Het Hertzsprung-Russelldiagram

ESA's Gaia-satelliet plaatste meer dan vier miljoen sterren in één diagram van kleur tegenover helderheid.

Een diagram om sterren in te delen

Begin jaren 1900 zetten twee astronomen onafhankelijk van elkaar sterren in een diagram op basis van helderheid en kleur of spectraalklasse: Ejnar Hertzsprung in Denemarken en Henry Norris Russell in de Verenigde Staten. Waren sterren willekeurig verdeeld, dan zouden de stippen overal staan. Dat was niet zo. De meeste lagen langs één diagonale band, met daarboven een aparte groep heldere, koele sterren en later eronder een groep zwakke, hete sterren. Dit heet nu het Hertzsprung-Russelldiagram, of HR-diagram. Het is een van de meest gebruikte hulpmiddelen in de sterrenkunde.

Twee eigenschappen zorgen vaak voor verwarring. De temperatuur loopt achterstevoren, met heet links, omdat de oude reeks O B A F G K M van links naar rechts werd geschreven. Bovendien zijn beide assen logaritmisch. Elke stap omhoog op de lichtkrachtas is tien keer zoveel licht, van een tienduizendste van de Zon tot een miljoen Zonnen. Anders zouden de Zon en zwakke sterren onderaan samengedrukt worden tot een onzichtbare lijn.

De groepen

• Hoofdreeks: de diagonale band van hete, heldere sterren linksboven naar koele, zwakke rode dwergen rechtsonder. Deze sterren fuseren waterstof in hun kern. Volgens NASA staat ongeveer 90% van de sterren op de hoofdreeks, waaronder de Zon.
• Reuzen: koele maar heldere sterren boven de hoofdreeks, zoals Arcturus en Aldebaran. ESA beschrijft de rode-reuzentak als de arm die de hoofdreeks verlaat en naar rechts buigt als sterren ouder worden en opzwellen.
• Superreuzen: bovenaan het diagram, zoals Rigel en Betelgeuze, met tienduizenden keren het vermogen van de Zon of meer.
• Witte dwergen: hete maar zwakke sterren linksonder, zoals Sirius B, de kernen die zonachtige sterren achterlaten.

Waarom zijn hete witte dwergen toch zwak? Gebruik de formule uit het kleurenhoofdstuk: lichtkracht = straal² × (temperatuur ÷ 5772)⁴. Sirius B is ongeveer 25 200 K. Alleen daardoor zou elke vierkante meter 360 keer zo helder zijn als het zonsoppervlak. Maar de straal is slechts 0.0086 zonnestraal en 0.0086² is ongeveer 0.000074. Vermenigvuldig en de hele ster straalt ongeveer 0.027 Zonnen uit. Betelgeuze werkt andersom: koeler dan de Zon en dus zwakker per vierkante meter, maar met ongeveer 524 000 keer zoveel oppervlak. Zo straalt ze als tienduizenden Zonnen.

Dat laten de stippellijnen in het model zien. Langs elke lijn hebben sterren dezelfde straal, van 0.01 Zonnen linksonder tot 1000 Zonnen rechtsboven. Witte dwergen liggen rond de 0.01-lijn, de hoofdreeks loopt van ongeveer 0.1 tot ongeveer 10 en superreuzen reiken naar 1000. Uit de positie lees je dus drie dingen tegelijk af: temperatuur, lichtkracht en grootte.

Een momentopname, geen route

Je zou de hoofdreeks kunnen zien als een weg die elke ster aflegt. Volgens NASA's onderwijsmateriaal is het juist een momentopname van veel sterren met verschillende massa's. De massa bepaalt de plek op de hoofdreeks: zware sterren linksboven, lichte rechtsonder. Een ster blijft daar het grootste deel van haar leven in de buurt. Pas als de kernwaterstof opraakt, verlaat ze de hoofdreeks en beweegt omhoog en naar rechts als reus. Zet ‘Toekomstige baan van de Zon’ aan voor de verwachte globale route: omhoog langs de reuzentak en later omlaag naar de witte dwergen. De lijn is een schets, geen berekening.