Home |  Mass loss Recipes |  Thesis |  Publications |  CV

My Thesis (get the pdf file here!)


Samenvatting onderzoek

In dit proefschrift is het mechanisme van ``stralingsgedreven'' winden van massieve sterren onderzocht. Om enigszins te kunnen begrijpen wat dit nu eigenlijk inhoudt, zal er eerst iets verteld worden over wat massieve sterren zijn en daarna zal ik proberen uit te leggen hoe sterwinden ontstaan. Wat zijn massieve sterren? Sterren komen voor in allerlei soorten en maten. De meeste sterren in ons universum zijn relatief licht zoals de ster die ons zo na aan het hart ligt: de Zon. Er zijn echter ook sterren die wel 100 keer zo zwaar zijn als de Zon. Zo'n zware ster is niet alleen groot en zwaar, maar ook bijzonder helder. Een zware ster met een gewicht van zo'n 100 zonsmassa's zendt zoveel energie in de vorm van licht (straling) uit dat zo'n massieve ster wel een miljoen keer helderder is dan de Zon. Gelukkig staan deze sterren veel verder weg dan onze buurman, want anders zouden wij op Aarde levend verbranden! De rol van de zwaartekracht en gasdruk In de natuurkunde speelt het evenwicht tussen krachten vaak een belangrijke rol. Als er op een lichaam twee krachten werken die tegengesteld gericht zijn, zal het lichaam alleen dan stil blijven staan wanneer deze twee krachten precies even groot zijn. Als echter de ene kracht groter is dan de andere, zal er sprake zijn van een ``netto'' kracht in een van de twee richtingen. Het lichaam zal nu niet langer in evenwicht kunnen blijven, maar onvermijdelijk in beweging komen. In de sterrenkunde is vaak het evenwicht tussen de naar binnen toe gerichte zwaartekracht en allerlei naar buiten toe gerichte krachten van belang. Zwaartekracht is de kracht die ervoor zorgt dat een appel uit de boom valt, omdat simpelweg alle materie elkaar aantrekt. Daarom ondervindt de appel een neerwaarts gerichte kracht door de aanwezigheid van de ``zware'' aarde. Een voorbeeld van een naar buiten toe gerichte kracht is de gasdruk. Een gas kun je je voorstellen als een verzameling deeltjes; hoe sneller deze deeltjes bewegen, hoe hoger de bewegingsenergie van het gas is en dit drukt men uit met behulp van het begrip ``gasdruk''. Winden op aarde komen voort uit het bestaan van gebieden van zogenaamde ``hoge'' en ``lage'' gasdruk. Als er zich in Duitsland een hoge drukgebied bevindt en in Frankrijk een gebied van lage druk, dan zullen er gassen in de aardse atmosfeer in de richting van Duitsland naar Frankrijk willen stromen en dit zorgt voor winden in de aardse atmosfeer. De ``balans'' tussen de naar binnen gerichte zwaartekracht en de naar buiten gerichte gasdruk speelt een essenti\"ele rol bij het vormen van sterren. Iedere ``gaswolk'' in het heelal bevat een bepaalde hoeveelheid bewegingsenergie t.g.v. de warmtebeweging van de deeltjes en dus ook gasdruk. Als nu de dichtheid van het gas op bepaalde plekken toeneemt, dan zal op die plekken de onderlinge zwaartekracht van het gas plaatselijk toenemen. Als de naar binnen gerichte zwaartekracht plaatselijk groter wordt dan de naar buiten gerichte gasdruk, dan zal de gaswolk ter plekke gaan instorten, en kan er zich een gasbol vormen. Als na het instorten van zo'n gaswolk een ``stabiele'' ster ontstaan is, zullen de temperatuur en de druk in het centrum van de gasbol opgelopen zijn tot extreem hoge waarden. Hierdoor kan er kernfusie optreden in het binnenste van de ster. Bij dit proces worden lichte deeltjes zoals ``waterstofatomen'' omgezet in zwaardere deeltjes zoals helium, koolstof en zuurstof. Dit zijn de deeltjes waaruit ook wij, de mens, zijn opgebouwd! Bij het proces van kernfusie komt energie vrij die vervolgens naar buiten vervoerd wordt en de energie wordt uitgezonden in de vorm van licht. Dit is de reden waarom we sterren kunnen zien! Nu een ster is geboren en kernfusie processen ondergaat, zal hij voortdurend van structuur ofwel van opbouw veranderen. Tegenwoordig kunnen sterrenkundigen met computers tot soms grote nauwkeurigheid voorspellingen doen over de precieze levensloop van sterren zoals de Zon. De totale levensduur van sterren loopt uiteen van enkele miljoenen tot enkele miljarden jaren. Aan het einde van haar leven zal de brandstof in het centrum van de ster uitgeput raken, dit betekent dat de ster uiteindelijk, net als de mens, zal ``sterven''. Bij zware sterren zal dit sterven op spectaculaire wijze plaatsvinden in een enorme explosie, deze gigantische knallen worden supernova's genoemd, en na de knal zal er een compact eindproduct overblijven. Voor de experts onder ons: neutronensterren of zwarte gaten. Wat zijn sterwinden? Uit het voorafgaande zou men kunnen denken dat de balans van krachten zorgt voor een volledig stabiele ster. Dit is echter niet helemaal waar. Aan de rand van de ster is er namelijk iets bijzonders aan de hand. Je kunt je vast wel voorstellen dat de druk van het gas aan de rand van de ster veel hoger is dan net buiten de ster, waar nauwelijks gasdeeltjes