Kinderlezingen

Leeftijden
Om een idee te krijgen van de leeftijden van levende en niet-levende dingen in ons heelal, laat Anna Watts een foto zien van haar dochter. “Zij is nu 9 jaar oud. Hoe oud zijn jullie, jullie ouders en grootouders?” vraagt ze aan haar jonge publiek. De kinderen in de zaal zijn tussen de 7 en de 11 jaar oud. Hun ouders variëren tussen de 39 en 45 jaar en hun opa’s en oma’s zijn tussen de 60 en 80 jaar. “De oudste levende mens is de Franse Lucille Randon. Zij is 118 jaar oud”, vertelt Watts.

Er zijn dieren die veel ouder kunnen worden dan mensen. Ze laat een plaatje zien van een Japanse kooikarper van 226 jaar oud, een reuze schildpad van 250 jaar oud en een schelpdier met de naam Ming van 506 jaar oud. “Ming leefde in IJsland”, vertelt ze. “Een groep onderzoekers die de leeftijd van schelpdieren onderzocht heeft Ming gevonden. Het enige jammere is dat zij voor hun onderzoek de schelpdieren doorsnijden, waarbij ze doodgaan. Toen ze erachter kwamen dat Ming 506 jaar oud was waren ze enorm verbaasd en voelden zij zich schuldig. Dankzij hun onderzoek was hij nu dood.”

Er bestaan organismen die nog veel ouder kunnen worden, vervolgt Watts. Ze laat een taxusboom zien uit Wales van 4000 jaar oud en ze toont een foto van een groepje bomen in Amerika. “Deze bomen horen allemaal bij één boom, die zich verspreidt via de wortels.  Hij heet Pando en dat betekent ‘ik verspreid me’. Pando is 80.000 jaar oud.” Dan laat ze een T-Rex zien. “Dit is de T-Rex van Naturalis. Haar botten zijn 66 miljoen oud, maar er zijn ook dinobotten van 250 miljoen jaar oud gevonden.”

 En het kan nóg ouder: sterren!

Babysterren
Maar wat is een ster eigenlijk? Een jongen zegt: “Een ster bestaat uit gassen, heel veel warmte, waterstof, helium en, en, en... dan weet ik het niet meer.” Een andere jongen vult aan: “Een ster kan imploderen.” Watts knikt en zegt: “Een ster is een hete bol van gas.”

Babysterren ontstaan in een wolk van gas en stof, vervolgt ze. Ze laat een foto van een Arendnevel zien, waarop ze de snavel en vleugels aanwijst. “De foto is gemaakt door James Webb space telescoop.” Ze zoomt in op plek in de Arendnevel waarin sterren geboren worden. “Die wolk van gas en stof noem je ‘De vingers van creatie’.”

De geboorte van een ster begint met zwaartekracht. Watts laat de kinderen zo hoog mogelijk springen. “Hoger, hoger”, roept ze. “Jullie vechten nu tegen de zwaartekracht. Dat is lastig he? Bij het vormen van een ster worden alle deeltjes van gas en stofdeeltjes naar binnen getrokken. Daarbij botsen de deeltjes tegen elkaar.”

Na zwaartekracht, komt er een tegenkracht. Ze vraagt of de kinderen tegen de handen willen duwen van hun buurman of buurvrouw. “Door die tegendruk ontstaat er gasdruk.” En als laatste laat ze de kinderen in hun handen wrijven, zodat ze warm worden. “Het gas begint op te warmen.”

Zwaartekracht, gasdruk en temperatuur
Om de samenwerking tussen zwaartekracht, gasdruk en temperatuur uit te leggen komt er een proefje. Marije van NEMO doet haar labjas aan, zet haar bril op en doet stevige handschoenen aan. Ze opent een emmer met vloeibare stikstof van -200°C en doopt daar een ballon in die op een stokje zit vastgeplakt. Het sist en knettert en de ballon komt er vele malen kleiner uit. “De lucht in de ballon wordt heel koud, waardoor de druk in de ballon weg is”, vertelt Marije “De luchtdruk in de kamer drukt de ballon dus in.” Na een tijdje wordt de lucht in de ballon weer warmer, ontstaat er dus meer tegenkracht en krijgt de ballon weer het formaat van voorheen.  

 Anna Watts zegt over dit experiment: “Er is een verband tussen gasdruk en temperatuur. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de gasdruk. Dus als een ster inkrimpt, wordt druk hoger en de temperatuur ook.

De temperatuur in de Arendnevel is dus warmer geworden, maar er is nog geen ster geboren. Daarvoor is nog een fusiereactie nodig.

