus. Qua massieve sterren is het

Reacties

  1. WikkieWokkie zegt:

    Is er eigenlijk een idee wat er op “onze plek” van het universum aanwezig was voordat de zon gevormd werd?

    Met het gegeven dat 60% (van wat ik me herinner) van onze planeet uit ijzer bestaat?
    IJzer is toch een element is wat pas gevormd wordt wanneer een supernova plaatsvind van een ster die minstens 8 tot 10x zwaarder is dan onze zon… Of is al het ijzer van onze planeet “aankomen waaien” bij de gaswolk die ons sterrenstelsel heeft gevormd?

    • Olaf van KootenOlaf van Kooten zegt:

      De gaswolk waaruit onze zon ontstond was dusdanig rijk aan zware elementen, dat niet 1 enkele supernova hiervoor verantwoordelijk kan zijn geweest. Een groot deel is dus aan komen waaien. Echter, uit het isotopisch gehalte van bepaalde elementen in planetoiden blijkt dat tijdens het ontstaan van de zon wel een supernova moet zijn afgegaan!

    • Olaf van KootenOlaf van Kooten zegt:

      Zie: http://en.wikipedia.org/wiki/Near-Earth_supernova

      En: “It is composed mostly of iron (32.1%), oxygen (30.1%), silicon (15.1%), magnesium (13.9%), sulfur (2.9%), nickel (1.8%), calcium (1.5%), and aluminium (1.4%); “

  2. Over die stervorming: ik blijf het filmpje + de begeleidende muziek in deze Astroblog fascinerend vinden, waarin de evolutie van een ster als de zon wordt geschetst, een evolutie van twaalf miljard jaar geperst in een filmpje van zes minuten.

Laat wat van je horen

*