Protosterren: de eerste fase van een jonge ster
Een ster verschijnt niet zomaar als een helder lichtpunt aan de hemel. Voordat kernfusie begint en een jonge ster zelfstandig energie gaat produceren, doorloopt het materiaal een bijzondere tussenfase. In deze fase ontstaat een protoster.
Een protoster is een jonge ster in wording. Zwaartekracht heeft een deel van een grote wolk van gas en stof al samengebracht, maar de uiteindelijke ster is nog niet volledig gevormd. Rond de jonge kern kan zich een draaiende schijf bevinden waaruit steeds meer materiaal naar binnen valt.
De protosterfase vormt daarmee een belangrijke stap tussen de eerste ineenstorting van een gaswolk en het ontstaan van een stabiele ster.
Wat is een protoster?
Een protoster is een compacte, jonge kern die ontstaat wanneer een dicht gebied in een gaswolk onder invloed van zwaartekracht begint samen te trekken.
Tijdens dit proces wordt steeds meer materiaal naar het centrum getrokken. De dichtheid neemt toe en de temperatuur loopt op.
Toch is een protoster nog geen volwassen ster. In het binnenste vindt nog geen stabiele kernfusie plaats zoals bij een ster die eenmaal volledig is gevormd.
De energie die een protoster uitstraalt, komt vooral voort uit het samentrekken van het materiaal en de warmte die daarbij ontstaat.
Hoe ontstaat een protoster?
Het ontstaan van een protoster begint in een koud en dicht gebied van gas en stof.
Wanneer de zwaartekracht sterk genoeg wordt, begint het materiaal naar binnen te vallen. De oorspronkelijke wolk wordt daarbij steeds kleiner en dichter.
Tijdens de ineenstorting ontstaan uiteindelijk één of meerdere compacte gebieden.
In het centrum van zo’n gebied verzamelt zich steeds meer materiaal. Daar ontstaat de jonge protoster.
Dit proces verloopt niet overal precies hetzelfde. Sommige wolken produceren uiteindelijk één dominante ster, terwijl andere gebieden meerdere jonge sterren tegelijk kunnen voortbrengen.
De protoster wordt steeds warmer
Wanneer materiaal naar de protoster toe valt, wordt zwaartekrachtenergie omgezet in warmte.
De jonge kern wordt daardoor steeds heter.
Hoe meer materiaal zich verzamelt, hoe groter de druk en temperatuur in het centrum worden.
Toch is de temperatuur in een protoster nog niet hoog genoeg om langdurige kernfusie op gang te brengen. Daarvoor moet het centrum nog verder worden samengeperst.
De protoster blijft daarom groeien en veranderen.
Materiaal valt naar binnen
Een jonge protoster staat niet los van zijn omgeving.
Rondom bevindt zich nog veel gas en stof. Een deel van dat materiaal wordt door de zwaartekracht aangetrokken en beweegt richting de protoster.
Dit proces noemen astronomen accretie.
Door accretie kan de protoster steeds meer massa verzamelen.
De hoeveelheid materiaal die uiteindelijk wordt opgenomen heeft grote invloed op de uiteindelijke massa van de ster.
Een protoster die veel materiaal verzamelt, kan uiteindelijk een zware ster worden. Een protoster die veel minder materiaal aantrekt, kan uitgroeien tot een kleinere ster.
De draaiende schijf rond een protoster
Niet al het materiaal valt rechtstreeks naar het centrum.
Gas en stof in de oorspronkelijke wolk hebben beweging en een kleine hoeveelheid draaiing. Tijdens het samentrekken wordt die draaiing steeds belangrijker.
Daardoor ontstaat vaak een platte, draaiende accretieschijf rond de protoster.
Materiaal uit deze schijf kan langzaam naar de jonge ster bewegen.
De schijf is bovendien belangrijk omdat het overgebleven gas en stof later de bouwstenen kunnen leveren voor planeten en andere objecten.
Waarom draait de schijf?
Wanneer een grote wolk samentrekt, wordt zijn draaiing geconcentreerder.
Een eenvoudig voorbeeld is een kunstschaatser die zijn armen intrekt en daardoor sneller gaat draaien.
Bij een stervormingsgebied gebeurt iets vergelijkbaars. Tijdens het samentrekken wordt de oorspronkelijke draaiing steeds belangrijker.
Het materiaal vormt daardoor geen eenvoudige rechte stroom naar het centrum, maar gaat rond de jonge protoster draaien.
