Praktische opdracht ANW Sterren

Transcriptie

1 Praktische opdracht ANW Sterren Praktische-opdracht door een scholier 2121 woorden 25 maart ,7 54 keer beoordeeld Vak ANW Inleiding Hoe vaak zouden onze voorouders wel niet naar de sterren gekeken hebben en zich afgevraagd wat er zich daar wel niet afspeelde? En hoe verbaast zouden ze wel niet geweest zijn, als daar ineens een nieuwe lichtbron aan de hemel verscheen? Vragen die in die tijd voor goddelijke antwoorden zorgden. Nu zo n 2000 jaar later weten we dat al deze fenomenen niet goddelijk, maar heel normaal waren. Deze scriptie richt zich vooral op wat er achter die lichtbronnen, sterren zit. Hoe ze er komen en wat er eigenlijk aan vooraf gaat. In het eerste hoofdstuk zal de geboorten van sterren worden beschreven. Dit gebeurt lang voordat er lichtbronnen aan de hemel komen. Later in hoofdstuk twee, zal het leven van een ster beschreven worden. En in hoofdstuk drie zal de dood van sterren worden beschreven(alleen de dood van enkele sterren). Waarbij er twee mogelijkheden zijn: de lichte en de zware explosies. Dit zijn de oorzaken van de lichtbronnen die aan de hemel te voorschijn komen. Hoe is de levensloop van sterren en wat is hun invloed op hun directe omgeving? Dat is eigenlijk waar het allemaal om draait. Kerngedeelte Hoofdstuk 1. Het ontstaan van sterren. 1.1: het ontstaan van een ster. Het begint allemaal met uitgestrekte wolken van stof en gas, ook wel nevels genaamd. Deze wolken bevatten veel waterstofgas en zijn erg ijl, maar als er een verstoring zoals een schokgolf plaatsvindt, kan de gaswolk op sommige plaatsen een grotere dichtheid krijgen. Hier beginnen de gasdeeltjes samen te klonteren. Door de zwaartekracht gaat dit klonteren miljoen jaren door. De klont die dan ontstaat, trekt ook weer gas- en stofdeeltjes aan. De deeltjes worden naar het centrum Pagina 1 van 5

2 getrokken waar ze allemaal tegen elkaar aan botsen. Hierdoor worden ze heter en na enige tijd begint het centrum te gloeien/stralen. Nu wordt het een protoster genoemd. De temperatuur loopt op tot 15 miljoen graden, hoog genoeg voor de vorming van kernenergie. Doordat de protoster steeds kleiner wordt gaat ze harder draaien. Hierdoor ontstaat er een dikke platte schijf met klonten. Deze klonten kunnen andere sterren worden, of als ze wat kleiner zijn planeten. Als de ster dan begint te schijnen blaast deze - samen met andere andere sterren - door de ongelooflijke hitte de omringende gasnevels weg. Dit is een proces van miljoenen jaren. Dan na een aantal jaren als het licht de aarde heeft bereikt zie je de ster oplichten aan de hemel.(3) Hoofdstuk 2. Het werkelijke leven van een ster. 2.1: de werking van een ster. Het hoofdbestanddeel van een ster is waterstof. Onder de juiste temperatuur en hoge druk, fuseren vier H2 atomen (waterstof) tot een He atoom (helium). Dit proces wordt kernfusie genoemd. De Zon zet ruim miljoen kilo waterstof per seconde om in Helium! En heeft een vermogen van 3,9 x 1026 watt. Er zijn verschillende soorten sterren. Een Chinese astronoom was de eerste die er mee begon om sterren in te delen op basis van spectraal klasse (licht sterkte). Hij bedacht de volgende types (van zwaar naar licht): O, B, A, F, G, K en M. Later bleek dat deze indeling niet voldoende was. De vaste types kregen ook nog eens negen subtypes. Zo is bijvoorbeeld de zon een G2 type ster en is van middelmatig niveau. Een ster van middelmatig niveau (zoals onze zon) leeft ongeveer 15 miljard jaar. Je zou zeggen hoe groter de massa, hoe langer het duurt voordat een ster die verbruikt. Maar het tegendeel is waar. Een blauwe reus (een zware ster) doet er bijvoorbeeld de helft korter over om zijn massa te verbruiken dan onze zon. Namelijk ongeveer 6 miljard jaar. Ze leven een kort en heftig bestaan. Hoofdstuk 3. De dood van sterren. 3.1: de dood van lichte sterren. Een ster leeft natuurlijk niet eeuwig. Er komt een moment dat de waterstof in de kern op is gebruikt. Bij zware sterren gebeurt dit eerder dan bij lichte. Ze komen ook anders aan hun eind. Als het moment is aangebroken dat de waterstof is opgebruikt, is er geen druk meer die de buitenste lagen vasthoudt. Een ster gaat dus gigantisch opzwellen en wordt een rode reus. Het proces van opzwelling verloopt in twee fasen. Wij gaan uit vanuit de Zon. De Zon zwelt in de eerste fase op tot ongeveer aan Venus. Venus zal als een gesmolten bol rond de kern gaan draaien tot dat zij onder de gigantische druk verpletterd wordt. Op dit punt zal het opzwellen van de Zon even stoppen. Omdat de druk in de kern nu groot genoeg is, gebeurt er iets bijzonders. De heliumatomen(die in grote mate tijdens de kernfusie gevormd zijn)zullen onder hoge druk opnieuw fuseren. Vier helium 4 atomen (de getallen achter de naam van atomen slaan op het aantal protonen in de kern van het atoom) zullen samengaan, tot ze een zuurstof 16 atoom vormen. Zuurstof 16 is erg onstabiel en bestaat ongeveer 1/1000 van een seconde. Maar als er op dat moment een ander zuurstof 16 atoom tegenaan komt, gaan deze ook weer fuseren en er ontstaat een stabiele koolstof 32 atoom. Dit Pagina 2 van 5

