Wat is een ster?

De Zon gefotografeerd door het Solar Dynamics Observatory
Opname van de Zon, gemaakt door het Solar Dynamics Observatory van de NASA. Credit: NASA

Het is niet moeilijk om te zeggen wat een ster is. Het is een van die heldere puntjes die ’s nachts aan de hemel twinkelen. Buiten dat is de echte definitie van een ster even kleurrijk als de sterren zelf zijn.

De geboorte van een ster

Astronomen definiëren een ster als zijnde een object dat voldoende massa heeft om in zijn kern, als gevolg van de druk door de zwaartekracht van het object zelf, elementen te fuseren.

Het kleinste object dat we momenteel kennen dat in staat is tot kernfusie heeft een massa van ongeveer 0.10 zonsmassa. In de verre toekomst, met de toenemende hoeveelheid van steeds zwaardere elementen die ontstaan en de interstellaire ruimte vervuilen zal kernfusie ook al mogelijk zijn in objecten met een nog kleinere massa. Maar dat is iets waar wij ons nog geen zorgen ver hoeven te maken.

De kleinste sterren worden rode dwergen genoemd; het zijn rode kleine sterren. Ze verbranden op een laag pitje waterstof in hun kern en ze stralen voornamelijk in het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum hun licht uit. Dit zorgt ook voor de doffe rode kleur die ze hebben. Dit type sterren komt in ons sterrenstelsel het meest voor maar omdat ze zo klein en lichtzwak zijn kunnen we zelfs onze meest nabije buur, de rode dwerg Proxima Centauri, absoluut niet met het blote oog zien.

De volgende categorie sterren zijn de sterren zoals onze Zon. Gemiddelde massa, gemiddelde helderheid en een gemiddelde levensduur. Ze zenden in het zichtbare deel van het elektromagnetische spectrum hun straling uit. Dit zorgt ervoor dat ze een witte kleur hebben (ja, ook onze Zon is wit maar omdat onze blauwe atmosfeer het licht filtert lijkt ze een beetje geel).

De categorie voorbij onze Zon zijn de reuzensterren, ze zijn net zo zeldzaam als ze groot zijn maar omdat ze zo enorm helder zijn kunnen we ze gemakkelijk zien. Zo zien we bijvoorbeeld de spiraalarmen van sterrenstelsels niet alleen omdat ze veel meer sterren bevatten dan de ruimte er tussenin maar vooral ook omdat de als lampjes in een kerstboom oplichten door deze zeer heldere sterren.

Bijna iedere ster die je met het blote oog aan de nachtelijke sterrenhemel kan zien is veel groter dan onze Zon. Het grootste deel van hun leven hebben deze sterren een blauwe kleur. Dat komt doordat ze zoveel energie uitstralen dat die straling voornamelijk zichtbaar is in het ultraviolette deel van het spectrum en een beetje van die straling is zichtbaar aan het blauwe uiteinde van ons zichtbare licht spectrum.

De hoofdreeks

Naast de kleine rode sterren, de gemiddelde witte sterren en de grote blauwe sterren zijn er natuurlijk nog allemaal sterren hiertussen en ook enkele vreemde sterren die zowel erg groot als rood zijn. Ongeveer honderd jaar geleden, toen astronomen voor het eerst sterren begonnen te catalogiseren, was die classificatie een rommeltje met schijnbaar geen verband tussen de kleur van een ster en zijn helderheid en grootte.

Duidelijkheid kwam er met wat we tegenwoordig het Hertzsprung-Russell diagram noemen. Dit diagram is de ruggengraat van onze kennis hoe sterren door het leven gaan. Het Hertzsprung-Russell diagram is een weergave van de temperatuur van een ster (die we uit de kleur kunnen afleiden) uitgezet tegen de helderheid van de ster.

Als je een heleboel sterren neemt en hun temperatuur uitzet tegen hun helderheid, met een punt in het diagram voor iedere ster dan krijg je een verrassend beeld. Dan zie je namelijk dat sterren niet alle soorten kleuren en helderheidscombinaties hebben. In plaats daarvan krijg je een streep die diagonaal loopt waar zich het overgrote deel van de sterren op bevindt. Deze streep gaat van zwakke rode sterren aan het ene einde naar de heldere blauwe sterren aan het andere eind van de streep.

Die streep is nu bekend als de hoofdreeks. Sterren die waterstof in hun kern verbranden (de belangrijkste brandstof voor het grootste deel van het leven van een ster) vinden zich allemaal ergens op deze streep. Als sterren ouder worden dan verschuiven ze op de hoofdreeks naar boven toe. Deze sterren worden in de loop van de tijd steeds helderder en blauwer van kleur.

Hoelang sterren op de hoofdreeks blijven terwijl ze waterstof in hun kern verbranden is afhankelijk van hoeveel massa ze hebben. Een rode dwerg met een lage massa kan biljoenen jaren op de hoofdreeks blijven terwijl een reuzenster veel groter dan de Zon op zijn best enkele miljoenen jaren op de hoofdreeks blijft.

Als er eenmaal een einde komt aan de waterstoffusie in de kern van de ster dan beweegt die weg van de hoofdreeks en evolueren sterren in verschillende richtingen. Grote sterren worden rode reuzen die hun eigen plek hebben gekregen in het Hertzsprung-Russell diagram. Andere sterren kunnen op en neer zigzaggen tussen een rode en een blauwe kleur in de tijden dat er allerlei zware elementen proberen te fuseren in hun binnenste.

Positie van de Zon in het HR-diagram
Dit diagram toont de hoofdreeks van sterren. Het is opgesteld door de astronomen Hertzsprung en Russell en wordt daarom wel het HR-diagram genoemd

Kleurcoderingen

Gewapend met het Hertzsprung-Russel diagram kunnen we de ware definitie van een ster zien: het is een object dat zich op de hoofdreeks van dat diagram bevindt. Het is een object dat waterstof fuseert en geleidelijk evolueert langs de smalle lijn die zijn helderheid verbindt met zijn temperatuur. Dingen die buiten die lijn bestaan zijn of reuzensterren die zwaardere elementen proberen te fuseren in een laatste, wanhopige poging om de kernfusie in hun kern op gang te houden of dode en afkoelende restanten van sterren zoals witte dwergen en neutronensterren.

Dit Hertzsprung-Russell diagram is de held van de waarnemende astronomie. Met dit diagram kunnen astronomen een ster bekijken, de helderheid en temperatuur meten en met die informatie precies weten in welke fase van zijn levenscyclus die ster is. Dit stelt hun in staat om de evolutie en de toekomst van de ster te voorspellen. De natuur biedt ons maar zelden dergelijke rechttoe rechtaan inzichten maar sterren zijn dan wel hele speciale gevallen in het heelal.

De overgrote meerderheid van de materie in het heelal vinden we terug in allerlei nevels. Sterren zijn een speciaal en uniek ras. Het zijn tijdelijke objecten die worden aangedreven door kernfusie. Dit feit maakt ze gek genoeg heel voorspelbaar en te begrijpen.

Eerste publicatie: 12 februari 2021
Bron: space.com