Hoe oud worden de sterren?

Sterren staan, in tegenstelling tot de Zon, heel ver weg. Als je 1000 zonnestelsels naast elkaar zou leggen dan kom je net aan bij de dichtstbijzijnde ster Alfa Centauri. Zo werd in 2006 de ‘New Horizons’ satelliet gelanceerd om in 2015 in de buurt van Pluto succesvol foto’s te maken. Pluto zit in een uithoek van ons zonnestelsel. Het duurde 9 jaar om aan te komen met een snelheid van ongeveer 16 km/s. Vergeet het dus maar dat we binnen afzienbare tijd ooit naar een andere ster dan de Zon toe gaan. We blijven aangewezen op onze grote telescopen op Aarde en in de ruimte.

De maximale leeftijd van een ster

Toch weten we veel van sterren. De naam is bekend. Die naam geven we de ster zelf. Maar ook de massa en de diameter zijn te bepalen. En dat geldt zo ook voor de samenstelling en de snelheid waarmee de ster om zijn eigen as gaat. Bij de Aarde is dat 24 uur. De actuele leeftijd van een ster is een lastig verhaal. Toch is kennis over de leeftijden van sterren belangrijk, want het geeft inzicht in hoeveel tijd er is om planeten te doen ontstaan om een ster.

De maximum leeftijd van een ster is goed bekend. Deze liggen in de orde van 1 miljoen jaar tot 20 miljard jaar. De leeftijden verschillen dus flink. De oorzaak hiervan is overwegend de massa van de ster zelf. Hoe simpel kan het zijn.

Het is heel eenvoudig om voor de meeste sterren de maximale leeftijd van een ster te bepalen. Voor de Zon is dat 10 miljard jaar. Die is goed bepaald en bekend want de Zon staat dichtbij als grote voorbeeld voor alle andere sterren. Heeft een ander ster twee keer zoveel massa, dan gaat die ster ook eens zo lang mee. Meer massa betekent nu eenmaal meer brandstof en dus kan de ster ermee ouder worden. Als de brandstof op is, dan stopt ook de ster met stralen. Daar staat tegenover dat een ster ook een grotere energieverslinder kan zijn waardoor de brandstof sneller verbruikt wordt en de ster juist korter meegaat. Kortom de formule voor de maximale leeftijd van een ster is:

.                                                     Massa ster in zonsmassa’s

Maximale leeftijd ster = ——————————————————– x 10 miljard

.                                                    Lichtkracht ster in lichtkracht van de Zon

Nu blijkt dat een grote ster veel massa heeft (40x de Zon), maar tegelijk ook een enorme energieverslinder is daardoor (800.000x de Zon). Het gevolg is dat de maximale leeftijd van deze sterren slechts ½ miljard jaar is.

Het tegenovergestelde geldt voor kleine sterren met weinig massa (20% minder brandstof dan de Zon). Deze zijn juist veel zuiniger dan de Zon (lichtkracht van 1% van de Zon). De maximale leeftijd van deze sterren is 20x die van de Zon, ofwel 200 miljard jaar en dat is ouder dan de leeftijd van het heelal zelf.

De leeftijd van een ster in een sterrengroep

Als je echter de actuele leeftijd van een ster wilt weten is het ineens ingewikkeld. Voor een mens is de maximale leeftijd normaalgesproken net boven de 80 jaar, maar het kan zo maar zijn dat iemand 7 jaar is en een ander 33 en weer iemand anders 78.

Als sterren in groepen leven, dan weet je dat die hele groep ooit tegelijk is ontstaan uit één en dezelfde gaswolk. Ook weet je dat al die sterren op dezelfde afstand staan. Dat maakt het makkelijk om de sterren met elkaar te vergelijken. De ene ster bestaat al niet meer terwijl een andere nog maar net begonnen is aan de lange loopbaan van het leven. Het verschil tussen al die sterren is overwegend de massa. Om de actuele leeftijden van die sterren te bepalen wordt er een zogenaamd Hertzsprung–Russell diagram gemaakt van deze groep sterren. Dit is een grafiek waarin de echte lichtkracht van de sterren wordt afgezet tegen de tempratuur van de ster. De lichtkracht en de temperatuur van sterren in de groep verschillen ondanks dat de massa van diverse sterren hetzelfde is. Als de brandstof bijna verbruikt is geeft een ster namelijk een andere lichtkracht af en is de temperatuur van de ster ook anders. Het verschil is de ouderdom van de ster. Bij mensen is dat ook zo. Iemand die ouder is loopt niet zo snel meer als iemand die jonger is.

Vanuit die stergroepen is bekend dat sterren, nadat ze geboren zijn, steeds minder snel om hun eigen as gaan draaien. De asrotatie van sterren in jonge stergroepen draaien sneller dan die van vergelijkbare sterren in oudere stergroepen. Die vertraging is een maat voor de actuele ouderdom van de ster zolang de helderheid / lichtkracht maar hetzelfde is als van zo’n ster in een van die groepen.

Het is echter niet eenvoudig om de asrotatie van een ster te bepalen. Je kunt dit bepalen met de dopplerverschuiving van het spectrum van de ster.  De ene kant van de ster komt relatief gezien meer op je af, en de andere kant van de ster gaat juist iets meer van je af.

De leeftijd van een ster die alleen leeft

Lang niet alle sterren staan in groepen bij elkaar en zo wordt het nog lastiger. Kort geleden is er nieuw onderzoek gedaan aan dubbelsterren die niet vlak bij elkaar staan. Ofwel ze draaien wel om elkaar, maar beïnvloeden elkaar niet. Je mag in dit geval verwachten dat beide sterren tegelijk ontstaan zijn. Daarin werd ontdekt dat je met stervlekken de leeftijd van sterren kunt bepalen. Die stervlekken bepalen namelijk de asrotatie van de ster.

Tegelijk is kort geleden ook ontdekt dat dit allemaal wel klopt, maar dat geldt alleen voor de eerste 50% van de ouderdom van een ster. In het tweede deel van het sterrenleven vertraagt de asrotatie niet meer. Dat is een domper voor de astrofysici en het is dus weer zoeken naar een betere methode om ook voor het tweede deel van het sterleven voor stergroepen en voor alleen gaande sterren erachter te komen hoe oud de ster is.

Robert de Jong