starbirth

• Mei 1, 2024

Mensen dachten ooit dat sterren eeuwig waren. Maar we weten nu dat ze levenscycli van geboorte en dood hebben. Hier is het verhaal van hoe een zonachtige ster wordt geboren.

Begin met een gigantische moleculaire wolk
Hoewel we de zon kunnen beschouwen als een gigantische bal van vlammend gas, is het centrum veel dichter dan staal. Toch worden er sterren gemaakt nevels zo ijzig dat er gemiddeld slechts 100 deeltjes in een kubieke centimeter zitten - een kubieke centimeter van de lucht die we inademen heeft ongeveer 100 quadriljoen keer zoveel.

Het lijkt ongelooflijk dat zoiets wezenlijks als een ster is gemaakt van iets duns als een nevel. De gigantische wolken zijn echter verspreid over afstanden van tientallen lichtjaren. Dus hoewel ze dun zijn, kan hun totale massa wel een miljoen keer de massa van het zonnestelsel zijn. Er is veel materiaal beschikbaar, maar wat vormt het?

Zwaartekracht, de beeldhouwer
Zwaartekracht is de kracht die een nevel laat samenvallen in iets dat dicht genoeg is om een ​​ster te maken. Een gigantische moleculaire wolk is een goede plek voor stervorming. Het heeft niet alleen overvloedig materiaal, het is ook koud genoeg dat atomen bij elkaar zijn gekomen om moleculen te vormen, en op sommige plaatsen is materie begonnen samen te klonteren.

De sterkte van de zwaartekracht hangt af van de massa, dus een gebied met een hogere dichtheid kan er meer materie in trekken, waardoor de massa en dus de aantrekkingskracht ervan wordt vergroot. In een paar miljoen jaar kan een nevel instorten. Maar het is waarschijnlijk dat de instorting enige hulp zal hebben. Er zijn een aantal mogelijke triggers voor stervorming, bijvoorbeeld supernova-schokgolven die materie samen duwen om dichtere gebieden te vormen.

Een nevel stort niet in één keer in. De dichtere gebieden groeien en de wolk breekt. Daarom vormen sterren zich in groepen. Elk fragment stort individueel in en is een potentiële ster waarvan massa zal zijn levensverhaal markeren. De Pleiaden-sterrencluster, weergegeven in de afbeelding in de koptekst, is een voorbeeld van een groep sterren die gevormd is uit dezelfde gigantische wolk. De massa van elke individuele ster bepaalt hoe lichtgevend hij zal zijn, hoe lang hij zal leven en hoe hij sterft. Sommige fragmenten hebben niet genoeg massa om sterren te vormen, maar kunnen worden bruine dwergen, mislukte sterren. [Fotocredit: Greg Hogan, EarthSky]

De fragmenten
De fragmenten worden warm, roteren en blijven inzakken.

Materie buiten de centrale regio heeft zwaartekracht potentiële energie, zoals water tegengehouden door een dam. Wanneer het in het centrum valt, wordt de potentiële energie kinetisch (beweging) energie en warmte komt vrij.

Hoekig momentum is de maat van de rotatie van een object, rekening houdend met zijn straal en zijn snelheid. De gigantische nevels roteren heel langzaam. Maar hoekig momentum is geconserveerde - dat betekent dat een fragment van de wolk, met een kleinere straal, sneller zal roteren. Een favoriet aards voorbeeld is een schaatser die een draai doet. Ze begint met uitgestrekte armen. Als ze haar armen in haar lichaam trekt, is de straal van de spin minder, dus ze draait sneller zonder extra inspanning.

Daarom, naarmate het fragment instort, versnelt zijn rotatie. En in plaats van de onregelmatige vorm van het oorspronkelijke fragment, maakt het draaien het tot een meer bolvormige vorm.

De protostar
Het fragment bevat een dicht centraal gebied dat een wordt protoster en dan een ster. Wat overblijft is stof en gas. Terwijl het draait, wordt het losse stof en gas in een schijf rond de evenaar van de protostar geduwd. Niet alleen kan op een dag een ster vormen van de protostar, maar hieruit kan ook een planetair systeem ontstaan protoplanetaire schijf.

De protostar groeit door schijfmateriaal aan te trekken. Terwijl de massa toeneemt, blijft het krimpen. Zwaartekrachtcontractie geeft veel warmte vrij. Het hete gas in de kern duwt naar buiten en werkt tegen de zwaartekracht in. Hoewel de eerste instorting relatief snel plaatsvond, vertraagt ​​het daarom naarmate de protostar heter wordt. Het duurt ongeveer een miljoen jaar om de temperatuur tot een miljoen graden Celsius te krijgen, en dat is lang niet genoeg om een ​​ster te worden.

De meeste sterren die we waarnemen zijn hoofdreeks stars. Hun warmte en licht komen van de kernfusie van waterstof in hun kernen. Om kernfusie te laten beginnen, moet de kerntemperatuur ten minste 10 miljoen ° C (18 miljoen ° F) zijn.

Een ster is geboren
Wanneer de waterstoffusie begint, is de protostar een echte babyster. Maar het moet nog wat opgroeien voordat het in de hoofdreeks komt.

In een hoofdreeksster is er een evenwicht tussen de uitwendige druk van de warmte door kernfusie in de kern en de inwendige zwaartekracht. Dit heet hydrostatisch evenwicht. Het duurt even voordat de ster is samengetrokken en dit evenwicht is opgetreden.

De massa van de ster neemt niet meer toe zodra kernfusie aanhoudt, omdat een sterke stellaire wind het schijfmateriaal wegblaast. In feite verwijdert het binnen een paar miljoen jaar de stoffige schijf volledig.

De lengte van de levensduur van de hoofdreeks van een ster hangt af van zijn massa. Zonachtige sterren leven ongeveer 10 miljard jaar, dus onze zon is halverwege zijn leven.Een rode dwerg met de helft van de zonmassa kan 80 miljard jaar of langer leven, wat veel langer is dan de huidige leeftijd van het heelal. Maar massieve sterren hebben een korte levensduur. Een ster tien keer de massa van de zon duurt slechts 20 miljoen jaar. Sterren blijven in de hoofdreeks totdat hun waterstofbrandstof op is.