Ooit wordt de zon een gigantische diamant
We gaan het zelf helaas allemaal niet meer meemaken, maar ooit, in de nog heel verre toekomst, wordt de zon een van de allergrootste diamanten in het universum.
Gigantische vuurbol
We zullen het scenario zo simplistisch mogelijk voorstellen: wetenschappers zijn van oordeel dat de zon ooit zo warm zal worden dat ze met haar hitte alles in ons zonnestelsel, waaronder dus ook de aarde, letterlijk zal verschroeien. Vervolgens zal alles weer afkoelen en dooft de zon uit tot een koude witte ster, waarvan de structuur aan diamant doet denken.
Voorlopig moeten we ons nog geen zorgen maken, want dat zou nog wel een goede vijf miljard jaar kunnen duren.
Voor verdere info gaan we even ten rade bij Wikipedia.
Deze fase treedt in nadat – over circa vijf miljard jaar – vrijwel alle waterstof in de kern van de Zon verbruikt is. De stralingsdruk door de kernfusie neemt dan af en de gravitatie zorgt ervoor dat de kern instort. Deze instorting gaat door totdat de instorting wordt beperkt door het uitsluitingsprincipe van Pauli. De toestand van deze materie voldoet niet meer aan de algemene gaswet omdat de druk nog slechts afhangt van de dichtheid en niet meer van de temperatuur. Deze toestand wordt ontaarde materie genoemd. In een laag rond de kern waar nog niet alle waterstof is omgezet gaat de kernfusie verder. Door de snelle compressie is de temperatuur in deze lagen veel hoger dan in de oorspronkelijke kern, waardoor de straling met een factor 1000 tot 10 000 toeneemt. Door de toegenomen stralingsdruk gaat de buitenste schil van de Zon enorm uitzetten. De straal neemt toe met een factor 250. Het oppervlak van de Zon wordt groter ten opzichte van de stralingsintensiteit waardoor de temperatuur van de fotosfeer afneemt en de golflengte van het licht naar het rode gedeelte van het spectrum verschuift.
De Zon neemt toe tot een bol met een straal van 174 miljoen km en slokt daarmee de planeten Mercurius en Venus op. Deze straal is tot buiten de tegenwoordige aardbaan. Tegen die tijd zou de Aarde wel verder van de Zon kunnen zijn dan nu door de toegenomen stralingsdruk, maar door getijdeneffecten kan de aardbaan juist weer krimpen zodat niet zeker is of de Aarde daadwerkelijk wordt opgeslokt door de Zon. Indien de Aarde niet opgeslokt wordt zal ze toch opwarmen tot een bol lava, waar elke vorm van leven onmogelijk is.
Als de temperatuur van de kern tot 100 000 000 K toeneemt kunnen de relatief stabiele heliumkernen fuseren tot de nog stabielere koolstofkernen en begint een nieuwe fase (Asymptotic Red Giant Branch), met een kern van koolstof omringd door een laag met helium waarin heliumkernen fuseren en daarbuiten een laag met waterstofkernen die tot heliumkernen fuseren.
De kern van een rode ARGB-ster bestaat uit ontaarde materie, waarvan de druk hoofdzakelijk afhangt van de dichtheid en nauwelijks van de temperatuur. Dit veroorzaakt een explosief reactiemechanisme, omdat er na contractie van de ster weer helium van de meer naar buiten gelegen lagen beschikbaar komt voor kernfusie. De temperatuur kan toenemen zonder dat de kern expandeert zodat de fusie nog sneller gaat. Dit proces gaat door doordat tijdens de temperatuurtoename de druk nauwelijks groter wordt. Dit resulteert in een kortdurende fase enkele waarin de fusiesnelheid met een factor van 100 biljoen toeneemt. Pas als de temperatuursafhankelijke druk (veroorzaakt door de druk van de kernen) weer belangrijker wordt dan de gedegenereerde druk (door de elektronen) begint de kern weer uit te zetten en gaat de fusie van Helium weer door in het normale tempo. (Sterren die groter zijn dan 2,5 keer de Zon hebben heliumfusie voordat de kern gedegenereerd is en maken deze fase niet door.)