Uiteindelijk ontstaat een schijf die zich rond de protoster uitstrekt.
Een protoster kan veel materiaal aantrekken
Tijdens de protosterfase kan de hoeveelheid materiaal die naar binnen valt sterk verschillen.
Soms verloopt de accretie relatief rustig. In andere gevallen kan een protoster tijdelijk veel sneller materiaal verzamelen.
Dat kan ervoor zorgen dat de helderheid van een jonge ster verandert.
Ook kunnen de omstandigheden in de schijf voortdurend veranderen. Gas en stof bewegen, botsen en worden beïnvloed door de zwaartekracht en magnetische velden van de jonge ster.
Een protoster is daardoor geen stilstaand object, maar een zeer actief systeem.
Magnetische velden spelen een belangrijke rol
Jonge sterren kunnen sterke magnetische velden hebben.
Deze magnetische velden beïnvloeden het gas en de geladen deeltjes rond de protoster en kunnen een belangrijke rol spelen bij de manier waarop materiaal naar de jonge ster stroomt.
Ze kunnen ook helpen bij het afvoeren van materiaal en energie uit het jonge systeem.
Daardoor vormen magnetische velden een belangrijk onderdeel van het ingewikkelde proces waarmee een protoster uiteindelijk een volwassen ster wordt.
Krachtige jets vanuit jonge sterren
Sommige protosterren produceren indrukwekkende jets: smalle straalstromen van materiaal die vanuit de omgeving van de jonge ster de ruimte in worden geblazen.
Deze jets kunnen zich over grote afstanden uitstrekken.
Ze staan waarschijnlijk in verband met de draaiende schijf en de magnetische velden rond de jonge ster.
De straalstromen voeren materiaal en energie weg van het systeem en kunnen daardoor ook invloed hebben op de omgeving waarin de protoster zich bevindt.
Een jonge ster kan zo zijn eigen geboorteomgeving veranderen.
Waarom worden protosterren niet steeds groter?
Een protoster kan lange tijd materiaal verzamelen, maar uiteindelijk wordt de hoeveelheid beschikbaar materiaal steeds kleiner.
Daarnaast kan de straling van de jonge ster het omringende gas en stof beïnvloeden.
Sterrenwinden en jets kunnen materiaal uit de omgeving wegblazen.
Daardoor wordt de toevoer van nieuw materiaal uiteindelijk steeds minder.
De uiteindelijke massa van de ster begint zich daardoor vast te leggen.
Wanneer begint kernfusie?
Terwijl de protoster verder samentrekt, blijft de temperatuur in het centrum stijgen.
Op een bepaald moment worden de omstandigheden extreem genoeg om kernfusie mogelijk te maken.
Voor sterren zoals de zon betekent dit dat waterstofkernen uiteindelijk kunnen worden samengevoegd tot helium.
Bij deze kernreacties komt enorme hoeveelheden energie vrij.
Dat is een belangrijk omslagpunt in het leven van de jonge ster.
Wanneer is een protoster een echte ster?
De overgang van protoster naar ster is geen plotselinge gebeurtenis waarbij op één moment een lichtschakelaar wordt omgezet.
Het is een proces waarin de jonge ster steeds verder samentrekt en verandert.
Wanneer stabiele kernfusie in de kern op gang komt en de ster een langdurig evenwicht bereikt tussen zwaartekracht en de druk vanuit het hete binnenste, begint de stabiele levensfase van de ster.
De protoster is dan uitgegroeid tot een echte ster.
Vanaf dat moment begint het lange deel van zijn bestaan waarin hij gedurende lange tijd energie kan produceren.
Hoe lang duurt de protosterfase?
De protosterfase is relatief kort vergeleken met het totale leven van veel sterren.
Afhankelijk van de massa en omstandigheden kan het proces van protoster naar stabiele ster honderdduizenden tot miljoenen jaren beslaan.
Een zware ster kan zich anders ontwikkelen dan een lichte ster.
Bij zware sterren verloopt de vorming bovendien sneller omdat ze grote hoeveelheden materiaal kunnen verzamelen.
Toch blijft het een proces dat voor mensen onmogelijk rechtstreeks van begin tot einde te volgen is.
Hoe kunnen we protosterren zien?
Protosterren zijn moeilijk zichtbaar in gewoon zichtbaar licht.
Dat komt doordat ze zich vaak diep in dichte wolken van gas en stof bevinden.