aanwezig zijn. Door dit drukverschil is er dus voortdurend sprake van een ``uit evenwicht'' situatie. Met andere woorden de naar buitentoe gerichte gasdruk kan de zwaartekracht op de rand van de ster ``overwinnen en de buitenlagen van de ster wegblazen. Dit verschijnsel noemt men een ``sterrenwind''. Ook de Zon heeft zo'n wind: de zonnewind. We merken het bestaan van de zonnewind bijvoorbeeld door het verschijnsel op Aarde dat ``Aurora Borealis'' oftewel ``het Noorderlicht'' heet. Dit verschijnsel treedt op wanneer de Zon zeer actief is in het uitstoten van materie. Stralingsgedreven sterwinden Tot nu toe hebben we gesproken over gasdeeltjes en gasdruk, maar ook licht kan een ``druk'' uitoefenen. In de moderne natuurkunde kan licht worden opgevat als een verzameling ``lichtdeeltjes'' (in natuurkundig vakjargon ``fotonen'' genoemd) die net als de gewone gasdeeltjes kunnen botsen en zo hun druk over kunnen brengen op materie. Dit betekent dat ook het mechanisme van lichtdruk kan zorgen voor het verlies van materie aan de rand van een ster. Dit noemen we dan ``stralingsgedreven''winden. Het mechanisme van stralingsdruk blijkt voor de Zon niet zo belangrijk te zijn. Feitelijk is de Zon hier niet helder genoeg voor. Toch heeft de Zon wel een wind, maar die wordt veroorzaakt door de gewone ``gasdruk''. Hoewel de Zon gedurende z'n gehele levensloop materie verliest, blijkt de hoeveelheid materie dusdanig klein te zijn dat dit feitelijk verwaarloosbaar is voor de structuur en de levensloop van de Zon zelf. Volledig anders is deze situatie voor zware sterren. Hoewel massieve sterren ``slechts'' honderd keer zo zwaar zijn als de Zon, hebben ze wel een miljoen keer zo grote helderheid. Dit enorme reservoir aan lichtdeeltjes kan bij zware sterren zorgen voor een zeer effici\"ente stralingsdruk, die de zwaartekracht gemakkelijk kan overwinnen en de buitenlagen van de ster wegblaast. Deze sterrenwind voor zware sterren is dusdanig groot dat de ster gedurende haar gehele leven wel de helft van haar massa kwijtraakt. Je kunt je wel voorstellen dat dit gigantische consequenties heeft voor de interne structuur en levensloop van deze sterren! Bovendien heeft het enorme massaverlies een grote invloed op haar omgeving en de rest van het heelal. Per jaar wordt er namelijk een hoeveelheid materie uitgestoten, die net zo groot is als de massa van de gehele aarde! Het is belangrijk om te beseffen dat de deeltjes die in het verleden in winden van zware sterren uitgezonden werden, namelijk deeltjes van stikstof en zuurstof, ook de samenstelling van de aardse dampkring vormden. Zonder deze sterwinden zou leven op aarde dan ook niet mogelijk zijn! Het probleem voor dit proefschrift De ontwikkeling van de stralingsgedreven windtheorie voor zware sterren is niet nieuw. Belangrijke artikelen op dit gebied bestaan feitelijk al vanaf het begin van de jaren '70. In de laatste decennia is de stralingsgedreven windtheorie echter vergeleken met steeds nauwkeuriger waarnemingen, maar de waarnemingen bleken niet te kloppen met de theorie. De hoeveelheid materie die met de stralingsgedreven windtheorie werd voorspeld bleek te laag te zijn in vergelijking met de waarnemingen. Dit probleem is in dit proefschrift onderzocht. Het resultaat van dit proefschrift In dit proefschrift zijn intensieve computerberekeningen gedaan om de hoeveelheden materie verlies van zware sterren met behulp van stralingsgedreven windmodellen nauwkeurig te voorspellen. Dat er voor dit soort berekeningen computers nodig zijn, komt doordat er veel verschillen soorten deeltjes zijn en dat deze deeltjes in eigenschappen flink van elkaar verschillen. Daar komt nog eens bij dat de berekening van de straling niet zo maar eventjes in wiskundige formules op papier geschreven kan worden. Essentieel voor de berekeningen van de stralingsdruk in dit proefschrift is dat er nu netjes rekening gehouden is met het feit dat in werkelijkheid de lichtdeeltjes aan de sterrand meerdere malen hun stralingsdruk op de materie kunnen overbrengen en niet slechts \'{e}\'{e}n keer. Het rekening houden met deze {\em meervoudige} botsingen is een boekhoudkundig zware klus, zodat computerberekeningen onvermijdelijk zijn. De berekingen hebben laten zien dat door netjes rekening te houden met de meervoudige botsingen van de lichtdeeltjes met de gasdeeltjes, de hoeveelheden uitgestoten materie nauwkeurig voorspeld kunnen worden. Het is gelukt om over een groot bereik van sterparameters voorspellingen te doen die nu {\em wel} kloppen met de waarnemingen! Nu we in staat zijn om precies uit te rekenen hoeveel materie massieve sterren verliezen, kunnen we beter voorspellen hoe de levensloop van zware sterren eruit zal zien. Bovendien kunnen we nu berekenen met hoeveel materie de sterwinden het universum verrijken, waaruit weer nieuwe sterren en planeten gevormd kunnen worden. Het moge duidelijk zijn dat er nog veel interessant sterrenkundig onderzoek in het verschiet ligt!

