1. Het stralende levenseinde van zon-achtige sterren
C. de Jager
PLANETAIRE
NEVELS

2. WAAROM PLANETAIRE NEVELS?
• Ze hebben toch niets met planeten te maken?
• Het zijn gaswolken
• Maar, gezien door een niet te grote en niet te
goede telescoop zien sommige ronde vlekjes er
uit als een planeetje
• Zo heeft de ontdekker van de planeet
Uranus, William Herschel, omstreeks 1784 even
gedacht een nieuwe planeet te hebben ontdekt
toen hij een rond object in zijn kijker zag

3. IS DIT EEN PLANEET OF EEN GASNEVEL?

4. WIE WAS HERSCHEL?
• Friedrich Wilhelm Herschel een Duitse muzikant uit Hannover
• Hannover‟s vorst was de Britse koning George II
• Zo raakten Wilhelm en zijn broer in Engeland, waar William o.m. hoboïst
werd
• Hij ontwikkelde daar, naast zijn muziek, ook kennis van de
sterrenkunde, bouwde meer dan honderd telescopen
• Ontdekte de planeer Uranus in maart 1781 en bedacht de naam planetaire
nevel
• Werd lid van de Royal Society, werd benoemd tot „the King’s astronomer’ en
kreeg veel meer eerbewijzen

5. HERSCHEL‟S 40 VOET TELESKOOP

6. DE SPECTROSCOOP GAF UITSLUITSEL
• De spectroscopie werd ontwikkeld in de 19e eeuw
• Een vaste stof of een ster heeft een continu spectrum
• Een gas heeft een lijnenspectrum; de golflengte van de lijnen
toont over welke gassen het gaat
• Huggins (augustus 1864) maakte spectra van enkele planetaire
nevels en vond dat deze objecten gasvormig zijn
• Zo werd Herschel‟s vermoeden bevestigd, dat we met
gasnevels te maken hadden

7. Enkele voorbeelden.
Ze zijn niet alle bolrond
PLANETAIRE NEVELS IN SOORTEN

8. DE CITROEN NEVEL

9. DE HALSBAND NEVEL – SCHIJFVORMING?
NIET BOLVORMIG?

10. RINGNEVEL IN DE LIER (MESSIER 53; OOK GEEN BOL)

11. DE NEVELS EXPANDEREN – ZE WORDEN
LANGZAAM GROTER – OM EEN HETE STER
• Zetten uit met snelheden van enkele km/sec
• Massa is ~ 0,1 tot 1 zonsmassa; afmeting ongeveer
een lichtjaar (10 biljoen km)
• In het midden een kleine, hete ster
• Gastemperatuur is ca. 10 000 graden, maar kan hoger
zijn
• Nabij de centrale ster is de temperatuur van het gas in
een enkel geval ongeveer 100.000 graden

12. DE CENTRALE STER BLIJKT EEN HETE WITTE
DWERG TE ZIJN !
• Witte dwergen zijn eindfasen van de evolutie van
sterren met massa‟s als die van de zon
• Dit leidt direct naar de vraag of die eindfase
gekoppeld kan zijn aan het ontstaan van planetaire
nevels
• Als dat zo is, hoe gaat dat?
• We bezien nu eerst de evolutie van de zon en
vergelijkbare sterren

13. Interstellaire gaswolken zijn de broedplaatsen
van sterren; gaswolken krimpen samen door
de aantrekkingskracht
STERREN ONTSTAAN DOOR
SAMENKLONTEREN VAN
INTERSTELLAIR GAS

14. IN DE ORION NEVEL WORDEN VEEL STERREN
GEBOREN

15. HET CENTRALE DEEL VAN DE ORION NEVEL; STERREN
VERSCHOLEN IN SAMENKRIMPENDE GASWOLKEN

16. DAARIN ONDER MEER HET TRAPEZIUMSTELSEL;
EEN ONSTABIEL STELSEL DAT NIET LANG KAN BESTAAN; GETUIGE VAN DE JEUGD

17. DONKERE WOLK: STOF . IN HET LICHTENDE
DEEL ZIJN AL EEN OF MEER STERREN GEBOREN

18. IN W40 ZIJN 600 JONGE STERREN GETELD
(DE GESLOTEN GASSLIERTEN ZIJN RESTEN VAN SUPERNOVA EXPLOSIES)

19. STERRENBEELD ORION OMRINGD DOOR
RESTEN VAN SUPERNOVA EXPLOSIES

20. Een grafiek waarin de helderheid van
elke ster is uitgezet tegen de
oppervlaktetemperatuur of de kleur –
elke ster één puntje
HERTZSPRUNG-RUSSELL DIAGRAM
BESCHRIJFT LEVENSLOOP VAN STERREN

