Waar zijn sterren van gemaakt?
We zijn allemaal gemaakt van sterrenstof – een vaak geciteerde uitdrukking die verwijst naar het feit dat bijna alle elementen in het menselijk lichaam in een ster zijn gesmeed. Maar waar zijn sterren zelf van gemaakt?
In feite zijn sterren gemaakt van dezelfde chemische elementen als de planeet Aarde, zij het lang niet in dezelfde verhoudingen. De overgrote meerderheid van de sterren bestaat bijna geheel uit waterstof (ongeveer 90%) en helium (ongeveer 10%) – elementen die op onze planeet betrekkelijk zeldzaam zijn, en de lichtste van het periodiek systeem – terwijl alle andere elementen slechts 0,1% uitmaken.
Bij de andere elementen overheerst meestal zuurstof, gevolgd door koolstof, neon en stikstof, en ijzer is het meest voorkomende metaalelement. Toch is er slechts één zuurstofatoom in de zon voor elke 1200 waterstofatomen en slechts één ijzeratoom voor elke 32 zuurstofatomen.
Het is logisch dat waterstof het dominante element van de zon en andere sterren is. Om miljarden jaren helder te kunnen branden, zetten sterren waterstof om in helium via een voortdurende kernreactie, vergelijkbaar met een waterstofbom. De zon verkeert dus in zekere zin in een staat van voortdurende kernexplosie, en lijkt alleen maar een solide bol omdat hij bijeen wordt gehouden door zijn eigen enorme zwaartekracht.
En zoals we nog zullen zien, kunnen de samenstelling en chemische samenstelling van sterren aanzienlijk variëren, afhankelijk van hun staat van veroudering of van waar ze zich in het melkwegstelsel bevinden.
Ook andere elementen dan waterstof of helium kunnen door sterren worden gesmeed, maar alleen tegen het eind van hun levenscyclus. In een ster als de zon zijn de zwaardere elementen meestal afkomstig van sterren die daarvoor bestonden. Sommige sterren sterven met een knal en produceren een supernova – een krachtige en lichtgevende explosie – tijdens hun laatste evolutiestadia, waarbij zware elementen de ruimte in worden geslingerd. Zo kunnen nieuwe sterren dit materiaal opnemen. Door de wetten van de natuurkunde recycleert het heelal alles.
Niet alle sterren schitteren hetzelfde, en ze zijn ook niet van hetzelfde materiaal gemaakt
Alle sterren zijn op hun eigen manier verbazingwekkend, maar sommige schitteren helderder dan andere. Hete sterren zijn wit of blauw als je ze vanaf de aarde bekijkt, terwijl koelere sterren oranje of rood kleuren. Astronomen zetten de lichtkracht en de temperatuur van een ster uit in een grafiek die het Hertzsprung-Russell-diagram wordt genoemd, dat handig is om sterren in te delen.
Hoewel er veel soorten sterren zijn, zijn de meest voorkomende de hoofdreekssterren – ongeveer 90% van alle bekende sterren, inclusief de zon, behoort tot deze klasse.
Onder hoofdreekssterren bevinden zich witte dwergen, het overblijfsel van de stellaire kern nadat een ster al zijn brandstof heeft verbruikt. Deze oude sterren zijn ongelooflijk dicht. Een theelepel van hun materie zou op aarde net zoveel wegen als een olifant.
Zulke dichtheden zijn mogelijk omdat de materie van een witte dwerg niet bestaat uit atomen die met chemische bindingen aan elkaar zijn verbonden, maar uit een plasma van ongebonden kernen en elektronen. Daarom kunnen kernen dichter bij elkaar worden geplaatst dan normaal is toegestaan door elektronenbanen in normale materie.
Omdat witte dwergen de overgebleven kernen van normale sterren zijn, bestaan zij voornamelijk uit de “afvalprodukten” van de kernfusiereacties die zij vroeger onderhielden. Deze “afvalproducten” zijn voornamelijk koolstof en zuurstof, met sporen van andere elementen. Maar dat wil niet zeggen dat er geen helium en waterstof over is. Het buitenste deel van een witte dwerg bevat deze twee elementen. En door de enorme zwaartekracht die met deze dichte sterren gepaard gaat, zijn deze elementen gelaagd, waarbij de zwaarste elementen zich op de diepste diepten in de ster bevinden.
Ter dan hoofdreekssterren staan ‘reuzen’ en ‘superreuzen’. Voordat sterren het eind van hun evolutie bereiken – wanneer ze in dwergen veranderen of in supernovae exploderen – condenseren ze en verdichten ze zich, waarbij ze verder opwarmen wanneer de laatste waterstof wordt verbrand. Hierdoor zetten de buitenste lagen van de ster naar buiten uit. In dit stadium wordt de ster een grote rode reus.
Volgens een oude studie, gepubliceerd in de uitgave van 1985 van het Astrophysical Journal, bestaan rode reuzen hoofdzakelijk uit helium en waterstof, samen met koolstof, zuurstof, stikstof, en ijzer. Astrofysici registreerden ook de aanwezigheid van zware s-proceselementen zoals strontium, yttrium, zirkonium, barium en neodymium.
Superreuzen behoren tot de meest massieve en lichtgevende sterren in het heelal. Sterren die tien keer zo groot zijn als de zon (of groter), worden superreuzen als hun brandstof opraakt. Qua samenstelling lijken ze op rode reuzen, behalve dat ze, je raadt het al, veel groter zijn.
De zon zal naar verwachting in een rode reus veranderen als zijn brandstof op is. Gelukkig zal dat pas over vijf miljard jaar gebeuren.