DE STERREN VAN DE STERREN VAN NIJLANDNIJLAND

Ruim 30 jaar waarneming van Mira sterrenRuim 30 jaar waarneming van Mira sterren wat zijn dat voor sterren?wat zijn dat voor sterren?

de zon wordt eens een Mira ster … en dan? de zon wordt eens een Mira ster … en dan?

C. de JagerC. de Jager

Oudemans was directeur van Utrecht Oudemans was directeur van Utrecht (1856 – 1857 en 1875 – 1897) Foto: Réunion, expeditie Venusovergang (1856 – 1857 en 1875 – 1897) Foto: Réunion, expeditie Venusovergang

De wiskundige Nijland opvolger De wiskundige Nijland opvolger van Oudemans?? van Oudemans?? • Albertus A. Nijland promoveerde 1896 Albertus A. Nijland promoveerde 1896 cum laude cum laude op een op een

wiskundig onderwerp.wiskundig onderwerp.• Was inmiddels observator aan de sterrenwachtWas inmiddels observator aan de sterrenwacht• Maar kan een wiskundige wel directeur van de Maar kan een wiskundige wel directeur van de

sterrenwacht worden als opvolger van Oudemans? sterrenwacht worden als opvolger van Oudemans? • Nijland promoveerde 1897 opnieuw, en weer Nijland promoveerde 1897 opnieuw, en weer cum laudecum laude

maar nu op een sterrenkundig onderwerp (doormeting maar nu op een sterrenkundig onderwerp (doormeting van een sterrenhoop)van een sterrenhoop)

• Volgde 1898 Oudemans op Volgde 1898 Oudemans op

Nijland – rector in 1912Nijland – rector in 1912

Nijland’s probleem: Wat zal het onderzoek Nijland’s probleem: Wat zal het onderzoek program worden van de sterrenwacht?program worden van de sterrenwacht?

• Zeer beperkte financiële middelenZeer beperkte financiële middelen• Maar wel had de sterrenwacht een goede kijker, Maar wel had de sterrenwacht een goede kijker,

toen een van de grotere van Europatoen een van de grotere van Europa• Enkele jaren van divers oriënterend onderzoekEnkele jaren van divers oriënterend onderzoek• Tenslotte (herfst 1904): ik ga voor de rest van Tenslotte (herfst 1904): ik ga voor de rest van

mijn carrière het helderheidsverloop van mijn carrière het helderheidsverloop van langperiodiek veranderlijke langperiodiek veranderlijke sterren waarnemen sterren waarnemen

• Hoe doen we dat? Hoe doen we dat?

Visuele helderheidsschattingenVisuele helderheidsschattingen

- De vier helderste sterren - De vier helderste sterren zijn van links naar rechts zijn van links naar rechts genummerd van 1 t/m 4genummerd van 1 t/m 4- Sterren 2 t/m 4 hebben - Sterren 2 t/m 4 hebben magnituden 4,8, 3,7 en 4,3magnituden 4,8, 3,7 en 4,3- Schat nu de magnitude - Schat nu de magnitude van ster nummer 1!van ster nummer 1!

- Wat schat u? - Wat schat u?

Onnauwkeurig maar toch voldoende Onnauwkeurig maar toch voldoende

• Dit is niet erg nauwkeurig maar de helderheidsfluctuatie Dit is niet erg nauwkeurig maar de helderheidsfluctuatie van de Mira sterren is groot (enkele magnitudes)van de Mira sterren is groot (enkele magnitudes)

• Nijland’s schattingen waren door goede ervaring vrij Nijland’s schattingen waren door goede ervaring vrij nauwkeurig: zijn nauwkeurig: zijn helderheidsstapjeshelderheidsstapjes hadden een waarde hadden een waarde van 0,11 magnitudenvan 0,11 magnituden

• Zo kreeg hij toch een resultaat met voldoende relatieve Zo kreeg hij toch een resultaat met voldoende relatieve nauwkeurigheid. nauwkeurigheid.

