Sterren lijken aan de hemel vaak eeuwig en onveranderlijk, maar ook zij hebben een begin. Een protoster is het allereerste stadium in het leven van een ster, nog voordat kernfusie echt is begonnen. Het is de kosmische “babyfase” waarin een toekomstige ster zich vormt uit een samenklonterende wolk van gas en stof. Protosterren zijn dus letterlijk de kiemen van nieuwe zonnen en andere sterren.
Kortom, protosterren zijn de eerste stap in het levensverhaal van een ster. Ze laten zien hoe sterren uit donkere gaswolken ontstaan en bieden inzicht in het ontstaan van planeten en hele sterrenstelsels. Zonder protosterren zouden we nooit begrijpen hoe ons zonnestelsel en het heelal zich hebben ontwikkeld.
De geboorteplaats: moleculaire wolken
Protosterren ontstaan in moleculaire wolken, gigantische, koude wolken van gas en stof die tientallen tot honderden lichtjaren groot kunnen zijn. Deze wolken bestaan voornamelijk uit waterstof, aangevuld met helium en kleine hoeveelheden zwaardere elementen en stofdeeltjes. Normaal gesproken blijven moleculaire wolken stabiel, maar soms raakt een deel van de wolk instabiel. Dat kan gebeuren door:
- de schokgolf van een nabije supernova,
- botsende wolken of turbulentie binnen de wolk,
- of de zwaartekracht van naburige sterrenstelsels.
Wanneer een stukje van de wolk instort, wordt het gas samengetrokken tot een steeds dichter wordende klomp. Dit vormt de protoster.
Het protoster-stadium: warmte en straling
In dit stadium is de ster nog geen echte ster in de zin van kernfusie. De protoster genereert voornamelijk warmte door samentrekking: hoe dichter de kern wordt, hoe meer zwaartekracht werkt om het materiaal samen te drukken, waardoor de temperatuur stijgt. Een protoster is meestal omgeven door een draaikolk van gas en stof, een accretieschijf genoemd. Deze schijf voedt de ster terwijl ze groeit en vormt vaak de basis voor planeten, kometen en andere objecten in een later planetenstelsel. Protosterren zijn meestal donker in zichtbaar licht, omdat het omringende stof het licht blokkeert. Ze stralen vooral in het infrarood. Daarom waren vroege ontdekkingen van protosterren alleen mogelijk met infraroodinstrumenten en radiotelescopen.
Hoe werden protosterren ontdekt?
Het idee van protosterren ontstond al halverwege de 20e eeuw, toen astronomen begonnen te begrijpen dat sterren uit moleculaire wolken ontstaan. Vroege telescopen konden de donkere wolken nauwelijks doorlichten, waardoor men lange tijd alleen indirect bewijs had. De echte doorbraak kwam met de opkomst van infraroodastronomie in de jaren 1960-1980. Infraroodstraling kan door stofwolken heen dringen, waardoor de warmte van jonge sterren zichtbaar werd.
Belangrijke ontdekkingen waren:
- Orionnevel (M42): infraroodbeelden lieten zien dat hier tientallen jonge sterren in verschillende stadia van vorming aanwezig zijn.
- T Tauri-sterren: een klasse van jonge sterren die nog in het protoster-stadium zitten of net daaruit komen, ontdekt door hun variabele helderheid en sterke infraroodstraling.
Moderne telescopen zoals Spitzer en de James Webb Space Telescope (JWST) hebben het mogelijk gemaakt om protosterren in veel meer detail te bestuderen, ook in verre sterrenstelsels. Ze laten nu zien hoe protosterren omgeven zijn door schijven en soms krachtige materiestromen uitstoten in zogenaamde jets, die honderden lichtjaren ver kunnen reiken.
Belang van protosterren voor de sterrenkunde
Protosterren zijn cruciaal voor ons begrip van:
- Stervorming: ze laten zien hoe moleculaire wolken fragmenteren en sterren ontstaan.
- Planetenvorming: de accretieschijf rond een protoster is de geboorteplaats van planeten en planetenstelsels.
- Kosmische evolutie: protosterren bepalen hoe snel en efficiënt sterren nieuwe generaties chemische elementen produceren.
Door protosterren te bestuderen, leren astronomen hoe sterren en planeten ontstaan, hoe lange de processen duren, en hoe ons eigen zonnestelsel ooit is gevormd.
