Helderheid van de ster versus de lichtkracht

Lihtkracht VY Canis Majoris en de Zon
Ofschoon de ster VY Canis Majoris in het sterrenbeeld Grote Hond een veel lagere oppervlaktetemperatuur heeft dan de Zon zorgt de enorme grootte van de ster er voor dat het een ster is met een hele grote lichtkracht. De straal van de ster is 1400 * die van de Zon en de lichtkracht bedraagt 270.000 * de Zon.

Sommige extreem grote en hete sterren produceren energie met de lichtkracht van een miljoen zonnen maar andere sterren zijn helder omdat ze zich dicht bij de Aarde bevinden.

De oude astronomen geloofden dat sterren aan een gigantische kristallen bol waren bevestigd die de Aarde omhuld. In dat scenario bevonden alle sterren zich op dezelfde afstand van de Aarde. De Astronomen in de oudheid geloofden dan de helderheid van een ster alleen afhankelijk was van de ster zelf.

In onze kosmologie bevinden de sterren die we met het blote oog waarnemen zich op erg verschillende afstanden van ons. Dat varieert van enkele lichtjaren tot meer dan 1000 lichtjaar. Telescopen laten ons sterren zien die miljoenen of we miljarden lichtjaren van ons zijn verwijderd.

Als we heden ten dage praten over de helderheid van een ster dan kan dat twee dingen betekenen: de intrinsieke helderheid of de schijnbare helderheid. Als astronomen spreken over de lichtkracht van een ster (ook wel luminositeit genoemd) dan spreken ze over de intrinsieke helderheid van de ster, hoe helder een ster echt is. De schijnbare helderheid van een ster, de helderheid zoals wij de ster vanaf de Aarde kunnen zien is wat anders en is afhankelijk van hoe ver een ster van ons is verwijderd.

Iedere ster die je met het blote oog kan zien is groter en helderder dan onze Zon. De grote meerderheid aan sterren die we ‘s nachts zien met het blote oog zijn miljoen – zelfs honderden miljoenen – keren verder weg dan de Zon. Desalniettemin kunnen deze sterren vanaf de Aarde gezien worden omdat ze honderden of duizenden keren meer licht uitzenden dan ons eigen plaatselijke ster.

Dat wil nu niet zeggen dat onze Zon een lichtgewicht onder de sterren is. In feite heeft onze Zon een lichtkracht die groter is dan 85% van de sterren in ons sterrenstelsel. De meeste van die minder heldere sterren zijn te klein en te zwak om zonder optische hulpmiddelen te kunnen zien.

De lichtkracht van een ster hangt van twee dingen af:

1. De straal van de ster

2. De oppervlaktetemperatuur

De straal van de ster

Laten we aannemen dat een ster dezelfde oppervlaktetemperatuur heeft als onze Zon. In dit scenario heeft de ster met de grotere straal de grootste lichtkracht. In onderstaand voorbeeld stellen we dat de straal van de ster 4 * de straal van de Zon is maar dezelfde oppervlaktetemperatuur als de Zon heeft.

We kunnen de lichtkracht van de ster – ten opzichte van de Zon – brekenen met de volgende formule:

L = R2

L = 42 = 4 * 4 = 16 * de lichtkracht van de Zon

In deze formule:

L = lichtkracht

R = straal

Oppervlaktetemperatuur

Als een ster dezelfde straal heeft als de Zon maar een hogere oppervlaktetemperatuur dan heeft deze hetere ster ook een grotere lichtkracht dan de Zon. De oppervlaktetemperatuur van de Zon is ongeveer 5800 Kelvin. Laten we een ster nemen die even groot is als de Zon maar een oppervlaktetemperatuur die 2* zo groot is: 11600 Kelvin.

Met onderstaande berekening kunnen we de lichtkracht van de ster berekenen t.o.v. de Zon:

L = T4

L = 24 = 2 * 2 * 2 * 2 * 2 = 16 * de lichtkracht van de Zon

In deze formule:

L = Lichtkracht

T = Oppervlaktetemperatuur (en de oppervlaktetemperatuur = 2 * zon)

Lichtkracht van de ster = R2 * T4

De helderheid van een ster is het product van de straal in het kwadraat en de oppervlaktetemperatuur tot de vierde macht. Gaan we uit van een ster met 3 maal de straal van de Zon en een oppervlaktetemperatuur van 2 maal de Zon en we stoppen die getallen in onderstaande vergelijking da zien we dat dat een lichtkracht oplevert van 144 * de lichtkracht van de Zon.

L = R2 x T4

L = (3 * 3) * (2 * 2 * 2 * 2)

L = 9 * 16 = 144 * de lichtkracht van de Zon

In deze formule:

L = lichtkracht

R = Straal van de ster

T = oppervlaktetemperatuur van de ster

Kleur en oppervlaktetemperatuur

Als je in een donkere omgeving bent zal zal het je ongetwijfeld wel eens zijn opgevallen dat de sterren schijnen in verschillende kleuren. Indien niet dan moet je eens een verrekijker gebruiken. De kleuren geven iets aan over de oppervlaktetemperatuur van de ster. De heetste sterren zijn blauw of blauwwit van kleur en de koudste sterren hebben een roodachtige kleur. Onze Zon is geelachtig van kleur en bevindt zich tussen deze twee extremen in. Spica, de helderste ster van het sterrenbeeld maagd – Virgo is een goed voorbeeld van een blauwwitte ster, Altaïr in het sterrenbeeld Aquila – Arend is een witte ster, Capella in het sterrenbeeld Auriga – Voerman is een gele ster, Arcturus in het sterrenbeeld Schorpioen – Scorpius is een oranje ster en Betelgeuze in het sterrenbeeld Orion is een koele superreus.

 

 

Eerste publicatie: 25 augustus 2017