• Nacht na nacht werd waargenomen; gemiddeld 3000 Nacht na nacht werd waargenomen; gemiddeld 3000 metingen per jaarmetingen per jaar

• Nijland: “Nijland: “de meest productieve waarnemer van zijn tijdde meest productieve waarnemer van zijn tijd” ”

Voorbeeld: de 17Voorbeeld: de 17ee van zijn 35 sterren; 1905 - 1936 (R CnV) van zijn 35 sterren; 1905 - 1936 (R CnV)

Proceedings of the Royal Netherlands Proceedings of the Royal Netherlands Academy of SciencesAcademy of Sciences

• Alle metingen werden na bewerking Alle metingen werden na bewerking gepubliceerd in de Proceedings van de Kon. gepubliceerd in de Proceedings van de Kon. Nederlandse Akademie van WetenschappenNederlandse Akademie van Wetenschappen

• De eerste ster (W Herculis) in 1930De eerste ster (W Herculis) in 1930• De laatste (RW Lyrae) in 1941 – deze publicatie De laatste (RW Lyrae) in 1941 – deze publicatie

was na het overlijden van Nijland (1936) was na het overlijden van Nijland (1936) geschreven door J. van der Biltgeschreven door J. van der Bilt

• Samen: 35 sterrenSamen: 35 sterren

DE EERSTE LANGPERIODIEK VERANDERLIJKE STER WERD EERSTE LANGPERIODIEK VERANDERLIJKE STER WERD ONTDEKT DOOR D. FABRICIUS (1596): ONTDEKT DOOR D. FABRICIUS (1596): MIRA CETI MIRA CETI ‘DE ‘DE VERWONDERLIJKE UIT DE WALVIS’ (HEVELIUS, 1662)VERWONDERLIJKE UIT DE WALVIS’ (HEVELIUS, 1662)

Wat zijn dit voor sterren; Wat zijn dit voor sterren; wie ontdekte ze? wie ontdekte ze?

David Fabricius (1564 – 1617)David Fabricius (1564 – 1617)

• Predikant in Osteel, Oost Friesland Predikant in Osteel, Oost Friesland • Ontdekte 1596 de veranderlijkheid van een ster Ontdekte 1596 de veranderlijkheid van een ster

in de Walvis – Mira Ceti in de Walvis – Mira Ceti • Ontdekte 9 maart 1611 met zijn zoon Johannes Ontdekte 9 maart 1611 met zijn zoon Johannes

zonnevlekken en 13 juni 1611 de zonne-rotatie zonnevlekken en 13 juni 1611 de zonne-rotatie • Zijn ‘Calendarium Historicum’ (1593 – 1612) gaf Zijn ‘Calendarium Historicum’ (1593 – 1612) gaf

meteorologische waarnemingen (“frost, wat meteorologische waarnemingen (“frost, wat nachtfrost, temlicht warm” .. enz.)nachtfrost, temlicht warm” .. enz.)

• Werd 7 mei 1617 vermoord in Osteel Werd 7 mei 1617 vermoord in Osteel

Mira Ceti – De verwonderlijke in de WalvisMira Ceti – De verwonderlijke in de Walvis

Mira aan zuidelijke hemel, dicht bij eclipticaMira aan zuidelijke hemel, dicht bij ecliptica(Sterrengids midden oktober, 0 uur)(Sterrengids midden oktober, 0 uur)

Sterke helderheidvariatiesSterke helderheidvariaties

Mira was de eerste veranderlijke Mira was de eerste veranderlijke ster die ontdekt werdster die ontdekt werd

Fabricius dacht aanvankelijk met een nova te maken te hebben, tot Fabricius dacht aanvankelijk met een nova te maken te hebben, tot hij (een klein jaar later) de ster opnieuw zag ophelderenhij (een klein jaar later) de ster opnieuw zag ophelderen

Grote helderheidsamplitude (ca. 6 à 7 magnituden) met Grote helderheidsamplitude (ca. 6 à 7 magnituden) met jaarlijkse onderbreking (zon staat dan dichtbij Mira) jaarlijkse onderbreking (zon staat dan dichtbij Mira)

Gedurende enkele maanden onzichtbaarGedurende enkele maanden onzichtbaar

• Zo is te begrijpen dat Fabricius even dacht met Zo is te begrijpen dat Fabricius even dacht met een nova te doen te hebben – tot de ster een nova te doen te hebben – tot de ster opnieuw verscheenopnieuw verscheen

• Johann Bayer (1603) gaf naam Omicron Ceti (de Johann Bayer (1603) gaf naam Omicron Ceti (de 15e ster uit de Walvis)15e ster uit de Walvis)

