Sterren hebben een levenscyclus die enkele miljoenen tot biljoenen jaren beslaat. Ze worden geboren, ondergaan veranderingen in de loop der tijd en komen uiteindelijk aan hun einde wanneer de brandstof opraakt en ze een zeer dicht restlichaam worden. De uitgebrande ster kan een witte dwerg , een neutronenster of een zwart gat zijn, afhankelijk van de oorspronkelijke massa van de ster.
Het leven van een ster begint in grote interstellaire gas- en stofwolken in de Melkweg , waar gassen samenklonteren als gevolg van zones met een lage temperatuur en een hoge dichtheid. Deze klompen verzamelen geleidelijk steeds meer materie en groeien. Op een gegeven moment storten de klompen in door de toegenomen zwaartekracht. De wrijving tijdens de ineenstorting verhit de materie en zo ontstaat een jonge ster. Dit is het protosterstadium in de levenscyclus van een ster.
De ineenstorting onder invloed van de zwaartekracht zet zich voort. Hierdoor blijven de temperatuur en de druk in de kern toenemen. Na miljoenen jaren worden de temperatuur en de druk in de kern van een protoster hoog genoeg om kernfusie van waterstof mogelijk te maken. Kernfusie geeft een enorme hoeveelheid energie vrij, die de materie voldoende verhit om verdere ineenstorting onder invloed van de zwaartekracht te voorkomen. Deze fase, waarin kernfusie stabiel plaatsvindt (en de vrijgekomen energie de materie voldoende verhit om ineenstorting door de zwaartekracht te voorkomen), is de belangrijkste en langste fase in het leven van een ster. Sterren in deze fase worden 'hoofdreekssterren' genoemd en de fase zelf heet ' hoofdreeksfase '. Waterstof is de belangrijkste brandstof van de ster. De snelheid waarmee brandstof wordt verbruikt, hangt af van de massa van de ster. Een massieve ster verbruikt brandstof sneller om voldoende energie vrij te maken en zo ineenstorting onder invloed van de zwaartekracht te voorkomen.
Wanneer de brandstof opraakt, stopt de kernfusie en is er geen energie meer om de materie te verhitten en zo de zwaartekracht te compenseren. De kern stort dan in onder invloed van de zwaartekracht, waardoor een compacte rest overblijft. Dit is het einde van de ster. De dode ster wordt, afhankelijk van de massa van de oorspronkelijke ster, een witte dwerg, een neutronenster of een zwart gat.
Wanneer de massa van de oorspronkelijke ster minder dan 8 keer de massa van de zon is (<8 M⦿ ) , wordt het een witte dwerg . Een uitgedoofde ster wordt een neutronenster wanneer de massa van de oorspronkelijke ster tussen de 8 en 20 zonsmassa's ligt (8 M⦿ < M < 20 M⦿ ) , terwijl sterren met een massa van meer dan 20 zonsmassa's (>20 M⦿ ) zwarte gaten worden wanneer de brandstof opraakt.
Bruine dwergen (BD's)
Sterren bereiken in hun levenscyclus het 'kernfusiestadium' of het 'hoofdreeksstadium'. Wat gebeurt er als een hemellichaam zich vormt zoals een ster, maar dit stadium niet bereikt?
Bruine dwergen beginnen net als een ster, worden dicht genoeg om onder de zwaartekracht ervan in te storten, maar hun kern wordt nooit dicht en heet genoeg om kernfusie op gang te brengen en worden daarom nooit een echte ster. Deze objecten vertonen overeenkomsten met zowel sterren als planeten.
Zwarte dwergen zijn kleiner dan sterren, maar nog steeds veel groter dan planeten . Sommige kleinere exemplaren zijn qua grootte vergelijkbaar met planeten . De kleinste bekende zwarte dwerg 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 Space Telescope (JWST) . Op basis van fotometrie van de objecten identificeerde het team drie kandidaat-zwarte dwergen. Een daarvan heeft een massa van slechts drie tot vier keer die van Jupiter, waardoor het de kleinste zwarte dwerg is die tot nu toe bekend is.
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/
***
