Wat is een ster en hoe werkt deze?

De sterren hebben altijd mensen geïntrigeerd, waarschijnlijk vanaf het moment dat onze vroegste voorouder naar buiten stapte en naar de nachtelijke hemel keek. We gaan nog steeds 's nachts uit, wanneer we kunnen, en kijken op en vragen ons af over die twinkelende objecten. Wetenschappelijk vormen ze de basis van de astronomie, de studie van sterren (en hun sterrenstelsels). Sterren spelen een prominente rol in sciencefictionfilms en tv-shows en videogames als achtergrond voor avonturenverhalen. Dus, wat zijn deze fonkelende lichtpunten die lijken te zijn gerangschikt in patronen langs de nachtelijke hemel?

Er zijn duizenden sterren vanaf de aarde voor ons zichtbaar, vooral als we onze waarneming doen in een echt donkere luchtkijkruimte). Alleen al in de Melkweg zijn er echter honderden miljoenen, niet allemaal zichtbaar voor mensen op aarde. De Melkweg is niet alleen de thuisbasis van al die sterren, het bevat ook "stellaire kraamkamers" waar pasgeboren sterren worden uitgebroed in wolken van gas en stof.

Alle sterren zijn heel, heel ver weg, behalve de zon. De rest bevindt zich buiten ons zonnestelsel. De dichtst bij ons heet Proxima Centauri, en het ligt 4.2 lichtjaren weg.

De meeste sterrenkijkers die al een tijdje hebben waargenomen, beginnen op te merken dat sommige sterren helderder zijn dan andere. Velen lijken ook een vage kleur te hebben. Sommige zien er blauw uit, andere wit en weer andere vage gele of roodachtige tinten. Er zijn veel verschillende soorten sterren in het universum.

We zonnebaden in het licht van een ster - de zon. Het verschilt van de planeten, die erg klein zijn in vergelijking met de zon, en zijn meestal gemaakt van gesteente (zoals de aarde en Mars) of koele gassen (zoals Jupiter en Saturnus). Door te begrijpen hoe de zon werkt, kunnen astronomen een dieper inzicht krijgen in hoe alle sterren werken. Omgekeerd, als ze hun hele leven vele andere sterren bestuderen, is het ook mogelijk om de toekomst van onze eigen ster te achterhalen.

Net als alle andere sterren in het universum is de zon een enorme, heldere bol van heet, gloeiend gas dat door zijn eigen zwaartekracht bij elkaar wordt gehouden. Het leeft samen met ongeveer 400 miljard andere sterren in de Melkweg. Ze werken allemaal volgens hetzelfde basisprincipe: ze smelten atomen in hun kernen om warmte en licht te maken. Zo werkt een ster.

Voor de zon betekent dit dat waterstofatomen onder hoge hitte en druk tegen elkaar worden geslagen. Het resultaat is een heliumatoom. Bij dat fusieproces komt warmte en licht vrij. Dit proces wordt "stellaire nucleosynthese" genoemd en is de bron van veel van de elementen in het universum die zwaarder zijn dan waterstof en helium. Dus van sterren als de zon zal het toekomstige universum elementen als koolstof krijgen, die het zal maken naarmate het ouder wordt. Zeer "zware" elementen, zoals goud of ijzer, worden gemaakt in zwaardere sterren als ze afsterven, of zelfs de catastrofale botsingen van neutronensterren.

Hoe doet een ster deze "stellaire nucleosynthese" en blaast hij zichzelf daarbij niet uit elkaar? Het antwoord: hydrostatisch evenwicht. Dat betekent dat de zwaartekracht van de sterrenmassa (die de gassen naar binnen trekt) in evenwicht wordt gehouden door de buitenwaartse druk van de hitte en het licht - de straling druk - gecreëerd door de kernfusie die plaatsvindt in de kern.

Deze fusie is een natuurlijk proces en kost enorm veel energie om voldoende fusiereacties op gang te brengen om de zwaartekracht in een ster in evenwicht te brengen. De kern van een ster moet temperaturen van meer dan ongeveer 10 miljoen Kelvin bereiken om waterstof te laten smelten. Onze zon heeft bijvoorbeeld een kerntemperatuur van ongeveer 15 miljoen Kelvin.

Een ster die waterstof verbruikt om helium te vormen, wordt een "hoofdreeks" -ster genoemd zolang het een met waterstof versmeltend object is. Wanneer het al zijn brandstof opgebruikt, trekt de kern samen omdat de uitgaande stralingsdruk niet langer voldoende is om de zwaartekracht in evenwicht te houden. De kerntemperatuur stijgt (omdat het wordt gecomprimeerd) en dat geeft het genoeg "oomph" om heliumatomen te laten samensmelten tot koolstof. Op dat moment wordt de ster een rode reus. Later, als de brandstof en energie opraken, trekt de ster zichzelf in en wordt een witte dwerg.

De volgende fase in de evolutie van de ster hangt af van zijn massa, want dat dicteert hoe het zal eindigen. Een ster met een lage massa, zoals onze zon, heeft een ander lot van sterren met een hogere massa. Het zal de buitenste lagen wegblazen, het creëren van een planetaire nevel met een witte dwerg in het midden. Astronomen hebben veel andere sterren bestudeerd die dit proces hebben ondergaan, waardoor ze meer inzicht krijgen in hoe de zon over een paar miljard jaar haar leven zal beëindigen.

Hoge massa sterren verschillen echter op veel manieren van de zon. Ze leven een kort leven en laten prachtige overblijfselen achter. Wanneer ze als supernovae zullen exploderen, schieten ze hun elementen de ruimte in. Het beste voorbeeld van een supernova is de Krabnevel in Stier. De kern van de originele ster blijft achter terwijl de rest van het materiaal de ruimte in wordt gestraald. Uiteindelijk zou de kern kunnen samendrukken om een ​​neutronenster of een zwart gat te worden.

Sterren bestaan ​​in miljarden sterrenstelsels in het hele universum. Ze zijn een belangrijk onderdeel van de evolutie van de kosmos. Het waren de eerste objecten die meer dan 13 miljard jaar geleden werden gevormd en ze omvatten de vroegste sterrenstelsels. Toen ze stierven, veranderden ze de vroege kosmos. Dat komt omdat al die elementen die ze in hun kernen vormen, weer de ruimte in gaan als sterren afsterven. En die elementen combineren uiteindelijk om nieuwe sterren, planeten en zelfs leven te vormen! Daarom zeggen astronomen vaak dat we gemaakt zijn van "sterrenstof".

Bewerkt door Carolyn Collins Petersen.