• 1638: Johan Fokkens Holwarda (1618 – 1651): 1638: Johan Fokkens Holwarda (1618 – 1651): periode is 11 maanden; later bepaald op 332 dperiode is 11 maanden; later bepaald op 332 d

• 1662: Hevelius gaf de bijnaam Mira Ceti (de 1662: Hevelius gaf de bijnaam Mira Ceti (de wonderbaarlijke uit de Walvis) wonderbaarlijke uit de Walvis)

We kennen nu enkele duizenden Mira sterrenWe kennen nu enkele duizenden Mira sterren

• Koele sterren – oppervlakte temperaturen rond 2000 tot Koele sterren – oppervlakte temperaturen rond 2000 tot 3000 graden3000 graden

• Absolute helderheden tussen 1000 en 3000 maal die van Absolute helderheden tussen 1000 en 3000 maal die van de zonde zon

• Gemiddelde middellijn 200 maal de zonGemiddelde middellijn 200 maal de zon• Massa vrij gering: ca. 1 tot 2 maal de zonMassa vrij gering: ca. 1 tot 2 maal de zon• Dus: zwaartekracht versnelling ca. 0,5 mm/sDus: zwaartekracht versnelling ca. 0,5 mm/s22

• Lichtamplitude tussen 2,5 tot 11 magnitudes (= factoren Lichtamplitude tussen 2,5 tot 11 magnitudes (= factoren 10 tot 25 000)10 tot 25 000)

• Perioden van helderheidswisseling tussen 80 en 1000 Perioden van helderheidswisseling tussen 80 en 1000 dagen; soms verandert de lengte van de periode dagen; soms verandert de lengte van de periode

Mira’s zijn pulserende sterrenMira’s zijn pulserende sterren

Blijkt doordat de radiële snelheid (= snelheid in de Blijkt doordat de radiële snelheid (= snelheid in de gezichtslijn) varieert en wel synchroon met de gezichtslijn) varieert en wel synchroon met de helderheid. Blijkt ook uit opnamen met hoog helderheid. Blijkt ook uit opnamen met hoog

oplossend vermogenoplossend vermogen

Verloop middellijn met faseVerloop middellijn met fasester is het helderst als hij op zijn kleinst isster is het helderst als hij op zijn kleinst is

Hubble ruimte telescoop ziet de pulsatieHubble ruimte telescoop ziet de pulsatie

Mira: een wonderlijke ster. Mira: een wonderlijke ster. Enkele bijzonderhedenEnkele bijzonderheden

Prototype van een belangrijke Prototype van een belangrijke groep sterren groep sterren

Enkele gegevensEnkele gegevens

• Afstand: 130 pc = 420 lichtjarenAfstand: 130 pc = 420 lichtjaren• Middellijn varieert tijdens pulsatie tussen Middellijn varieert tijdens pulsatie tussen

ca. 250 en 380 maal die van de zonca. 250 en 380 maal die van de zon• Oppervlakte temperatuur varieert tijdens Oppervlakte temperatuur varieert tijdens

pulsatie tussen 2200 en 3300 graden K pulsatie tussen 2200 en 3300 graden K • Als gevolg van de pulsaties: steeds een Als gevolg van de pulsaties: steeds een

onregelmatige vormonregelmatige vorm

Er is een zwakkere begeleider; Er is een zwakkere begeleider; opname in Röntgenstraling. opname in Röntgenstraling.

De begeleiderDe begeleider

• Mira B ook wel VZ Ceti genoemdMira B ook wel VZ Ceti genoemd• Afstand tot hoofdster ongeveer 100 AE Afstand tot hoofdster ongeveer 100 AE

(Astronomische eenheden; 1 AE = 150 (Astronomische eenheden; 1 AE = 150 miljoen km))miljoen km))

• Een omloop in ca. 500 jaar Een omloop in ca. 500 jaar

Reuzenster met een staart! Reuzenster met een staart! (Loopt (Loopt met 130 km/sec door de ruimte)met 130 km/sec door de ruimte)

Grote snelheid Grote snelheid

• Mira loopt met ongewoon hoge snelheid (130 Mira loopt met ongewoon hoge snelheid (130 km/seconde) door het gas tussen de sterren - km/seconde) door het gas tussen de sterren - interstellair gasinterstellair gas