3 wordt de heliumflits genoemd. De zon zal dus weer een tijdje gaan werken en zal dus weer een beetje inkrimpen. ) Maar ook dit proces is niet voor eeuwig. Op een gegeven moment is ook het aanwezige helium opgebruikt en de zon zal weer gaan opzwellen. Nu is er niets meer dat het proces kan stoppen en de zon zal opzwellen tot aan de aarde. De zon zal een tijdje in deze fase blijven tot de kern de buitenste lagen niet meer kan vasthouden en de buitenste lagen zullen oneindig door gaan met expanderen, tot alleen de kern overblijft. De kern wordt nu een witte dwerg genoemd. En de buitenste lagen(die een ring vormen) worden nu een planetaire nevel genoemd (zie figuur 1.) (De naam is bedacht door de eerste astronoom die deze nevels ontdekte. Hij vond ze namelijk op planeetschijven lijken. Maar deze naam zorgt wel voor veel verwarring. Astronomen zijn trouwens nooit goede naam bedenkers geweest...) Planetaire nevels zorgen er ook weer voor dat een groot aantal zware atomen (waaronder koolstof, de bouwsteen van leven.)die in de levensjaren van de ster in de kern gevormd zijn, in de ruimte terechtkomen. Die elementen zijn later nodig voor de vorming van planeten. De resten van planeten die overgebleven zijn zullen nog een tijdje rond de witte dwerg draaien totdat deze opbrandt en er een zwarte sintel overblijft. Waarschijnlijk is het doven van een witte dwerg een langdurig proces, want in de 13,7 miljard jaar dat het universum oud is, is er nog geen één gevonden.(4) Zo gaat het dus met lichte sterren. Maar wat gebeurt er dan met de zware sterren? 3.2: de dood van zware sterren. Met zware sterren is het een heel ander verhaal. Ze leven ook een heel anders bestaan dan lichte sterren. Het gaat hier voornamelijk om de types: O, B, A en F. zware sterren leven korter, omdat ze meer massa hebben. En de regel geldt: hoe meer massa hoe sneller de verbranding. (Overigens is het niet goed om over verbranding te spreken omdat er in principe geen verbranding plaatsvindt, maar fusie. In ruimte kan nooit verbranding plaatsvinden, omdat daar lucht voor nodig is en dat is er niet.) Op een gegeven moment zullen ook deze sterren gaan opzwellen tot rode reuzen. Sommige sterren zijn van zichzelf al zo zwaar en groot dat ze al reuzen zijn. Als deze sterren gaan opzwellen, worden ze rode superreuzen. (Betelgeuze, in het sterrenbeeld Orion, is er zo een.) Deze rode superreuzen kunnen wel twee keer zo groot als ons zonnestelsel worden! Het proces verloopt vervolgens hetzelfde als lichte sterren. Met één groot verschil. Nadat de heliumflits is geweest en er op grote schaal koolstof (C) is gevormd, zal de ster blijven fuseren. Er worden zware atomen gevormd. (Waaronder chloor (CL) en Calcium (Ca) ). En de ster blijft opzwellen. Op een gegeven moment is het punt bereikt dat er ijzer (Fe) wordt gevormd. IJzer is het laatste atoom dat kan worden gevormd zodat er energie vrijkomt. Om ijzer te laten fuseren is er energie nodig. Op het moment dat er ijzer is gevormd, stopt het fusie proces en de druk valt weg. In een fractie van een seconde implodeert de kern en de buitenste lagen van de ster worden in een gigantische explosie afgeworpen. De ster is een supernova geworden (zie figuur 2). Nova betekent letterlijk nieuw. Toen mensen een nova zagen, dachten ze dat er een nieuwe ster ontstaan was. In werkelijkheid is een nova een heel ander proces, maar daar over later meer. Supernova s waren heel heldere nova s, vandaar de naam supernova. Je zou denken dat supernova s alleen met dood te maken hebben. Maar dat is niet zo. Ze zorgen ook voor de nodige zware elementen. En de schokgolven kunnen er voor zorgen dat een wolk van stof en gas begint rond te draaien en er zo dus een zonnestelsel kan ontstaan. (de schokgolven zijn niet zoals wij die op Pagina 3 van 5

