De helderste sterren – lichtkracht & magnitude

Het sterrenbeeld Orion
Orion is in de winter het helderste en mooiste sterrenbeeld dat we kunnen zien. Enkele van de sterren van Orion, waaronder Betelgeuse en Rigel, behoren tot de helderste sterren die we kunnen zien.

Als je ‘s nachts naar de sterren kijkt dan zie je dat de niet allemaal even helder zijn. De helderheid van een ster is afhankelijk van zijn samenstelling en de afstand tot de Aarde.

Astronomen drukken de helderheid van een ster uit in de schijnbare (visuele) magnitude, dit is de helderheid van de ster gezien vanaf de Aarde en de absolute magnitude, de helderheid van een ster als die op een afstand van 10 parsec (32,6 lichtjaar) van de Aarde zou staan. (Een lichtjaar is de afstand die het licht in één jaar aflegt en die ongeveer gelijk aan 10 biljoen kilometer. Astronomen meten ook de lichtkracht van een ster, dit is de hoeveelheid energie (licht) die een ster uitstraalt vanaf zijn oppervlak.

Het meten van de helderheid van sterren gebeurde al in de oudheid maar tegenwoordig hebben astronomen wel veel beter gereedschap tot hun beschikking om die helderheid te berekenen.

Meer dan 2000 jaar geleden was het de Griekse astronoom Hipparchus die als eerste de sterren naar hun helderheid in een catalogus stopte. Hij leek naar de sterren aan de hemel en classificeerde hen op hun helderheid. De helderste sterren waren van magnitude 1, die daar op volgden waren van magnitude 2 en zo telde hij verder tot magnitude 6, de zwakste sterren die hij met het blote oog kon zien.

Het menselijk oog is echter niet heel erg onderscheidend. Grote verschillen in helderheid lijken in werkelijkheid op deze schaal veel kleiner. Lichtgevoelige CCD’s in digitale camera’s meten het licht dat van sterren afkomt en kunnen een veel betere definitie van de helderheid van een ster opleveren.

Uitgaande van de schaal van Hipparchus onderscheiden astronomen nu vijf verschillende magnitudes die voor een helderheidsverschil van een factor 100 zorgen. Wega werd voor deze schaal als referentiester gebruikt en kreeg magnitude 0. Meer precieze metingen met instrumenten hebben dit ondertussen bijgesteld op 0,3.

Orion is in de winter het helderste en mooiste sterrenbeeld dat we kunnen zien. Enkele van de sterren van Orion, waaronder Betelgeuse en Rigel, behoren tot de helderste sterren die we kunnen zien.

Schijnbare magnitude versus absolute magnitude

Als we de Aarde als referentiepunt nemen dan is deze magnitudeschaal niet bruikbaar om de ware verschillen in helderheid tussen de sterren weer te geven. De schijnbare magnitude oftewel de schijnbare helderheid is afhankelijk van de positie van de waarnemer. Verschillende waarnemers zullen een verschillende meting doen die afhankelijk is van hun locatie en hun afstand tot de ster. Sterren die zich dichter bij de Aarde bevinden maar zwakker zijn kunnen helderder lijken dan verre maar meer heldere sterren

Voor astronomen is de ware helderheid – waarin de afstand tot de ster geen rol meer speelt – het meest interessant. Het was daarom belangrijk om een eenduidige afspraak te maken zodat twee sterren op dezelfde manier met elkaar vergeleken kunnen worden zonder dat helderheidsverschillen worden beïnvloed door verschillende afstanden. De oplossing was het implementeren van een absolute magnitudeschaal die als referentie dient tussen de sterren. Om dit te bewerkstelligen berekenen astronomen de helderheid van sterren alsof ze zich op een afstand van 32,6 lichtjaar (10 parsec) van de Aarde bevinden.

Een andere manier om de helderheid te bepalen is de lichtkracht, de hoeveelheid energie (licht) die de ster uitzendt vanaf zijn oppervlak. De lichtkracht wordt gewoonlijk uitgedrukt in watt en gemeten in termen van lichtkracht van de Zon. De lichtkracht van de Zon bedraagt 400 biljoen * biljoen Watt. Een van de meest nabije sterren, Alpha Centauri A heeft een lichtkracht van 1,3 * de Zon.

Om de lichtkracht te berekenen uitgaande van de absolute magnitude moeten we weten dat een verschil van vijf op de schaal van de absolute magnitude gelijk is aan een factor 100 op de schaal van de lichtkracht. Bijvoorbeeld: een ster met een absolute helderheid van magnitude 1 is 100 * zo helder als een ster met een absolute helderheid van magnitude 6.

Beperkingen van de absolute magnitude

De absolute magnitudeschaal is het beste wat astronomen hebben om de helderheid van sterren met elkaar te vergelijken maar er deze methodiek kent wel enkele belangrijke beperkingen en die hebben te maken met de instrumenten die worden gebruikt om de helderheid te bepalen.

