Evolutie van de sterren: het Hertzsprung-Russelldiagram

Sterren komen voor in verschillende groottes, kleuren en temperaturen. Alleen al in ons Melkwegstelsel bevinden zich naar schatting honderden miljarden sterren. Het spreekt dus voor zich dat astronomen een methode nodig hebben om al deze verschillende sterren te classificeren. Een belangrijk hulpmiddel hiervoor is het Hertzsprung-Russelldiagram. 

Copyright afbeelding: ESO Hertzsprung-Russell Diagram

Op het eerste gezicht lijkt dit diagram misschien heel ingewikkeld, maar de basis is eigenlijk eenvoudig. De horizontale as geeft de oppervlaktetemperatuur van een ster weer, uitgedrukt in graden Kelvin. Kelvin is, net als Celsius, een temperatuurschaal die veel gebruikt wordt in de wetenschap. Opvallend is dat de temperatuur op de horizontale as afneemt van links naar rechts: de heetste sterren staan links en de koelste sterren rechts. De verticale as geeft de absolute helderheid of magnitude van de ster weer. In het bovenstaande diagram wordt de helderheid uitgedrukt ten opzichte van de helderheid van de Zon.

Sterren in verschillende kleuren

Sterren kunnen op basis van hun kleur worden ingedeeld. Op de horizontale as zien we de letters O, B, A, F, G, K en M. Dit is de volgorde van heet naar koel. O-sterren zijn zeer heet en blauw, terwijl M-sterren veel koeler en rood zijn. Op het bovenstaande diagram duidt de gele pijl de Zon aan. Als je vanaf de positie van de Zon een denkbeeldige verticale lijn naar beneden trekt, zie je dat de Zon een G-type ster is.

De Zon behoort bovendien tot de hoofdreeks, de diagonale band waarin de meeste sterren zich bevinden. 

Naast de hoofdreeks zien we in het diagram ook andere groepen sterren, zoals reuzen, superreuzen en witte dwergen. Deze verschillende gebieden houden verband met verschillende stadia in het leven van een ster. Zie je dat het Hertzsprung-Russelldiagram helemaal niet ingewikkeld is? Kijk bijvoorbeeld naar Betelgeuze, de opvallende rood-oranje ster in de schouder van het wintersterrenbeeld Orion. Betelgeuze is een M-type rode superreus. Haar positie in het HR-diagram vertelt ons dus iets over haar temperatuur, helderheid en evolutionaire toestand.

Evolutie van begin tot einde

De evolutie van een ster begint in een grote wolk van gas en stof die onder invloed van zwaartekracht samentrekt. In het centrum ontstaat een energetische protoster. Wanneer de temperatuur en de druk hoog genoeg worden, begint de kernfusie. 

Copyright afbeelding: ESA Stellar evolution

Sterren starten hun leven in het Hertzsprung-Russelldiagram op de hoofdreeks. In het binnenste van de ster wordt door kernfusie waterstof in helium omgezet. Wanneer de waterstof in de kern grotendeels is opgebruikt, verandert de structuur van de ster en verlaat ze de hoofdreeks. 

Vanaf dit stadium speelt de massa van de ster een belangrijke rol. Minder massieve sterren, zoals sterren met een massa vergelijkbaar met die van de Zon, zullen uiteindelijk stoppen met kernfusie. Nadat de waterstof in de kern van de ster is opgebruikt, begint ze uit te zetten. De temperatuur aan het oppervlak van de ster daalt terwijl haar diameter groter wordt. De ster wordt dan roder en wordt een rode (super)reus genoemd. Gedurende dit stadium worden de buitenste lagen van de ster steeds minder stabiel en uiteindelijk worden ze de ruimte in geslingerd. Zo ontstaat een prachtige planetaire nevel die gas en stof van de buitenste lagen van de ster bevat. In het midden van de nevel blijft de extreem hete kern van de ster over, dat wordt een witte dwerg genoemd. Deze witte dwerg straalt voornamelijk in het ultraviolet en doet de nevel daardoor oplichten. Witte dwergen zijn ongeveer even groot als de Aarde, maar ze hebben een massa die vergelijkbaar is met die van de Zon.

Het tweede scenario is dat van een ster met een grotere massa, ongeveer acht keer de zonnemassa. Deze sterren verlaten de hoofdreeks sneller en kunnen evolueren tot superreuzen. Ze doen aan kernfusie van steeds zwaardere elementen. Bij de fusie van elementen tot en met ijzer komt energie vrij. De fusie van ijzer tot nog zwaardere elementen kost echter energie in plaats van energie op te leveren. Hierdoor kan de ster haar eigen zwaartekracht uiteindelijk niet meer tegenhouden. De kern stort dan in en de buitenste lagen van de ster worden met enorme kracht de ruimte in geslingerd: er ontstaat een supernova. 

Een supernova kan een helderheid bereiken die vergelijkbaar is met die van een volledig sterrenstelsel. Een supernova kan daardoor gedurende weken zichtbaar zijn. Wat overblijft is de kern van de ster. Afhankelijk van de massa van de oorspronkelijke ster kan dat een neutronenster of een zwart gat worden. 

Neutronensterren en zwarte gaten

Neutronensterren zijn zeer compact en klein. Ze kunnen zo groot zijn als een stad en toch een massa hebben die vergelijkbaar is met die van de Zon. Op onderstaande afbeelding zie je een vergelijking van de grootte van een neutronenster met de omgeving van de stad Hannover in Duitsland. 

Copyright afbeelding: NASA's Goddard Space Flight Center

Zwarte gaten zijn nog compacter. Ze kunnen ontstaan wanneer de kern van een zeer massieve ster instort. Rond een zwart gat bevindt zich een gebied waar de zwaartekracht zo sterk is dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen. Daarom worden ze 'zwarte' gaten genoemd. Ze zijn dus niet letterlijk zwart; we kunnen ze alleen niet rechtstreeks zien.

Neutronensterren en zwarte gaten kan je niet terugvinden op het Hertzsprung-Russelldiagram. Dit komt omdat neutronensterren aanvankelijk extreem hoge temperaturen hebben en vervolgens relatief snel afkoelen. Hun evolutie verloopt daardoor anders dan die van gewone sterren. Bij zwarte gaten kunnen we de temperatuur niet bepalen op dezelfde manier als bij sterren met een zichtbaar oppervlak. Daarom hebben ze geen gewone plaats in het diagram.

Ideaal middel om sterren te begrijpen

Het Hertzsprung-Russelldiagram is dus niet alleen een manier om sterren te classificeren, maar geeft ons ook een beeld van hun evolutie. Vooral de massa van een ster bepaalt hoe haar leven verloopt en hoe ze uiteindelijk haar leven beëindigt: als witte dwerg, neutronenster of zwart gat. 

Tekst: Negin Asghari

25 september 2026