Geboorte van een ster
Watts legt uit dat alles om ons heen gemaakt is van deeltjes, die we atomen noemen. Ze laat zien dat atomen een atoomkern hebben die bestaat uit neutronen en protonen en elektronen die eromheen draaien. “Het aantal protonen bepaalt welk element het is”, zegt ze. “Waterstof is het simpelste element dat er is, het heeft maar één proton. Helium heeft 2 protonen en 2 neutronen. Goud heeft 79 protonen en 118 neutronen in zijn atoomkern.”

Bij het ontstaan van een ster verandert waterstof in helium, dat heet een fusiereactie. Voor deze reactie veranderen sommige protonen in neutronen. Watts: “Bij die reactie komt energie vrij in de vorm van fotonen en netrino’s, die de bron zijn van warmte en licht. Door die extra warmte en licht gaat de fusiereactie steeds sneller en begint de ster te schijnen: hij is geboren.’'

Dood van een ster
Maar hoe oud kan een ster nou worden? Watts laat een plaatje van een grote en een kleine kaars zien. “Welke kaars brandt het langste denken jullie?” vraagt ze aan de zaal.  De meeste kinderen denken de grote. Watts: “Dat klopt. De grote kaars heeft meer brandstof, dus die heeft een langere brandtijd. Maar bij een ster is het precies andersom. Een grote ster is een soort raceauto, die heel snel door zijn brandstof heen raakt. Ze leven 1 miljard jaar. Een kleine ster is een familieauto, die wat traag, saai en kalm rijdt. Zij leven 10 miljard jaar.”

Om de kinderen gerust te stellen vertelt ze dat onze zon een kleine ster is. “Hij is nu 4,5 miljard jaar oud en zal nog 6 miljard jaar leven.”

De hoeveelheid waterstof die tot helium omgezet wordt is dus de belangrijkste factor voor de leeftijd van sterren. Maar wat gebeurt er als de waterstof op is? Is een ster dan dood? “Nee”, zegt Watts. “Ik doe onderzoek naar dode sterren. Hun brandstof is op, dus hun extra bron van warmte is weg en de gasdruk neemt af. De zwaartekracht wint dus en de ster krimpt. Kleine sterren, zoals onze zon worden dan witte dwergen. Grote sterren worden neutronensterren of zwarte gaten.” 

Implosie
“Bij het volgende proefje gaan we een ster doodmaken”, zegt Marije van NEMO. Ze zet een groot blik op een kookplaat en giet er een beetje water in. De kinderen wachten geduldig. Na een hele tijd gaat het water een beetje borrelen. “Dit blik is de ster en de reacties die erin plaats vinden.” Ze houdt een glazen schaal boven het blik om te testen of er waterdamp vrijkomt. Na een tijdje koken zit het blik vol met waterdamp en sluit ze het blik af met een deksel. Ze legt het warme blik in een bak met koud water. Even later hoort iedereen het gekraak van indeukend blik. Wat gebeurt er nu? Een meisje zegt: “Het blik implodeert. De waterstofdeeltjes nemen minder ruimte in als ze afkoelen.” Watts zegt enthousiast: “Ja dat klopt, de gasdruk neemt af, en er vindt een implosie plaats. Dit gebeurt ongelofelijk snel, binnen 1 seconde.”

Supernova
“Hebben wel eens jullie gehoord van een supernova?”, vraagt Watts aan haar jonge publiek. “Bij een supernova vindt er in een ster eerst een implosie plaats en dan een explosie.” Hoe dat kan? Watts houdt een basketbal en een tennisbal tegen elkaar aan en laat ze tegelijkertijd vallen. De basketbal stuitert op de grond en de tennisbal schiet de zaal in. “De stuiterende basketbal staat voor de implosie en de wegvliegende tennisbal is de explosie.”

Na een supernova kan een ster een neutronenster worden. Bij een neutronenster is de kern helemaal ingestort, je kunt hem bijna niet meer zien. “Een neutronenster is bijna net zo groot als het oppervlak van Amsterdam en gaat nooit dood. Het enige wat een neutronenster kan vernietigen is een botsing met andere neutronenster. Dan wordt het een zwart gat.”

ISS

Als laatste vertelt Watts dat zij onderzoek doet naar neutronensterren. “Ik gebruik daarvoor röntgenstraling. De metingen verricht ik met een telescoop op het International Space Station (ISS) dat in een baan rond de aarde draait. Hiermee kan ik metingen doen naar grootte van neutronensterren en kan ik onderzoek doen naar hun oppervlakte. Komende donderdagochtend, om 7.23 uur komt het ISS voorbij. Zwaai dan maar even naar mijn telescoop!”

Beelden: Pixabay; NASA, ESA, CSA, STScI; Joseph DePasquale (STScI), Anton M. Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI); DigiDaan