Ten eerste zullen astronomen moeten afspreken welke golflengte ze gebruiken om de hoeveelheid uitgezonden energie te meten. Sterren kunnen straling uitzenden die varieert van hoog energetische röntgenstraling tot laag energetische infrarode straling. Afhankelijk van het type ster kunnen ze helder zijn op sommige golflengtes en wat minder helder op weer andere golflengtes.

Om hier rekening mee te houden moeten astronomen aangeven welke golflengte ze gebruiken om de absolute helderheid van een ster te bepalen.

Een andere belangrijke beperkende factor is de gevoeligheid van het instrument dat gebruikt wordt voor de meting. In het algemeen zijn computers en telescoopspiegels steeds geavanceerder geworden en dus zullen recentere metingen veel nauwkeuriger zijn dan metingen die lang geleden zijn uitgevoerd.

Paradoxaal genoeg zijn de helderste sterren het minste door astronomen bestudeerd maar er is is wel recent een inspanning uitgevoerd om de lichtkracht van deze heldere sterren te catalogiseren. Een groep satellieten met de naam BRITE (BRight Target Explorer) zal de variabiliteit in helderheid tussen sterren gaan meten. Deelnemers aan die uit zes satellieten bestaande project zijn onder andere Oostenrijk, Canada en Polen. De eerste twee satellieten werden in 2013 gelanceerd.

Veranderlijke sterren

Veel sterren hebben een constante helderheid maar er zijn meer dan 100.000 sterren als veranderlijk gecatalogiseerd. Zelfs onze Zon is veranderlijk, de energie uitstoot varieert gedurende de 11-jarige cyclus met 0,1% oftewel 1/1000-ste magnitude. Veranderlijke sterren kunnen intrinsiek veranderlijk zijn, dat wil zeggen dat hun helderheid varieert als gevolg van bijvoorbeeld expansie, samentrekken, pulsatie of erupties, of extrinsiek en dat houdt in dat de helderheid varieert als gevolg van bijvoorbeeld planeten die voorlangs de ster trekken en daardoor het licht blokkeren of als gevolg van veranderingen in de rotatie van de ster.

De lichtkracht van een ster kan in de loop van de tijd veranderen. Onze Poolster bijvoorbeeld was in de oudheid 4,6 * zo helder als tegenwoordig. Een studie uit 2014 toonde aan dat de ster de laatste tientallen jaren zwakker was geworden maar daarna weer drastisch in helderheid is toegenomen. Polaris is een Cepheide-veranderlijke ster, dit zijn extreem heldere sterren met korte pulsatieperiodes. Deze veranderingen in helderheid maken het voor astronomen mogelijk om te berekenen hoe ver weg deze Cepheïden van ons zijn verwijderd en daardoor kunnen ze als een soort van meetlat gebruikt worden als deze sterren zich in sterrenhopen en andere sterrenstelsels bevinden.

Andere typen van veranderlijke sterren zijn o.a. de cataclysmisch veranderlijken, dit zijn sterren die als gevolg van uitbarstingen helderder worden of eruptieve veranderlijke sterren die als gevolg van erupties aan hun oppervlak helderder worden. Extrinsiek veranderlijke sterren zijn o.a. eclipserende dubbelsterren en roterende sterren (zoals pulsars, de kernen van supernovae waarvan de elektromagnetische straling alleen zichtbaar is als de straal naar de Aarde is gericht).

De 26 helderste sterren gezien vanaf de Aarde

Eigen naamSterrenbeeldSchijnbare helderheid *variabelAbsolute helderheidAfstand tot de Aarde (lichtjaar)
Zonn/a-26.724.2150 miljoen kilometer
SiriusCanis Major-1.461.48.6
CanopusCarina-0.72-2.574
Rigel Kentaurus (alpha Centauri)Centaurus-0.274.44.3
ArcturusBoötes-0.040.234
WegaLyra0.030.625
CapellaAuriga0.080.441
RigelOrion0.12-8.11.400
ProcyonCanis Minor0.382.611.4
AchernarEridanus0.46-1.369
BetelgeuseOrion0.50*-7.21.400
HadarCentaurus0.61*-4.4320
AcruxCrux0.76-4.6510
AltairAquila0.772.316
AldebaranTaurus0.85*-0.360
AntaresScorpius0.96*-5.2520
SpicaVirgo0.98*-3.2220
PolluxGemini1.140.740
FomalhautPiscis Austrinus1.162.022
Becrux (alpha Crucis)Crux1.25*-4.7460
DenebCygnus1.25-7.21.500
RegulusLeo1.35-0.369
AdharaCanis Major1.50-4.8570
Gacrux (gamma Crucis)Crux1.63*-1.2120
ShaulaScorpius1.63*-1.2330
Bron: Chris Dolan, Universiteit van Wisconsin – Madison Department of Astronomy.

 

Eerste publicatie: 25 november 2017