21. HOOFDREEKS EN RODE-REUZENTAK
VOORBEELDEN: ZON OP HOOFDREEKS; BETELGEUZE IS RODE REUS

22. DE EERSTE 20 MILJOEN JAREN VAN DE ZON:
HET PAD IN HET HERTZSPRUNG-RUSSELL DIAGRAM. PRE-ZON LOOPT NAAR
HOOFDREEKS EN WORDT EEN ECHTE STER

23. DE ZON BLIJFT DAARNA BIJNA 10 MILJARD JAAR OP
OF NABIJ DE HOOFDREEKS. LICHT ONTSTAAT DAN
UIT KERNFUSIE: DE WATERSTOF-HELIUM REACTIE

24. ALS WATERSTOF MINDERT STIJGT CENTRALE
TEMPERATUUR – GEVOLG: STER STRAALT FELLER EN KLIMT IN HET
HR DIAGRAM OMHOOG RICHTING RODE REUZEN TAK

25. ZIJSTAPJE: DE EVOLUTIE VAN STERREN VAN
DIVERSE MASSA‟S

26. NA ONGEVEER TIEN MILJARD JAAR IS DE ZON
EEN RODE REUS GEWORDEN, AARDE EN MARS
ZIJN OPGESLOKT

27. BETELGEUZE: VOORBEELD VAN EXTREME RODE REUS

28. Als de brandstof opgeraakt is kan de zon niet meer
stralen; de stralingsdruk verdwijnt en de ster stort
ineen. We beschrijven dit voor sterren met massa‟s
tussen ca. 0,8 en 8 maal die van de zon
LAATSTE FASE: GEEN BRANDSTOF MEER

29. DE STER STORT INEEN TOT EEN WITTE DWERG. EEN
VOORBEELD DAARVAN: DE SIRIUS BEGELEIDER

30. WAT IS EEN WITTE DWERG?
• Een ster met massa als van de zon en omvang als van
de aarde.
• Gevolg is grote zwaartekracht aantrekking en grote
dichtheid, tot meer dan 1 miljoen kg per liter.
• Het zijn sterren met uiterst ineengedrukte en daardoor
dunne maar zeer dichte atmosferen
• Geen kernfusie; ster straalt nog wel een beetje door
ineen te krimpen: ‟val-energie‟.

31. EXPLOSIE BIJ HET INEENSTORTEN
• Bij het ineen storten „valt‟ gas naar het centrum
• Waar blijft die val-energie?
• Wordt deels gebruikt voor verhitten van de ster
• Een ander deel wordt omgezet in explosie-energie.
Daardoor worden de buitenlagen weggeblazen
• Een zich uitbreidende gaswolk vormt zich om de ster:
de planetaire nevel

32. SCHETS VAN DE EVOLUTIE VAN DE ZON

33. “… wat is het toch treurig dat mijn zo fraaie
theorie ontkracht wordt door smerige
feiten” (E. Schatzman, Franse theoreticus)
ZO ONTSTAAN PLANETAIRE NEVELS.
EEN FRAAIE THEORIE MAAR …

34. DE HELIX NEVEL. MEER DAN ÉÉN EXPLOSIE?

35. NOGMAALS DE RINGNEVEL. VEEL ZWAKKE EXPLOSIES
VOORAFGAAND AAN DE EINDEXPLOSIE

36. HET „KOSMISCH OOG’: GEEN BOLVORMIGE
EXPLOSIE

37. ABELL 78 ASYMMETRISCH EN MEERVOUDIG

38. NGC 6543 DE KATOOG NEVEL; MINSTENS DRIE
EXPLOSIES

39. NGC 6326

40. NGC 7027

41. DE SATURNUSNEVEL

42. ABELL 35 NEVEL MET „BOEGGOLF‟?

43. NGC 1650

44. DE ESKIMO NEVEL

45. Er kunnen meerdere explosies plaats vinden bij
(en voor?) het ontstaan van een witte dwerg
De explosie hoeft niet bolvormig te zijn
Dus: (1) niet eenmalig, (2) niet bol-symmetrisch
WAT DEZE NEVELS ONS LEREN

46. Magneetvelden of de aanwezigheid van een
begeleider/dubbelster kunnen asymmetrische
vorm van gaswolk wel verklaren
ASYMMETRIE IS WEL TE VERKLAREN

47. FLEMING-1, EEN NEVEL OM EEN
DUBBELE WITTE DWERGSTER

48. DUBBELE WITTE DWERG !
• Er was dus eerst een paar „gewone‟ sterren
• Ze draaiden om elkaar: een dubbelster
• Aan het eind van hun levens werd de een na de ander
een witte dwerg
• Tenminste een van de twee dwergen is blijkbaar heet
genoeg om de nevel tot lichten te brengen
• De onderlinge aantrekking verklaart de vreemde vorm
van de nevel

49. Is dit wel te verklaren? Bekijk
nu in detail de energieproductie
in een oude zonachtige ster
EEN NIET-EENMALIG PROCES

50. WAT GEBEURT ALS WATERSTOF OPGERAAKT IS?
• De kern van de ster bestaat dan uit heliumgas
• In een zon-achtige ster kan dit niet verder
fuseren – temperatuur is daarvoor te laag
• De ster-kern produceert dus geen stralingsdruk
meer en stort dus ineen: gaswolk om ster
• Maar dan wordt ook de temperatuur van het
binnenste hoger; wat gebeurt nu?

