14 december 2017

Hoe klein kunnen sterren zijn?

kleinste sterren grens bruine dwerg

Sterren komen in een enorme verscheidenheid aan groottes. Sommige zijn honderden keren groter dan de zon, terwijl andere veel kleiner zijn. Maar hoe klein kan een ster eigenlijk worden? Deze vraag is nooit met zekerheid beantwoord. We weten wel dat objecten onder een bepaalde massa (ongeveer 80 keer die van Jupiter) niet in staat zijn om waterstof te fuseren tot helium: deze objecten worden bruine dwergen of substerren1 genoemd.

Sterren voldoen het grootste deel van hun leven aan een relatie die de hoofdreeks wordt genoemd2 – hierbij is er een relatie tussen de helderheid en de diameter. Als je nieuw materiaal toevoegt aan een ster, dan zal de diameter toenemen – ongeveer zoals een ballon, maar dan met waterstof in plaats van lucht. Bruine dwergen worden echter door andere natuurwetten beschreven, namelijk degeneratieve elektronendruk (hetzelfde fenomeen dat witte dwergen verhindert om verder te imploderen)3. Dat betekent dat bruine dwergen zich precies het tegenovergestelde gedragen: bij een toename in massa neemt de diameter juist af.

Om sterren te kunnen onderscheiden van bruine dwergen, hebben wetenschappers verschillende objecten waargenomen die dicht tegen de grens tussen de twee objecten aanliggen. Vervolgens heeft men de afstand tot ieder object bepaald. Aan de hand daarvan kan de temperatuur en diameter uitgerekend worden, aangezien deze aan precieze onderlinge relaties voldoen. Zo heeft men een lijst kunnen maken met kleinste objecten. Het blijkt dat de diameter afneemt naarmate de temperatuur afneemt, totdat een temperatuur van 2100 Kelvin (1830 graden C) bereikt is. Vervolgens zien we een temperatuursgat zonder objecten en dan begint de diameter te stijgen naarmate de temperatuur daalt, zoals je mag verwachten van bruine dwergen.

We weten nu precies hoe de kleinste mogelijke ster eruit ziet: deze heeft een temperatuur van 2100 K, een straal van 8,7 procent dat van de zon en een helderheid van 1/8000ste dat van de zon en we kunnen met zekerheid zeggen “hier stopt de hoofdreeks”. De onderzoekers hebben zelfs een ster gevonden die hier precies aan voldoet en dus het prototype kleinste ster is: 2MASS J0513-1403.

Bron: National Optical Astronomy Observatory

Noten
  1. een nieuw , en in mijn ogen beter, begrip, aangezien bruine dwergen helemaal niet bruin zijn, maar eerder magenta tot oranje []
  2. zie dit artikel, en deze []
  3. typisch zo’n begrip dat je jarenlang niet hoort en nu ineens twee keer per week – overigens worden niet alleen bruine en witte dwergen overeind gehouden door degeneratieve elektronendruk, maar ook gasplaneten: het metallische waterstof diep in het inwendige van Jupiter is een vorm van elektronen-degeneratieve materie []

Laat wat van je horen

*