Zware sterren, supernova's en hun overblijfselen

Als de kern van een zware ster ijzer wordt, raakt de brandstof binnen dagen op en stort de kern in.

Snel leven

NASA legt de grens tussen verschillende stereindes bij ongeveer acht zonnemassa's. Een zwaardere ster begint als elke andere: instorten uit een wolk en waterstof fuseren op de hoofdreeks. Maar ze staat in het hete, heldere gebied linksboven in het HR-diagram. De brandstof verbrandt razendsnel. Volgens NASA duurt het hele proces maar enkele miljoenen jaren, tegenover ongeveer 10 miljard voor de Zon. Betelgeuze heeft volgens NASA ongeveer 15 zonnemassa's, is circa 10 miljoen jaar oud en is al een rode superreus.

Lagen zoals in een ui

Als de kernwaterstof opraakt, fuseert een zware ster helium tot koolstof, net als kleinere sterren. Maar haar kern is zwaar genoeg om door te gaan. Na helium fuseert ze koolstof tot neon, dan neon tot zuurstof, zuurstof tot silicium en ten slotte silicium tot ijzer. Elke nieuwe brandstof brandt in de kern, terwijl de eerdere in schillen eromheen blijven branden. Zo krijgt het binnenste lagen als een ui, met ijzer in het centrum. Volgens NASA levert elke volgende brandstof minder tijd op. Bij de fusie van silicium tot ijzer raakt de brandstof binnen enkele dagen op.

Bij ijzer stopt het. IJzer fuseren tot iets zwaarders kost energie in plaats van energie vrij te maken. De kern verliest dus de druk die haar overeind hield. In een fractie van een seconde stort ze in, totdat de kernen zo dicht opeen zitten dat ze weerstand bieden. De kern veert terug. Daardoor gaat een schokgolf naar buiten door de ster en ontstaat een supernova: een explosie die korte tijd een heel sterrenstelsel kan overstralen. NASA benadrukt dat het uitgestoten materiaal toekomstige wolken verrijkt. De volgende generatie sterren en planeten bevat zo elementen uit eerdere sterren.

Neutronensterren en zwarte gaten

Wat overblijft hangt af van de massa. Volgens NASA laat een ster met ongeveer 8 tot 20 zonnemassa's een neutronenster achter: meer dan een zonnemassa in een bol zo breed als Manhattan lang is, ongeveer 20 km. De dichtheid overtreft alles op Aarde. Verdeel 1.4 zonnemassa's over een bol met straal 10 km en je krijgt ongeveer 7 × 10¹⁷ kg per kubieke meter. Veel neutronensterren draaien snel. Hun stralingsbundels vegen als een vuurtoren door de ruimte. Kruist een bundel de Aarde, dan zien we een pulsar. Sommige, magnetars, hebben magneetvelden tot duizend keer sterker dan die van een gewone neutronenster.

Bij sterren zwaarder dan ongeveer 20 zonnemassa's vormt de instorting volgens NASA een stellair zwart gat. De zwaartekracht is zo sterk dat binnen de waarnemingshorizon zelfs licht niet kan ontsnappen. Bij een zwart gat van één zonnemassa zou die horizon maar ongeveer 3 km straal hebben. Je vindt zwarte gaten door hun invloed op materie in de buurt. Gas van een begeleidende ster wordt naar binnen getrokken, warmt op in een draaiende schijf en straalt röntgenlicht uit. NASA verwacht dat Betelgeuze eindigt als neutronenster of zwart gat, afhankelijk van de massa die na de supernova overblijft, waarschijnlijk over ongeveer 100 000 jaar.