In rode reuzen treedt een sterke convectie op, wat resulteert in het transport van voornamelijk helium en 15N naar de oppervlakte van de ster. Door neutronenvangst ontstaan daarbij ook zwaardere elementen zoals ijzer en silicium. In de rode reus fase is de sterrenwind veel substantiëler dan in de fase waarin de Zon nu verkeert en verliest de Zon in totaal een derde van haar massa. Het einde van die fase noemen we de post-AGB-fase.
Witte dwerg
Nadat de rode reus zijn buitenlagen heeft afgestoten, blijft er enerzijds een C-O-kern over die men witte dwerg noemt en anderzijds een hoeveelheid materie daar omheen verspreid. De kern gaat krimpen en in temperatuur stijgen. In een ster met genoeg massa zal de hitte uiteindelijk groot genoeg worden om een lading energie uit te stralen, waaronder een groot deel in ultraviolet licht. Daardoor komen de atomen van de circumstellaire materie in geëxciteerde toestand en gaan licht uitstralen. Dit fenomeen noemt men een planetaire nevel.
Men betwijfelt echter sterk of onze Zon genoeg materie heeft om zo’n planetaire nevel te vormen. Het lot van onze Zon is waarschijnlijk dat de witte dwerg licht zal uitstralen en langzaam zal afkoelen om uiteindelijk te doven en een zwarte dwerg te vormen.
Tabel: evolutiemodel
Een berekend model voor de evolutie van de Zon
tijd
(miljard jaar) middellijn
(Zonnu=1) helderheid
(Zonnu=1) temperatuur
oppervlak
(K) centrale
dichtheid
(g/cm3) centrale
temperatuur
(K) massapercentage
waterstof
in kern opmerkingen
–0,035 2×106 ~0 10 10−19 10 70,5% koude gaswolk begint te contraheren
–0,034 2,1 1,6 4400 1,5 4×106 70,5% protoster is ontstaan (T Tauri ster)
–0,010 1,0 1,1 5900 83 13×106 70,5% protoster: overgang naar hoofdreeks
0,0 0,872 0,769 5790 91 14,4×106 70,5% begin als hoofdreeksster: nucleosynthese waterstof in kern
1,0 0,905 0,770 5680 91 13,7×106 63,3%
2,0 0,927 0,824 5710 102 14,1×106 56,0%
3,0 0,952 0,884 5730 116 14,6×106 48,4%
4,0 0,982 0,954 5750 134 15,1×106 40,4%
4,59 (=nu) 1,000 1,000 5770 147 15,5×106 35,5% de huidige Zon
5,0 1,015 1,034 5780 158 15,8×106 31,9%
6,0 1,056 1,126 5780 191 16,6×106 22,7%
7,0 1,104 1,235 5790 243 17,6×106 12,7%
8,0 1,161 1,357 5780 326 18,6×106 2,9%
9,0 1,250 1,548 5760 488 18,9×106 0,09%
10,0 1,39 1,90 5680 860 19,4×106 0,00% waterstof in kern is op
11,0 1,6 2,3 5500 … … 0,00%
12,0 5 12 4900 … … 0,00%
12,17 241 2800 2700 … … 0,00% rode reus (Red Giant Branch); massaverlies
12,25 11 60 4800 … ~160×106 0,00% heliumnucleosynthese;
massa: ~0,81 MZon
12,29 247 4200 2960 … … 0,00% rode superreus (Asymptotic Giant Branch); massaverlies
12,3 0,012 1,4 60 000 5×106 70×106 0,00% witte dwerg;
massa: ~0,68 MZon
13,0 0,012 0,004 13 000 5×106 14×106 0,00%
20,0 0,012 0,000 13 5700 5×106 5×106 0,00%
1000,0 0,012 1,4×10−7 1000 5×106 0,8×106 0,00% koelt verder af tot een zwarte dwerg
Gerelateerde artikelen:
Tags: koude ster, zon diamant, zon wordt diamant