4 aarde kennen. De schokgolven op aarde zijn snelle verplaatsingen van luchtdeeltjes. De schokgolven in de ruimte moet je voorstellen als golven van energie.) Ook zorgen ze voor de nodige straling, die nodig is om mutaties op te wekken, die de evolutie weer, positief of negatief, kunnen beïnvloeden. (Supernova s zouden ooit wel eens een grote bedreiging kunnen vormen. Als bijvoorbeeld Betelgeuse ontploft, komt er zoveel straling vrij dat de aarde wel eens onleefbaar zou kunnen worden. Wat er na deze ontploffing over blijft is enkele neutronen ster. Een neutronen ster is een object dat is ontstaan doordat de ster zó snel implodeerden dat de protonen en elektronen van atomen(een atoom bestaat uit een kern van protonen en neutronen en daaromheen draaiend elektronen.)samen geperst werden tot neutronen zodat er in de ster alleen neutronen overbleven. De afstotende kracht tussen de degenereerde atomen verhindert verdere ineenstorting van de ster. Een neutronen ster zendt sterke radiogolven aan zijn polen uit. Als deze toevallig in de richting van de aarde staan kunnen wij deze waarnemen. We zien deze straling dan in pulsen, omdat de ster ronddraait We noemen zo n fenomeen een pulsar. Deze pulsars kunnen soms bijzonder snel rond draaien. Soms zelfs wel miljoenen keren per seconde. Dan wordt de pulsar een millipulsar genoemd. Een pulsar heeft een enorme aantrekkingskracht. Een luciferdoosje met een materie van enkele neutronen ster zou ongeveer 15*1011 kg wegen! Maar het kan nog erger. Er zijn sterren die zo n grote massa hebben, dat zelfs de neutronen de implosie niet meer kunnen tegen houden. De ster zal steeds maar verder blijven imploderen, totdat zelfs het licht(met een snelheid van km/sec) niet meer kan ontsnappen. De rode superreus is dan een zwart gat geworden. Een zwart gat is een super compact object met een enorme aantrekkingskracht.(het zelfde effect krijg je als je de aarde zou samenpersen tot de grootte van een voetbalveld.) Binnen in het zwarte gat bevindt zich singulariteit. Dat wil zeggen dat de natuurwetten ophouden te bestaan. Een zwart gat verslindt alles wat maar te dicht in de buurt komt. Er zal zich dus na verloop van tijd een accretie schijf vormen. Een accretie schijf is een schijf met materie die rond een zeer compact object draait. Er zal ook massa aan de polen gaan ontsnappen. Deze gebeurtenissen nemen wij waar als zeer actieve sterrenstelsels: quasars.(wat staat voor: quasi stellar radio sources, zie ook figuur 3.) Er is zelfs een opzienbarende theorie die zegt dat in het midden van alle sterrenstelsels zich een super zwaar zwart gat bevindt.(dat overigens is ontstaan door het ineen vallen van de kern van het sterrenstelsel en niet door een supernova explosie.) De dood van enkelsterren is nog relatief rustig vergeleken met wat er met dubbelsterren kan gebeuren. Zeventig procent van alle sterren zijn dubbelsterren dus het beslaat hier dus een grote groep. Hier gaat het volgende hoofdstuk over. Gebeurtenissen die soms je fantasie te buiten gaan. Slot. Uit nevels ontstaan sterren. Het duurt miljoen jaren voordat ze echt gaan schijnen. Dan is het alleen maar omzetting van waterstof, tot ze sterven. Lichte sterren zoals onze zon komen aan hun eind als planetaire nevels met in het midden een witte dwerg. Zwaardere sterren eindigen in een explosie als neutronen ster of zwart gat. Deze planetaire nevels en supernova explosies leveren een belangrijke aanwinst aan elementen waaruit Pagina 4 van 5

5 later de weer sterren of planeten, met misschien leven erop, ontstaan. Het leven van sterren is zeer belangrijk voor ons. Want zonder de benodigde elementen hadden wij nooit op deze aardbol kunnen lopen en waren wij zelfs niet ontstaan. Zoals de prekers in de kerken wel zeggen: Stof zijd gij en tot stof zult gij wederkeren. Inderdaad. Tot sterrenstof wel te verstaan! Literatuurlijst. (1)ARTIS, Geboort van een ster, Internet, (22 februari 2003).( (2)SCHOOLTV, Ontstaan van sterren en planeten, Internet, (22 februari 2003).( (3)SPACE MAGAZINE, De geboorte een ster, Internet, (22 februari 2003).( (4)RTL NIEUWS. tv-programma,thuis,rtl 4,datum:weet we niet meer. Pagina 5 van 5