het levenswerk van Nijland (directeur Utrecht 1898 - 1936)

1. DE STERREN VANDE 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

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

3. De wiskundige Nijland opvolgerDe wiskundige Nijland opvolger
van Oudemans??van Oudemans??
• Albertus A. Nijland promoveerde 1896Albertus A. Nijland promoveerde 1896 cum laudecum laude op eenop een
wiskundig onderwerp.wiskundig onderwerp.
• Was inmiddels observator aan de sterrenwachtWas inmiddels observator aan de sterrenwacht
• Maar kan een wiskundige wel directeur van deMaar kan een wiskundige wel directeur van de
sterrenwacht worden als opvolger van Oudemans?sterrenwacht worden als opvolger van Oudemans?
• Nijland promoveerde 1897 opnieuw, en weerNijland promoveerde 1897 opnieuw, en weer cum laudecum laude
maar nu op een sterrenkundig onderwerp (doormetingmaar nu op een sterrenkundig onderwerp (doormeting
van een sterrenhoop)van een sterrenhoop)
• Volgde 1898 Oudemans opVolgde 1898 Oudemans op

4. Nijland – rector in 1912Nijland – rector in 1912

5. Nijland’s probleem: Wat zal het onderzoekNijland’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 vanTenslotte (herfst 1904): ik ga voor de rest van
mijn carrière het helderheidsverloop vanmijn carrière het helderheidsverloop van
langperiodiek veranderlijkelangperiodiek veranderlijke sterren waarnemensterren waarnemen
• Hoe doen we dat?Hoe doen we dat?

6. Visuele helderheidsschattingenVisuele helderheidsschattingen
- De vier helderste sterren- De vier helderste sterren
zijn van links naar rechtszijn 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?

7. Onnauwkeurig maar toch voldoendeOnnauwkeurig maar toch voldoende
• Dit is niet erg nauwkeurig maar de helderheidsfluctuatieDit 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 vrijNijland’s schattingen waren door goede ervaring vrij
nauwkeurig: zijnnauwkeurig: zijn helderheidsstapjeshelderheidsstapjes hadden een waardehadden een waarde
van 0,11 magnitudenvan 0,11 magnituden
• Zo kreeg hij toch een resultaat met voldoende relatieveZo kreeg hij toch een resultaat met voldoende relatieve
nauwkeurigheid.nauwkeurigheid.
• Nacht na nacht werd waargenomen; gemiddeld 3000Nacht 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””

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

9. Proceedings of the Royal NetherlandsProceedings of the Royal Netherlands
Academy of SciencesAcademy of Sciences
• Alle metingen werden na bewerkingAlle 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 publicatieDe 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

10. DE EERSTE LANGPERIODIEK VERANDERLIJKE STER WERDEERSTE LANGPERIODIEK VERANDERLIJKE STER WERD
ONTDEKT DOOR D. FABRICIUS (1596):ONTDEKT DOOR D. FABRICIUS (1596): MIRA CETIMIRA 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?

11. David Fabricius (1564 – 1617)David Fabricius (1564 – 1617)
• Predikant in Osteel, Oost FrieslandPredikant in Osteel, Oost Friesland
• Ontdekte 1596 de veranderlijkheid van een sterOntdekte 1596 de veranderlijkheid van een ster
in de Walvis – Mira Cetiin de Walvis – Mira Ceti
• Ontdekte 9 maart 1611 met zijn zoon JohannesOntdekte 9 maart 1611 met zijn zoon Johannes
zonnevlekken en 13 juni 1611 de zonne-rotatiezonnevlekken en 13 juni 1611 de zonne-rotatie
• Zijn ‘Calendarium Historicum’ (1593 – 1612) gafZijn ‘Calendarium Historicum’ (1593 – 1612) gaf
meteorologische waarnemingen (“frost, watmeteorologische waarnemingen (“frost, wat
nachtfrost, temlicht warm” .. enz.)nachtfrost, temlicht warm” .. enz.)
• Werd 7 mei 1617 vermoord in OsteelWerd 7 mei 1617 vermoord in Osteel

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

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

14. Sterke helderheidvariatiesSterke helderheidvariaties
Mira was de eerste veranderlijkeMira was de eerste veranderlijke
ster die ontdekt werdster die ontdekt werd
Fabricius dacht aanvankelijk met een nova te maken te hebben, totFabricius 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

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

16. Gedurende enkele maanden onzichtbaarGedurende enkele maanden onzichtbaar
• Zo is te begrijpen dat Fabricius even dacht metZo is te begrijpen dat Fabricius even dacht met
een nova te doen te hebben – tot de stereen nova te doen te hebben – tot de ster
opnieuw verscheenopnieuw verscheen
• Johann Bayer (1603) gaf naam Omicron Ceti (deJohann 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 (de1662: Hevelius gaf de bijnaam Mira Ceti (de
wonderbaarlijke uit de Walvis)wonderbaarlijke uit de Walvis)

