De keuken in een ster
Een paar minuten na de oerknal lag er in het heelal een zeer schamele verzameling klaar: waterstof, helium en sporen van lithium. Zuurstof, koolstof en calcium - de atomen waaruit jij grotendeels bestaat - bestonden toen simpelweg nog niet.
Een ster werkt als een oven onder haar eigen gewicht. De zwaartekracht drukt de kern samen, de temperatuur stijgt en lichte kernen versmelten tot zwaardere. Wanneer een brandstof opraakt, krimpt de kern verder en ontbrandt de volgende - maar elke volgende brandstof brandt heter en sneller dan de vorige. Aan het einde van haar leven is een zware ster opgebouwd als een ui, in lagen.
- IJzerkern - fusie levert geen energie meer op
- Silicium → ijzer: ongeveer een dag
- Zuurstof en neon: maanden
- Koolstof: honderden jaren
- Waterstof → helium: miljoenen jaren
Bij ijzer breekt de keten af: de kern ervan is het sterkst gebonden, en fusie voorbij ijzer levert geen energie meer op maar kost energie. De steun valt weg, de kern stort in minder dan een seconde in en een schokgolf verspreidt de buitenlagen door het sterrenstelsel. Alles wat de ster in miljoenen jaren heeft gemaakt, belandt in interstellair gas - grondstof voor toekomstige planeten. Zo worden ook de zuurstof en het silicium verspreid die vóór de instorting in lagen waren opgebouwd. Maar een explosie is niet de enige uitweg: de koolstof in je eiwitten is meestal nergens ontploft. Die werd rustig weggeblazen door sterrenwinden van kleine sterren aan het einde van hun leven, terwijl ongeveer de helft van het ijzer - precies het ijzer dat nu zuurstof door je bloed vervoert - afkomstig is van explosies van witte dwergen.
Waaruit je bestaat
Als je je lichaam op massa uitsplitst, bestaat bijna twee derde uit zuurstof, vooral als onderdeel van water. Daarna komt koolstof, waaruit elk eiwit is opgebouwd. Calcium houdt je botten bij elkaar, en ijzer maakt maar een fractie van een procent van je lichaam uit - maar het vervoert wel zuurstof in je bloed.
Als je atomen telt in plaats van massa, draait het beeld om: ongeveer 6 van de 10 atomen in jou zijn waterstof. Het is licht en heeft daardoor nauwelijks invloed op je massa.
En die waterstof is precies dezelfde waterstof als uit de eerste minuten van het heelal: hij is nooit in een stellaire kern geweest. Maar bijna al het overige gewicht van je lichaam is wel door een stellaire oven gegaan.
Hoe we dat weten
In 1952 ontdekte Paul Merrill lijnen van technetium in de spectra van verschillende rode reuzen. Technetium heeft geen stabiele isotopen: de isotoop die in sterren zichtbaar is, vervalt binnen honderdduizenden jaren - terwijl een ster miljarden jaren leeft. Het was dus niet al aanwezig toen de ster werd geboren, maar wordt daar nu gevormd.
Het tweede bewijs kwam in 2017, toen astronomen de samensmelting van twee neutronensterren vastlegden en de nagloed konden bekijken. Die doofde precies zoals een wolk van pas gevormde zware elementen hoort uit te doven; strontium werd betrouwbaar herkend aan zijn lijnen, terwijl goud en platina aan het totale patroon werden herkend. Volgens deze waarnemingen ontstaan goud en de andere zwaarste elementen juist bij zulke samensmeltingen.
Elementen in sterren gesmeed - sterk bewijs; oorsprong van goud - minder zeker
Waarom kan een ster geen energie krijgen door kernen zwaarder dan ijzer te versmelten?
Waar komt het ijzer vandaan dat zuurstof door je bloed vervoert?
Bronnen
- Merrill, 1952 - technetium in de spectra van S-sterren
- waarnemingen van de kilonova na de fusie GW170817, 2017. Carl Sagan, ‘Kosmos’: ‘We zijn gemaakt van sterrenmateriaal.’
Volgende in de serie ‘Leven in het heelal’
2 artikelen volledig op de site, nog 3 in de app