"Stellingen" behorende bij het proefschrift "Radiation-driven wind models of massive stars" Jorick Sandor Vink 20 november 2000 1. De waargenomen ``sprong'' in de eindsnelheid van sterwinden rond spectraal type B1 wordt veroorzaakt door recombinatie van ijzer. 2. Stralingsgedreven windmodellen, met in rekening gebrachte ``meervoudige verstrooiingen'', kunnen de waargenomen hoeveelheden massaverlies van O sterren goed verklaren. 3. Het massaverlies van OB sterren wordt grotendeels bepaald door de stralingsdruk op ijzeratomen. Eindsnelheden worden daarentegen voornamelijk bepaald door koolstof, stikstof en zuurstof. Dit betekent dat de zgn. ``CNO cyclus'' geen invloed zal hebben op het massaverlies van zware sterren. 4. Om karakteristieke eigenschappen van appels te bepalen, verdient het aanbeveling om appels met peren te vergelijken en niet met koeien. Zo zou een studie naar de verschillende typen winden van #``Centrale Sterren van Planetaire Nevels'' de sleutel kunnen zijn tot het begrip van de winden van massieve ``Wolf-Rayet'' sterren. 5. Het onderzoeken van het universum maakt het leven mooi. Mocht reincarnatie ons terugbrengen als mieren op aarde, valt het te hopen dat we verrekijkers meekrijgen om de wereld buiten onze mierenhoop te bestuderen. 6. De kwaliteit van voordrachten gehouden door afstuderende studenten torent veelal uit boven die van gevestigde wetenschappers. 7. Waarnemers aanbidden veelal meerdere goden; theoreten geloven daarentegen maar in \'{e}\'{e}n God, ...en die is toevallig theoreet. 8. FC Utrecht eindigt dit jaar tussen de zevende en negende plaats. 9. Aangezien Nederland sneller ``veramerikaniseert'' dan Amerika zelf, zullen we binnen afzienbare tijd gewoon spreken over de ``vernederlandsing'' van Amerika. 10. Positieve discriminatie is goed fout. 11. Nederlanders hebben geen flauw benul hoe moeilijk het voor vreemdelingen is ons land, zelfs al is het maar voor korte tijd, te bezoeken. Het verdient derhalve aanbeveling de vreemdelingenwet op het *eigen volk eerst* toe te passen. 12.Het is verbazingwekkend te constateren dat het bestuursgebouw van de Universiteit Utrecht nog niet is omgedoopt tot {\it 't Hooft}gebouw.









Publication list
© jsv at arm.ac.uk