17. We kennen nu enkele duizenden Mira sterrenWe kennen nu enkele duizenden Mira sterren
• Koele sterren – oppervlakte temperaturen rond 2000 totKoele sterren – oppervlakte temperaturen rond 2000 tot
3000 graden3000 graden
• Absolute helderheden tussen 1000 en 3000 maal die vanAbsolute 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 (= factorenLichtamplitude tussen 2,5 tot 11 magnitudes (= factoren
10 tot 25 000)10 tot 25 000)
• Perioden van helderheidswisseling tussen 80 en 1000Perioden van helderheidswisseling tussen 80 en 1000
dagen; soms verandert de lengte van de periodedagen; soms verandert de lengte van de periode

18. Mira’s zijn pulserende sterrenMira’s zijn pulserende sterren
Blijkt doordat de radiële snelheid (= snelheid in deBlijkt doordat de radiële snelheid (= snelheid in de
gezichtslijn) varieert en wel synchroon met degezichtslijn) varieert en wel synchroon met de
helderheid. Blijkt ook uit opnamen met hooghelderheid. Blijkt ook uit opnamen met hoog
oplossend vermogenoplossend vermogen

19. Verloop middellijn met faseVerloop middellijn met fase
ster is het helderst als hij op zijn kleinst isster is het helderst als hij op zijn kleinst is

20. Hubble ruimte telescoop ziet de pulsatieHubble ruimte telescoop ziet de pulsatie

21. Mira: een wonderlijke ster.Mira: een wonderlijke ster.
Enkele bijzonderhedenEnkele bijzonderheden
Prototype van een belangrijkePrototype van een belangrijke
groep sterrengroep sterren

22. Enkele gegevensEnkele gegevens
• Afstand: 130 pc = 420 lichtjarenAfstand: 130 pc = 420 lichtjaren
• Middellijn varieert tijdens pulsatie tussenMiddellijn varieert tijdens pulsatie tussen
ca. 250 en 380 maal die van de zonca. 250 en 380 maal die van de zon
• Oppervlakte temperatuur varieert tijdensOppervlakte temperatuur varieert tijdens
pulsatie tussen 2200 en 3300 graden Kpulsatie tussen 2200 en 3300 graden K
• Als gevolg van de pulsaties: steeds eenAls gevolg van de pulsaties: steeds een
onregelmatige vormonregelmatige vorm

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

24. De begeleiderDe begeleider
• Mira B ook wel VZ Ceti genoemdMira B ook wel VZ Ceti genoemd
• Afstand tot hoofdster ongeveer 100 AEAfstand tot hoofdster ongeveer 100 AE
(Astronomische eenheden; 1 AE = 150(Astronomische eenheden; 1 AE = 150
miljoen km))miljoen km))
• Een omloop in ca. 500 jaarEen omloop in ca. 500 jaar

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

26. Grote snelheidGrote snelheid
• Mira loopt met ongewoon hoge snelheid (130Mira 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 hetBotsende wisselwerking van dit gas met het
door de ster uitgestoten gasdoor de ster uitgestoten gas
• Veroorzaakt boeggolven en staartVeroorzaakt boeggolven en staart
• Staart vooral zichtbaar in ultraviolet licht – duidtStaart vooral zichtbaar in ultraviolet licht – duidt
op vrij hoge temperatuur (15.000 tot 30.000op vrij hoge temperatuur (15.000 tot 30.000
graden): verhitting door botsing van sterrengasgraden): verhitting door botsing van sterrengas
met interstellair gasmet interstellair gas

27. Vergelijk met kogel door luchtVergelijk met kogel door lucht

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

29. Mira pulseert,waarom?Mira pulseert,waarom?

30. Waarom pulseren sommigeWaarom pulseren sommige
sterren?sterren?
• Wisselwerking tussen naar binnen en naarWisselwerking tussen naar binnen en naar
buiten gerichte krachtenbuiten gerichte krachten
• Naar binnen: de aantrekking van deNaar binnen: de aantrekking van de
zwaartekrachtzwaartekracht
• Uitwaarts: de druk, som van gasdruk enUitwaarts: de druk, som van gasdruk en
stralingsdrukstralingsdruk
• In een stabiele ster zijn die twee krachtenIn een stabiele ster zijn die twee krachten
met elkaar in evenwichtmet elkaar in evenwicht

