Sterren hebben een levenscyclus van enkele miljoenen tot biljoenen jaren. Ze worden geboren, ondergaan veranderingen in de loop van de tijd en komen uiteindelijk aan hun einde wanneer de brandstof opraakt en een zeer compact, remanent lichaam wordt. De uitgebrande ster zou een witte dwerg of neutronenster of zwart gat afhankelijk van de oorspronkelijke massa van de ster.
Het leven van een ster begint in het groot interstellaire wolken van gas en stof in de melkweg met klontering van gassen als gevolg van lage temperaturen tot zakken met hoge dichtheid. De bosjes verzamelen geleidelijk steeds meer materie en groeien. Op een gegeven moment storten de klonten in als gevolg van de toegenomen zwaartekracht. De wrijving tijdens het instorten verhit de materie en er wordt een babyster geboren. Dit is protoster stadium in de levenscyclus van sterren.
De ineenstorting onder de zwaartekracht gaat verder. Als gevolg hiervan blijven de temperatuur en de druk in de kern toenemen. Na miljoenen jaren worden de temperatuur en de druk in de kern van de protoster hoog genoeg om waterstofkernen te laten samensmelten. Bij kernfusie komt een enorme hoeveelheid energie vrij die de materie voldoende opwarmt om verdere instorting onder invloed van de zwaartekracht te voorkomen. Dit stadium waarin kernfusie stabiel plaatsvindt (en de vrijkomende energie de materie voldoende opwarmt om instorting door de zwaartekracht te voorkomen) is het hoofdstadium en de langste fase in het leven van een ster. Sterren in dit stadium worden ‘hoofdreekssterren’ genoemd en het stadium heet ‘hoofdreeksfase’. Waterstof is de belangrijkste brandstof van de ster. Het brandstofverbruik is afhankelijk van de massa van de ster. Een massieve ster zal sneller brandstof verbruiken om voldoende energie vrij te maken om te voorkomen dat hij onder invloed van de zwaartekracht instort.
Wanneer de brandstof opraakt, stopt de kernfusie en is er geen energie om materialen te verwarmen om de zwaartekracht in evenwicht te brengen, en de kern stort in onder de zwaartekracht, waardoor een compacte remanent achterblijft. Dit is het einde van de ster. De dode ster wordt een witte dwerg of een neutronenster zwart gat afhankelijk van de massa van de oorspronkelijke ster.
Wanneer de massa van de oorspronkelijke ster minder dan 8 maal de massa van de zon bedraagt (<8 M⦿), wordt het een witte dwerg. De dode ster wordt een neutronenster als de massa van de oorspronkelijke ster tussen de 8 en 20 zonsmassa’s ligt (8 M).⦿ < M < 20 M⦿) terwijl sterren zwaarder dan 20 zonsmassa's (>20 M⦿) worden zwarte gaten als de brandstof op is.
Bruine dwergen (BD's)
Sterren in hun levenscyclus het ‘kernfusiestadium’ of het ‘hoofdreeksstadium’ bereiken. Wat als een hemellichaam zich als een ster vormt, maar dit stadium niet bereikt?
Bruine dwergen beginnen als een ster, worden compact genoeg om onder de zwaartekracht in te storten, maar de kern wordt nooit voldoende compact en heet om kernfusie op gang te brengen en worden daarom nooit een echte ster. Deze objecten zijn qua kenmerken vergelijkbaar met zowel sterren als planeten.
Zwarte dwergen zijn kleiner dan de sterren, maar nog steeds veel groter dan de sterren planeten. Sommige kleinere zijn qua grootte vergelijkbaar met planeten. De kleinste bekende is ongeveer zeven keer zo groot als Jupiter.
Zwarte dwergen zijn belangrijk voor het modelleren van stervorming in interstellaire wolken van gassen en stof. Er worden pogingen ondernomen om de kleinste lichamen te bepalen die zich op een sterachtige manier vormen.
De kleinste bruine dwerg
Onlangs hebben onderzoekers het centrum van de stervormingscluster IC 348, op ongeveer 1,000 lichtjaar afstand, onderzocht met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop (JWST). Op basis van fotometrie van de objecten identificeerde het team drie zwarte dwergkandidaten. Eén ervan heeft slechts drie tot vier keer de massa van Jupiter, wat het tot nu toe de kleinste zwarte dwerg maakt.
Een zwarte dwerg die drie keer de massa van Jupiter heeft, zou 300 keer kleiner zijn dan de zon. Hoe zo'n kleine zwarte dwerg zich op een sterachtige manier kan vormen, is moeilijk uit te leggen, omdat een kleine interstellaire wolk normaal gesproken niet zou instorten en aanleiding zou geven tot een zwarte dwerg vanwege zijn zwakke zwaartekracht. Zo’n kleine zwarte dwerg vormt dus een uitdaging voor de huidige modellen van stervorming.
***
Referenties:
- Luhman KL, c.s. 2023. Een JWST-onderzoek naar bruine dwergen met planetaire massa in IC 348. The Astronomical Journal, deel 167, nummer 1. Gepubliceerd op 13 december 2023. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad00b7
- NASA's Webb identificeert de kleinste vrij zwevende bruine dwerg. Geplaatst op 13 december 2023. Beschikbaar op https://www.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-identifies-tiniest-free-floating-brown-dwarf/
***