• Botsende wisselwerking van dit gas met het Botsende wisselwerking van dit gas met het door de ster uitgestoten gas door de ster uitgestoten gas

• Veroorzaakt boeggolven en staartVeroorzaakt boeggolven en staart• Staart vooral zichtbaar in ultraviolet licht – duidt Staart vooral zichtbaar in ultraviolet licht – duidt

op vrij hoge temperatuur (15.000 tot 30.000 op vrij hoge temperatuur (15.000 tot 30.000 graden): verhitting door botsing van sterrengas graden): verhitting door botsing van sterrengas met interstellair gas met interstellair gas

Vergelijk met kogel door lucht Vergelijk met kogel door lucht

Staartlengte wordt in 30.000 jaar Staartlengte wordt in 30.000 jaar afgelegd. Duidt dit op periodiek afgelegd. Duidt dit op periodiek massaverlies? massaverlies?

Mira pulseert,waarom?Mira pulseert,waarom?

Waarom pulseren sommige Waarom pulseren sommige sterren?sterren?• Wisselwerking tussen naar binnen en naar Wisselwerking tussen naar binnen en naar

buiten gerichte krachtenbuiten gerichte krachten• Naar binnen: de aantrekking van de Naar binnen: de aantrekking van de

zwaartekracht zwaartekracht • Uitwaarts: de druk, som van gasdruk en Uitwaarts: de druk, som van gasdruk en

stralingsdrukstralingsdruk• In een stabiele ster zijn die twee krachten In een stabiele ster zijn die twee krachten

met elkaar in evenwichtmet elkaar in evenwicht

Waarom pulseren de buitenste Waarom pulseren de buitenste lagen van sommige sterren ? lagen van sommige sterren ? • Stap 1: stel dat de uitwaarts gerichte som van Stap 1: stel dat de uitwaarts gerichte som van

gas- en stralingsdruk sterker is dan de inwaartse gas- en stralingsdruk sterker is dan de inwaartse aantrekking door zwaartekracht: gevolg is dat de aantrekking door zwaartekracht: gevolg is dat de ster (of een deel ervan) expandeert ster (of een deel ervan) expandeert

• Stap 2: Grotere ster betekent minder Stap 2: Grotere ster betekent minder zwaartekracht, maar de druk is nog sneller zwaartekracht, maar de druk is nog sneller afgenomen; dus zwaartekracht overheerst; afgenomen; dus zwaartekracht overheerst; daardoor remt te expansie daardoor remt te expansie

Waarom sommige sterren pulserenWaarom sommige sterren pulseren

• Stap 3: de uitzettende ster bereikt het Stap 3: de uitzettende ster bereikt het evenwicht (dan: zwaartekracht = evenwicht (dan: zwaartekracht = uitwaartse druk). Maar … de beweging uitwaartse druk). Maar … de beweging schiet door.schiet door.

• Stap 4: Als beweging tenslotte tot stilstand Stap 4: Als beweging tenslotte tot stilstand is gekomen is de druk kleiner dan de is gekomen is de druk kleiner dan de inwaartse zwaartekrachtaantrekkinginwaartse zwaartekrachtaantrekking

• Stap 5: de ster krimpt weer ineen Stap 5: de ster krimpt weer ineen

Waarom sommige sterren pulserenWaarom sommige sterren pulseren

• Stap 6: De zwaartekrachtaantrekking neemt al Stap 6: De zwaartekrachtaantrekking neemt al inkrimpend weer toe maar de uitwaarts gerichte inkrimpend weer toe maar de uitwaarts gerichte druk neemt sterker toedruk neemt sterker toe

• Stap 7: zo komt het inkrimpen weer tot stilstand Stap 7: zo komt het inkrimpen weer tot stilstand • Stap 8: Nu is de druk weer groter dan de Stap 8: Nu is de druk weer groter dan de

aantrekking en zijn we weer in stap 1aantrekking en zijn we weer in stap 1• Een pulserende ster is dus een ‘harmonische Een pulserende ster is dus een ‘harmonische

oscillator’. Maar waarom blijft hij pulseren? oscillator’. Maar waarom blijft hij pulseren?

