een van de meest diepgaande regels in het hele universum is dat niets eeuwig duurt. Met gravitationele, elektromagnetische en nucleaire krachten die allemaal op materie inwerken, zal praktisch alles wat we vandaag waarnemen, veranderingen ondergaan in de toekomst. Zelfs de sterren, de meest enorme collecties die nucleaire brandstof in de kosmos transformeren, zullen ooit allemaal opbranden, inclusief onze Zon.

maar dit betekent niet dat sterdood — als sterren geen nucleaire brandstof meer hebben — eigenlijk het einde is voor een ster als onze Zon. Integendeel, er zijn een aantal fascinerende dingen in petto voor alle sterren als ze eenmaal die eerste, meest voor de hand liggende dood zijn gestorven. Hoewel het waar is dat de brandstof van onze Zon eindig is en we volledig verwachten dat hij een “typische” sterdood ondergaat, is deze dood niet het einde. Niet voor onze Zon, en niet voor zonachtige sterren. Dit komt er nu.

om als een echte ster te worden beschouwd, en niet als een mislukte ster (zoals een bruine dwerg) of een lijk (zoals een witte dwerg of neutronenster), moet je in staat zijn om waterstof te fuseren tot helium. Wanneer een gaswolk instort om een nieuwe ster te vormen, heeft hij veel potentiële gravitatieenergie in zijn diffuse toestand, die wordt omgezet in kinetische (thermische) energie wanneer hij instort. Deze instorting warmt de materie op, en als het heet en dicht genoeg wordt, zal kernfusie beginnen.

na vele generaties van studie van sterren, inclusief waar ze wel en niet vormen, weten we nu dat ze een inwendige temperatuur van ongeveer 4 miljoen K moeten bereiken om waterstof in helium te smelten, en dat vereist minstens ~8% van de massa van onze zon, of ongeveer 70 keer de massa van Jupiter. Minstens zo massief zijn is de minimale vereiste om een ster te worden.

zodra die massa / temperatuur drempel is overschreden, begint de ster waterstof te fuseren tot helium, en zal een van de drie verschillende lotgevallen tegenkomen. Dit lot wordt alleen bepaald door de massa van de ster, die op zijn beurt bepaalt de maximale temperatuur die zal worden bereikt in de kern. Alle sterren smelten waterstof in helium, maar wat daarna komt is temperatuurafhankelijk. In het bijzonder:

• als je ster te laag in Massa is, zal hij alleen waterstof in helium smelten en nooit heet genoeg worden om helium in koolstof te versmelten. Een zuiver heliumsamenstelling is het lot van alle M-Klasse (rode dwerg) sterren, onder ongeveer 40% van de massa van de zon. Dit beschrijft de meerderheid van de sterren in het heelal (op nummer).
• als uw ster net als de zon is, zal deze samentrekken tot hogere temperaturen wanneer de kern geen waterstof meer heeft, en zal heliumfusie (in koolstof) beginnen wanneer de ster opzwelt tot een rode reus. Het zal uiteindelijk bestaan uit koolstof en zuurstof, waarbij de lichtere (buitenste) waterstof-en heliumlagen eraf worden geblazen. Dit gebeurt voor alle sterren tussen ongeveer 40% en 800% van de massa van de zon.
• als je ster meer dan 8 keer de massa van de zon is, zal hij niet alleen waterstof fuseren tot helium en helium tot koolstof, maar zal hij later ook koolstoffusie in gang zetten, wat leidt tot zuurstoffusie, silicium fusie, en uiteindelijk een spectaculaire dood door supernova.

Dit zijn de meest conventionele lotgevallen van sterren, en veruit de drie meest voorkomende. De sterren die massief genoeg zijn om supernova te worden zijn zeldzaam: slechts ongeveer 0,1-0.2% van alle sterren zijn zo massief, en ze zullen ofwel neutronenster of zwarte gat resten achterlaten.

de sterren met de laagste massa zijn de meest voorkomende ster in het heelal, die tussen de 75-80% van alle sterren uitmaken, en zijn ook de langstlevende ster. Met levens die variëren van misschien 150 miljard tot meer dan 100 biljoen jaar, is geen enkele brandstof op in ons 13,8 miljard jaar oude universum. Als ze dat doen, zullen ze witte dwergsterren vormen, volledig gemaakt van helium.