51. TOCH WEER KERNFUSIE !
• Als de temperatuur gestegen is tot ca. 200 miljoen graden
zal helium toch gaan fuseren en wel tot koolstof en nabij de
ster-kern gaat waterstof weer fuseren: schilfusie.
• Sterke stralingsdruk doet buitenlagen van de ster
opzwellen; deel van het gas wordt weggeblazen – zo
ontstaat weer een klein planetaire nevelschilletje
• Tegelijk is de ster heter geworden; fusie gaat versneld door;
Ook in de kern begint He te fuseren tot C
• Het heliumgas in de ster-kern raakt snel op

52. KERN STORT IN; SCHILBRONFUSIE
• Als alle helium in de kern in koolstof is overgegaan
wordt daar geen straling meer geproduceerd:
temperatuur is daarvoor te laag
• Ster-kern stort opnieuw ineen
• Dan gebeurt weer hetzelfde: opblazen van de ster doet
weer een planetaire nevel schil ontstaan.
• De geproduceerde hitte doet stertemperatuur
toenemen : heliumfusie in een schil om de kern

53. LAATSTE FASE: HETE WITTE DWERG
• In de laatste fase zijn alle fusiemogelijkheden
uitgeput (althans: voor sterren niet zwaarder
dan 8 maal de zon)
• Dan stort de ster-kern verder ineen, wordt een
hete witte dwerg
• Een nevelschil ontstaat als de buitenlagen voor
het laatst worden weggeblazen

54. Aan het levenseind van een zon-achtige ster ondergaat
deze een reeks van krachtige explosie-achtige pulsaties;
elk daarvan kan leiden tot uitzending van een gaswolk en
zo een nevelschil doen ontstaan
SAMENGEVAT: EEN REEKS VAN ENKELE
FORMIDABELE PULSATIES

55. SCHEMATISCH IN HET H-R DIAGRAM

56. De verdere levensgeschiedenis
van nevel en ster
DE PLANETAIRE NEVEL

57. HETE STER DOET DE NEVEL STRALEN
• Zolang de centrale ster heet genoeg is zal de
ultraviolette straling daarvan de nevel tot emissie
brengen
• Maar wanneer de energie van de fotonen van de ster te
klein is geworden (als ster afgekoeld is) kunnen de
atomen van de nevel niet meer tot stralen gebracht
worden
• Dit is na 3000 tot 6000 jaren al het geval
• Een planetaire nevel is dus slechts korte tijd te zien

58. PLANETAIRE NEVEL OM HETE (140 000 K) WITTE DWERG

59. : MOOI VOORBEELD: ABELL 30 TOONT MINSTENS
TWEE EXPLOSIES
• Afstand en verwijderingssnelheid van een
buitenste nevelschil tonen dat deze schil 12 500
jaar geleden ontstond
• Werd ca. 7500 jaar geleden „dus„ onzichtbaar
• Nieuwe explosie ca. 850 jaar geleden
• Nieuwe nevel ontstond en ook de „oude‟ werd
door UV licht van de ster weer zichtbaar

60. ABELL 30: MINSTENS TWEE EXPLOSIES

61. Zal heel langzaam afkoelen; wordt gele
en daarna rode dwerg en verdwijnt na
tientallen miljarden jaren uit het zicht
WAT GEBEURT MET DE WITTE DWERG?

62. SLOTVRAAG: WAAROM DIE GRENZEN VAN 0,8 EN
8 MAAL DE ZONSMASSA?
• Sterren lichter dan 0,8 zonsmassa krimpen wel
als de hoeveelheid kernbrandstof uitgeput is
maar kunnen niet ineen storten tot een witte
dwerg; daar is te weinig massa voor aanwezig
• Vermoedelijk worden dit de „bruine dwergen‟

63. DE BOVENGRENS VAN 8 ZONSMASSA‟S
• In sterren zwaarder dan 8 zonsmassa‟s wordt ten
slotte de temperatuur in het centrum zo hoog dat zelfs
koolstof en helium fuseren tot nog zwaardere
elementen, zoals zuurstof, neon, en zelfs tot
silicium, magnesium en meer …
• Daarna imploderen ze: een supernova en over blijft
een neutronenster. Daarvan is de dichtheid ongeveer
een miljard maal zo groot als die van een witte dwerg

64. NOG EEN ANDERE GRENSMASSA: 40 ZONSMASSA‟S
• Sterren zwaarder dan ca. 40 zonsmassa‟s
worden na de eindexplosie een zwart gat;
daaruit ontsnapt materie noch licht
• Hun „ontsnappingssnelheid‟ is namelijk
groter dan die van het licht

65. DANK U !