Slingeren kost energie – Slingeren kost energie – waarom blijft de ster pulseren?waarom blijft de ster pulseren?• Een slinger wordt altijd gedempt tenzij regelmatig Een slinger wordt altijd gedempt tenzij regelmatig

slinger-energie wordt toegevoerdslinger-energie wordt toegevoerd• Bij bepaalde waarden van de temperatuur in de ster Bij bepaalde waarden van de temperatuur in de ster

wordt de inkomende stralingsenergie gebruikt om het wordt de inkomende stralingsenergie gebruikt om het gas te ioniseren – waterstofatomen worden dus gesplitst gas te ioniseren – waterstofatomen worden dus gesplitst in protonen en elektronenin protonen en elektronen

• Het gas wordt minder doorzichtig; de energie van de van Het gas wordt minder doorzichtig; de energie van de van binnen komende straling wordt geblokkeerd en de binnen komende straling wordt geblokkeerd en de gasdruk neemt toe en overheerst de aantrekking gasdruk neemt toe en overheerst de aantrekking

• De regelmatig toegevoerd energie die het pulseren in De regelmatig toegevoerd energie die het pulseren in stand houdt is dus stralingsenergiestand houdt is dus stralingsenergie

Bepekt gebied van temperatuur Bepekt gebied van temperatuur en stralingsenergieen stralingsenergie• Dit betreffende temperatuurgebied mag Dit betreffende temperatuurgebied mag

niet te ver binnen in de ster zitten en niet te ver binnen in de ster zitten en evenmin niet te ver buiten de sterevenmin niet te ver buiten de ster

• Dit betekent dat slechts een beperkte Dit betekent dat slechts een beperkte groep sterren zal kunnen blijven pulseren groep sterren zal kunnen blijven pulseren

• Dit blijken vrij koele reuzensterren te zijn – Dit blijken vrij koele reuzensterren te zijn – jawel! De Mira’s jawel! De Mira’s

Nu de zon Nu de zon

• De zon bestond aanvankelijk uit waterstof De zon bestond aanvankelijk uit waterstof (~90%) en helium (~10%) en nog 1% of 2% (~90%) en helium (~10%) en nog 1% of 2% zwaardere elementenzwaardere elementen

• In de kern wordt waterstof in helium omgezetIn de kern wordt waterstof in helium omgezet• Daar is dus steeds minder waterstof aanwezig Daar is dus steeds minder waterstof aanwezig • De zon gaat feller stralen en aan het eind van De zon gaat feller stralen en aan het eind van

zijn leven komt de toestand waarin pulsaties zijn leven komt de toestand waarin pulsaties gehandhaafd blijven: zon wordt een Mira ster gehandhaafd blijven: zon wordt een Mira ster

Als alle waterstof in de kern is omgezet stort de Als alle waterstof in de kern is omgezet stort de Mirai sterineen tot witte dwerg en buitenlagen Mirai sterineen tot witte dwerg en buitenlagen worden weggeblazen – planetaire nevel worden weggeblazen – planetaire nevel (Ringnevel) (Ringnevel)

Ander voorbeeld: er is in dit geval meer dan Ander voorbeeld: er is in dit geval meer dan één explosie geweest. één explosie geweest. DDe Katoog nevele Katoog nevel

Besluit: de evolutieBesluit: de evolutie

• Mira sterren zijn zon-achtige sterren die Mira sterren zijn zon-achtige sterren die aan het eind van hun leven zijnaan het eind van hun leven zijn

• Ze hebben al veel kernbrandstof verbruikt Ze hebben al veel kernbrandstof verbruikt en hebben naar schatting nog slechts en hebben naar schatting nog slechts enkele tientallen miljoenen jaren te levenenkele tientallen miljoenen jaren te leven

• Eindfase zal een witte dwerg zijnEindfase zal een witte dwerg zijn• Ook de zon zal (over ca. 5 miljard jaar) Ook de zon zal (over ca. 5 miljard jaar)

een Mira ster worden en nog iets later een een Mira ster worden en nog iets later een witte dwergwitte dwerg

Deze presentatie kan nagelezen Deze presentatie kan nagelezen worden op worden op www.cdejager.comwww.cdejager.com op blad ‘op blad ‘presentatiespresentaties’ door te ’ door te kiezen: ‘kiezen: ‘Mira sterrenMira sterren’. ’.