Het stof rond een jonge ster kan een groot deel van het zichtbare licht tegenhouden.
Daarom gebruiken astronomen onder andere infraroodtelescopen en radiotelescopen om jonge sterren te bestuderen.
Deze waarnemingen kunnen door de stofwolken heen kijken en informatie geven over de temperatuur, beweging en structuur van het jonge systeem.
Waarom zijn protosterren belangrijk voor sterrenkunde?
Protosterren geven astronomen de mogelijkheid om de vroegste fase van het leven van een ster te onderzoeken.
Een volwassen ster laat vooral zien hoe een ster er tijdens zijn stabiele levensfase uitziet. Een protoster laat juist zien hoe zo’n ster wordt opgebouwd.
Door veel verschillende jonge sterren te bestuderen kunnen wetenschappers onderzoeken:
- hoeveel materiaal een jonge ster verzamelt;
- hoe accretieschijven ontstaan;
- hoe magnetische velden het proces beïnvloeden;
- hoe jets ontstaan;
- hoe de uiteindelijke massa van een ster wordt bepaald;
- wanneer kernfusie begint.
Protosterren zijn daardoor belangrijke natuurlijke laboratoria voor het begrijpen van stervorming.
Protosterren en toekomstige planeten
De schijf rond een protoster is niet alleen belangrijk voor de groei van de ster zelf.
Het materiaal dat rond de jonge ster achterblijft kan uiteindelijk de grondstof vormen voor een planetenstelsel.
Stofdeeltjes kunnen samenklonteren tot steeds grotere objecten. Na verloop van tijd kunnen daaruit planeten en andere hemellichamen ontstaan.
Een protoster kan daardoor worden gezien als het centrum van een systeem dat nog volop in ontwikkeling is.
De ster zelf is nog niet volledig gevormd, terwijl de eerste bouwstenen van zijn toekomstige planetenstelsel al aanwezig kunnen zijn.
Kunnen meerdere protosterren tegelijk ontstaan?
Ja. Een grote gaswolk kan op verschillende plaatsen tegelijk instorten.
Daardoor kunnen meerdere protosterren dicht bij elkaar ontstaan.
In sommige gevallen blijven deze jonge sterren door hun onderlinge zwaartekracht bij elkaar. Uiteindelijk kunnen ze een sterrenhoop vormen of onderdeel worden van een groter sterrenstelsel.
In andere gevallen verspreiden de sterren zich na verloop van tijd steeds verder.
De geboorte van sterren vindt daardoor vaak plaats in groepen in plaats van volledig afzonderlijk.
Een protoster verandert voortdurend
Tijdens de protosterfase verandert vrijwel alles.
De hoeveelheid massa neemt toe, de temperatuur in het centrum stijgt en de omgeving rond de jonge ster wordt voortdurend opnieuw gevormd.
Gas valt naar binnen, materiaal draait rond de ster en soms worden jets de ruimte in gestuurd.
Ook de schijf rond de protoster verandert voortdurend.
Wat vanaf grote afstand misschien een klein lichtpunt lijkt, is in werkelijkheid een zeer actief systeem dat zich over enorme tijdschalen ontwikkelt.
Van protoster naar jonge ster
Uiteindelijk komt er een moment waarop de protoster voldoende massa heeft verzameld en de omstandigheden in het centrum geschikt zijn voor stabiele kernfusie.
De toevoer van materiaal uit de omgeving neemt af en de jonge ster komt steeds dichter bij een stabiele toestand.
De periode van intense vorming loopt daarmee ten einde.
De ster is nu klaar om aan het volgende grote hoofdstuk van zijn bestaan te beginnen.
Een jonge ster in wording
Een protoster is een bijzonder moment in de geschiedenis van een ster.
Het is de fase waarin een grote wolk van gas en stof al is veranderd in een compact object, maar waarin de uiteindelijke ster nog moet worden opgebouwd.
Zwaartekracht, accretie, draaiing, magnetische velden en jets werken samen tijdens dit proces.
Uiteindelijk ontstaat uit deze turbulente omgeving een ster die zelfstandig energie kan produceren.
De protoster vormt daarmee de brug tussen een geboortegebied vol gas en stof en een echte ster die jarenlang, miljoenen of miljarden jaren kan blijven stralen.
Een protoster is het moment waarop een ster nog niet helemaal een ster is, maar zijn uiteindelijke vorm al begint te krijgen.