Beroemde wetenschappers: Henry Norris Russell

Tot aan het begin van de 19e eeuw konden astronomen niet veel meer doen dan kijken naar de nachtelijke hemel en de bewegingen van de sterren in kaart brengen. Maar de astrofysica bracht veel nieuwe mogelijkheden. De Amerikaan Henry Norris Russell was één van de eerste astrofysici (zie afbeelding links) Hij stelde een kleur-helderheidsdiagram op voor onderzoek naar de levensloop van sterren. Dit zogenoemde HR-diagram is nog steeds een bron voor sterrenkundigen.

Astrofysica: een nieuwe richting in de astronomie

Astrofysica, de studie van de samenstelling en evolutie van de sterren, werd mogelijk gemaakt door spectroscopie: de 19e eeuwse wetenschappers wisten dat wit licht uit kleuren bestond en dat je licht kon splitsen zodat dit spectrum (scala van opeenvolgende kleuren) zichtbaar werd. In 1814 splitste de Duitse natuurkundige Joseph von Fraunhofer licht van de zon en ontdekte dat er in de kleurbanden donkere lijnen te zien waren. Later onderzoek wees uit dat deze lijnen veroorzaakt werden door verschillende elementen in de zon die een deel van het licht absorbeerden. Aan het patroon van de lijnen konden wetenschappers zien welke elementen (stoffen en gassen) in de zon aanwezig waren. Het werd duidelijk dat astronomen ook de samenstelling van andere sterren te weten konden komen door het spectrum van die sterren te analyseren.

Russells onderzoek naar de levenscyclus van sterren

Aan het begin van de 20e eeuw waren astronomen aan de Harvard Universiteit in de VS bezig sterren in te delen naar hun spectrum. Hun werk kwam onder de aandacht van Henry Norris Russell, hoogleraar astronomie. Hij was vooral geïnteresseerd in de levenscyclus van de sterren en dacht dat de nieuwe indeling hem misschien meer informatie kon verschaffen. In 1913 tekende Russell een grafiek aan de hand van de gegevens van Harvard. Hij berekende de positie van elke ster door haar kleur uit te zetten tegen haar lichtsterkte. Omdat de kleur van een ster de temparatuur aangeeft -blauwe sterren zijn het heetst, rode het koelst- zette hij ook de temperatuur tegen de helderheid uit. Hij ontdekte dat de meeste sterren in een schuine lijn van linksboven naar rechtsonder liepen: de hoofdreeks (zie diagram volgende alinea).

De Hertzsprung-Russell-diagram

Er waren uitzonderingen. Sommige sterren verschenen rechtsboven; die waren dus koel maar helder. Ze moesten wel enorm groot zijn, zodat ze ondanks hun koelte toch veel licht gaven. Ze werden rode reuzen genoemd. Sommige sterren verschenen linksonder; die waren dus heet maar gaven niet zo veel licht. Dit kwam omdat ze een grote dichtheid hadden, maar te klein waren om fel te schijnen. Ze werden witte dwergen genoemd. Astronomen leerden de grafiek langzaam te interpreteren. Ze ontdekten dat een ster haar leven begint in de hoofdreeks, waar zij waterstof omzet in helium om energie te produceren. Wanneer de voorraad waterstof opraakt klapt de ster ineen, waardoor de kern heet wordt en de buitenste lagen zich uitzetten. De lagen koelen daarna af en worden rood, zodat er een rode reus ontstaat. Uiteindelijk drijven ze weg in de ruimte. Alleen de kern blijft achter. De ster is nu een witte dwerg en sterft binnen afzienbare tijd. De grafiek van Russel, nu bekend als de Hertzsprung-Russell-diagram, tegenwoordig HR-diagram genoemd (zie afbeelding rechts), is niets minder dan een gids voor de evolutie van de sterren. Het diagram wordt door astrofysici over heel de wereld nog altijd veel geraadpleegd.