maar zonachtige sterren, die ongeveer een kwart van alle sterren vormen, ervaren een fascinerende doodscyclus wanneer ze geen helium meer in hun kern hebben. Ze transformeren in een planetaire nevel / witte dwerg duo in een spectaculair, maar langzaam, dood proces.

tijdens de rode reuzenfase zullen Mercurius en Venus zeker worden overspoeld door de zon, terwijl de aarde wel of niet kan worden overspoeld, afhankelijk van bepaalde processen die nog niet volledig zijn uitgewerkt. De ijzige werelden achter Neptunus zullen smelten en sublimeren … en zullen de dood van onze ster niet overleven.

zodra de buitenste lagen van de zon zijn teruggekeerd naar het interstellaire medium, zullen er alleen nog een paar verkoolde lijken overblijven van werelden die rond het restant van de witte dwerg van onze Zon cirkelen. De kern, grotendeels samengesteld uit koolstof en zuurstof, zal in totaal ongeveer 50% van de massa van onze huidige zon, maar zal slechts ongeveer de fysieke grootte van de aarde.

Deze witte dwergster blijft extreem lang heet. Warmte is een hoeveelheid energie die vast komt te zitten in een object, maar alleen kan worden uitgestraald via het oppervlak. Stel je voor dat je de helft van de energie neemt in een ster als onze Zon, en die energie dan comprimeert tot een nog kleiner volume. Wat zal er gebeuren?

Het wordt warm. Als je gas in een cilinder neemt en het snel comprimeert, warmt het op: zo werkt een zuiger in je verbrandingsmotor. De rode reuzensterren die witte dwergen veroorzaken zijn veel koeler dan de dwerg zelf. Tijdens de samentrekkingsfase stijgen de temperaturen van zo laag als 3.000 K (voor een rode reus) tot zo ‘ n 20.000 K (voor een witte dwerg). Dit type verwarming is te wijten aan adiabatische compressie, en verklaart waarom deze dwergsterren zo heet zijn.

maar nu moet het afkoelen en kan het alleen wegstralen door zijn kleine, aardoppervlak. Als je nu een witte dwerg zou vormen, op 20.000 K, en hem 13,8 miljard jaar zou geven om af te koelen (de huidige leeftijd van het universum), dan zou hij maar liefst 40 K afkoelen: tot 19.960 k

we hebben verschrikkelijk lang te wachten als we willen dat onze Zon afkoelt tot het punt waarop ze onzichtbaar wordt. Echter, als onze zon geen brandstof meer heeft, zal het universum graag voldoende tijd geven. Zeker, alle sterrenstelsels in de lokale groep zullen samensmelten; alle sterrenstelsels daarbuiten zullen versnellen door donkere energie; stervorming zal vertragen tot een straaltje en de laagste massa rode dwergen zullen door hun brandstof branden. Toch blijft onze witte dwerg afkoelen.

eindelijk, na ongeveer 100 biljoen tot 1 biljard jaar (1014 tot 1015 jaar) voorbij te zijn, zal de witte dwerg die onze zon zal worden uit het zichtbare deel van het spectrum verdwijnen en afkoelen tot slechts een paar graden boven het absolute nulpunt. Nu bekend als een zwarte dwerg, zal deze bol van koolstof en zuurstof in de ruimte gewoon zippen door wat er ook van ons melkwegstelsel wordt, samen met meer dan een biljoen andere sterren en stellaire lijken die overblijven van onze lokale groep.

maar dat is ook niet echt het einde voor onze Zon. Er zijn drie mogelijke lotsbestemmingen die wachten, afhankelijk van hoe gelukkig (of ongelukkig) we worden.

1.) Volledig ongelukkig. Ongeveer de helft van alle sterren lijken in het sterrenstelsel — in de meeste sterrenstelsels — ontstaan als singlet sterrenstelsels, net als onze eigen zon. Hoewel meersterrenstelsels veel voorkomen, met ongeveer 50% van alle bekende sterren in binaire of driesterrenstelsels (of zelfs rijkere), is onze zon de enige ster in ons eigen zonnestelsel.