31. Waarom pulseren de buitensteWaarom pulseren de buitenste
lagen van sommige sterren ?lagen van sommige sterren ?
• Stap 1: stel dat de uitwaarts gerichte som vanStap 1: stel dat de uitwaarts gerichte som van
gas- en stralingsdruk sterker is dan de inwaartsegas- en stralingsdruk sterker is dan de inwaartse
aantrekking door zwaartekracht: gevolg is dat deaantrekking door zwaartekracht: gevolg is dat de
ster (of een deel ervan) expandeertster (of een deel ervan) expandeert
• Stap 2: Grotere ster betekent minderStap 2: Grotere ster betekent minder
zwaartekracht, maar de druk is nog snellerzwaartekracht, maar de druk is nog sneller
afgenomen; dus zwaartekracht overheerst;afgenomen; dus zwaartekracht overheerst;
daardoor remt te expansiedaardoor remt te expansie

32. Waarom sommige sterren pulserenWaarom sommige sterren pulseren
• Stap 3: de uitzettende ster bereikt hetStap 3: de uitzettende ster bereikt het
evenwicht (dan: zwaartekracht =evenwicht (dan: zwaartekracht =
uitwaartse druk). Maar … de beweginguitwaartse druk). Maar … de beweging
schiet door.schiet door.
• Stap 4: Als beweging tenslotte tot stilstandStap 4: Als beweging tenslotte tot stilstand
is gekomen is de druk kleiner dan deis gekomen is de druk kleiner dan de
inwaartse zwaartekrachtaantrekkinginwaartse zwaartekrachtaantrekking
• Stap 5: de ster krimpt weer ineenStap 5: de ster krimpt weer ineen

33. Waarom sommige sterren pulserenWaarom sommige sterren pulseren
• Stap 6: De zwaartekrachtaantrekking neemt alStap 6: De zwaartekrachtaantrekking neemt al
inkrimpend weer toe maar de uitwaarts gerichteinkrimpend weer toe maar de uitwaarts gerichte
druk neemt sterker toedruk neemt sterker toe
• Stap 7: zo komt het inkrimpen weer tot stilstandStap 7: zo komt het inkrimpen weer tot stilstand
• Stap 8: Nu is de druk weer groter dan deStap 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 ‘harmonischeEen pulserende ster is dus een ‘harmonische
oscillator’. Maar waarom blijft hij pulseren?oscillator’. Maar waarom blijft hij pulseren?

34. Slingeren kost energie –Slingeren kost energie –
waarom blijft de ster pulseren?waarom blijft de ster pulseren?
• Een slinger wordt altijd gedempt tenzij regelmatigEen slinger wordt altijd gedempt tenzij regelmatig
slinger-energie wordt toegevoerdslinger-energie wordt toegevoerd
• Bij bepaalde waarden van de temperatuur in de sterBij bepaalde waarden van de temperatuur in de ster
wordt de inkomende stralingsenergie gebruikt om hetwordt de inkomende stralingsenergie gebruikt om het
gas te ioniseren – waterstofatomen worden dus gesplitstgas te ioniseren – waterstofatomen worden dus gesplitst
in protonen en elektronenin protonen en elektronen
• Het gas wordt minder doorzichtig; de energie van de vanHet gas wordt minder doorzichtig; de energie van de van
binnen komende straling wordt geblokkeerd en debinnen komende straling wordt geblokkeerd en de
gasdruk neemt toe en overheerst de aantrekkinggasdruk neemt toe en overheerst de aantrekking
• De regelmatig toegevoerd energie die het pulseren inDe regelmatig toegevoerd energie die het pulseren in
stand houdt is dus stralingsenergiestand houdt is dus stralingsenergie

35. Bepekt gebied van temperatuurBepekt gebied van temperatuur
en stralingsenergieen stralingsenergie
• Dit betreffende temperatuurgebied magDit betreffende temperatuurgebied mag
niet te ver binnen in de ster zitten enniet 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 beperkteDit betekent dat slechts een beperkte
groep sterren zal kunnen blijven pulserengroep sterren zal kunnen blijven pulseren
• Dit blijken vrij koele reuzensterren te zijn –Dit blijken vrij koele reuzensterren te zijn –
jawel! De Mira’sjawel! De Mira’s

36. Nu de zonNu de zon
• De zon bestond aanvankelijk uit waterstofDe 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 aanwezigDaar is dus steeds minder waterstof aanwezig
• De zon gaat feller stralen en aan het eind vanDe zon gaat feller stralen en aan het eind van
zijn leven komt de toestand waarin pulsatieszijn leven komt de toestand waarin pulsaties
gehandhaafd blijven: zon wordt een Mira stergehandhaafd blijven: zon wordt een Mira ster

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

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

39. Besluit: de evolutieBesluit: de evolutie
• Mira sterren zijn zon-achtige sterren dieMira sterren zijn zon-achtige sterren die
aan het eind van hun leven zijnaan het eind van hun leven zijn
• Ze hebben al veel kernbrandstof verbruiktZe hebben al veel kernbrandstof verbruikt
en hebben naar schatting nog slechtsen 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 eeneen Mira ster worden en nog iets later een
witte dwergwitte dwerg

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