Waarom schijnen sterren

Inleiding

Een belangrijke vraag in de wetenschap is: Waarom schijnen sterren? Deze vraag is van belang, omdat het schijnen van sterren zo'n belangrijke bron van energie in het heelal is. Zo is nagenoeg alle energie op aarde direct of indirect afgeleid van het schijnen van onze ster, de zon.

Wat is een ster eigenlijk?

Om de vraag over het schijnen van sterren te kunnen beantwoorden, dient eerst te worden beantwoord wat een ster nu eigenlijk is. Een ster is een bol gas, die bij elkaar gehouden wordt door zijn eigen zwaartekracht. Echter niet alle gasbollen zijn ook een ster. Zo is de planeet Jupiter ook een gasbol, maar geen ster.

Het onderscheidende criterium tussen verschillende gasbollen die door zwaartekracht bijeen worden gehouden is dat een ster daarbij ook energie uitstraalt, oftewel: een ster schijnt!

Dat de planeet Jupiter vanaf de aarde kan worden waargenomen betekent niet dat hij schijnt. Jupiter weerkaatst (net als alle andere planeten, en de maan) slechts het licht van de zon.

Energieverlies

Als een ster een bron van energie is voor haar omgeving, dan betekent dit dat deze ster zelf dus energie uitstraald, en dus verliest. Het schijnen van de ster is dan ook niets anders dan het uitzenden van energie in de form van fotonen (lichtdeeltjes).

Zwaartekracht

Aanvankelijk werd gedacht dat sterren deze energie verloren als gevolg van het samentrekkingsproces. Volgens deze theorie zou een ster constant onder haar eigen gewicht krimpen. Deze theorie is geponeerd door Kelvin en von Helmholtz.

Als een ster (langzaam) samentrekt, neemt de gasdruk in de ster toe. Deze gasdruk moet namelijk voorkomen dat de ster (snel) onder haar eigen gewicht instort. Bij dit proces wordt ook de zwaartekrachtsenergie (Ez) steeds groter, omdat zwaartekracht toeneemt als materie dichter bij elkaar komt. Volgens de wet van behoud van energie betekend dit dat er op een andere plek dus ook energie weg moet lekken uit de ster. Dat is dus de straling die in de omringende ruimte weglekt. Kortom, hierdoor schijnt een ster. Tegelijk met de druk in de ster moet ook de temperatuur toenemen. En een hete bol gas straalt nu eenmaal energie uit.

Volgens de huidige theorieën blijkt een ster slechts voor een deel van haar "levensduur" ook daadwerkelijk samen te trekken.

Het grootste deel van haar "leven" heeft een ster ongeveer een constante omvang (of straal). De reden dat de ster op dat moment niet onder haar eigen gewicht samentrekt komt omdat de zwaartekrachtsenergie (Ez) wordt gecompenseerd door een andere energiebron. Deze bron treed pas in werking zodra Ez een bepaalde hitte in de kern heeft veroorzaakt (deze Ez is het grootst in het centrum van de ster, de temperatuur dus ook).

Kernfusie

Zodra de temperatuur in de kern van een ster door toedoen van Ez deze kritische waarde heeft bereikt beginnen deeltjes in de sterkern te "fuseren". Dit betekend dat lichtere deeltjes samenvoegen tot zwaardere deeltjes.

In de kern van onze zon is op dit moment hoofdzakelijk waterstoffusie aan de gang. Een eenvoudige weergave hiervan wil zeggen dat hierbij vier waterstofkernen fuseren tot een heliumkern.

Bij deze kernfusie wordt een klein deel van het gewicht van de oorspronkelijke deeltjes niet meegenomen naar het uiteindelijke deeltje. Dit verschil in energie wordt volgens E=mc^2 omgezet in energie. Hierdoor is er dus een nieuwe energiebron ontstaan in de kern van de ster: Kernfusie.

De energie die wordt opgewekt door deze fusie neutraliseerd al snel Ez. Hierdoor blijft de ster in dit stadium op constante grootte. De kernenergie zorgt er nu voor dat de energie dus energie kan laten weglekken (in de vorm van straling) zonder dat hij hoeft samen te trekken.

Samenvatting

Kort gezegd gebeurd er volgens de huidige theorieën het volgende: Een hete bol gas verliest nu eenmaal warmte. Dit gebeurd in de vorm van straling. Deze energie wordt opgewekt door kernfusie. En de zwaartekracht (of eigenlijk de gasdruk om deze zwaartekracht te compenseren) zorgt ervoor dat de temperatuur in de ster hoog genoeg is om deze kernfusie te laten plaatsvinden.