Dit is enorm belangrijk voor de toekomst, omdat het het buitengewoon onwaarschijnlijk maakt dat onze zon zal samensmelten met een metgezel, of om een metgezel in te slikken of door een andere metgezel te worden opgeslokt. We zouden de kansen trotseren als we fuseerden met een andere ster of stellair lijk. Ervan uitgaande dat we geen geluk hebben, zal het lijk van onze Zon in de toekomst alleen maar talloze zwaartekrachtinteracties zien met de andere massa ‘ s, die zouden moeten culmineren in wat er over is van ons zonnestelsel dat na ongeveer 1017 tot 1019 jaar uit het sterrenstelsel wordt geworpen.

2.) Gelukkig genoeg om te revitaliseren. Je zou kunnen denken, voor een goede reden, dat als de witte dwerg die onze Zon afkoelt, er geen kans is dat hij ooit nog zal schijnen. Maar er zijn vele manieren voor onze zon om een nieuw leven te krijgen, en om zijn eigen krachtige straling weer uit te zenden. Daarvoor heeft het alleen een nieuwe bron van materie nodig. Als zelfs in de verre toekomst onze Zon:

• fuseert met een rode dwergster of een bruine dwerg,
• waterstofgas ophoopt uit een moleculaire wolk of gasvormige planeet,
• of in een ander stellair lichaam terechtkomt,

kan deze kernfusie opnieuw ontsteken. Het eerste scenario zal ten minste miljoenen jaren waterstof verbranden; het tweede zal leiden tot een uitbarsting van fusie bekend als een nova; het laatste zal leiden tot een op hol geslagen supernova explosie, waarbij beide stellaire lijken worden vernietigd. Als we een gebeurtenis als deze ervaren voordat we worden uitgeworpen, zal ons kosmische geluk te zien zijn voor iedereen die in onze Melkweg blijft om getuige te zijn.

3.) Super geluk, waar we verslonden worden door een zwart gat. In de buitenwijken van ons sterrenstelsel, zo ‘ n 25.000 lichtjaar verwijderd van het superzware zwarte gat dat ons galactisch centrum bezet, bestaan alleen de kleine zwarte gaten gevormd door individuele sterren. Ze hebben de kleinste dwarsdoorsnede van een massief object in het universum. Voor zover Galactische doelen gaan, zijn deze stellaire zwarte gaten enkele van de moeilijkste objecten om te raken.

maar af en toe worden ze geraakt. Kleine zwarte gaten, wanneer ze materie tegenkomen, versnellen en trechter het in een accretiestroom, waar een deel van de materie wordt verslonden en toegevoegd aan de massa van het zwarte gat, maar het meeste wordt uitgeworpen in de vorm van jets en ander puin. Deze actieve, lage massa zwarte gaten staan bekend als microquasars wanneer ze opflakkeren, en het zijn zeer reële verschijnselen.

hoewel het hoogst onwaarschijnlijk is dat ons dit zal overkomen, moet iemand de kosmische loterij winnen, en degenen die dat wel doen zullen voedsel voor hun laatste daad worden.

bijna elk object in het universum heeft een groot aantal mogelijkheden voor zover het gaat gebeuren in de verre toekomst, en het is ongelooflijk moeilijk om het lot van een enkel object te bepalen gezien de chaotische omgeving van onze Hoek van de kosmos. Maar door de fysica achter de objecten te kennen die we hebben, en te begrijpen wat de kansen en tijdschalen zijn voor elk type object, kunnen we beter inschatten wat iemands lot zou moeten zijn.

voor onze zon worden we na minder dan 10 miljard jaar een witte dwerg, zullen we na ~1014-1015 jaar vervagen tot een zwarte dwerg, en zullen we na 1017-1019 jaar uit het sterrenstelsel worden geworpen. Tenminste, dat is het meest waarschijnlijke pad. Maar fusies, gasophoping, botsingen, of zelfs verslonden worden zijn ook allemaal mogelijkheden, en ze zullen iemand overkomen, zelfs als wij het waarschijnlijk niet zijn. Onze toekomst is misschien nog niet geschreven, maar we zouden slim zijn om te wedden op een heldere voor biljoenen jaren te komen!