Op een of ander moment hebben alle wetenschapsenthousiasten de beruchte woorden van wijlen Carl Sagan gehoord: 'We zijn gemaakt van sterrenstof'. Maar wat betekent dat precies? Hoe kunnen kolossale plasmaballen, die in verre tijd en ruimte gretig hun nucleaire brandstof wegbranden, een rol spelen bij het voortbrengen van de enorme complexiteit van onze aardse wereld? Hoe komt het dat "de stikstof in ons DNA, het calcium in onze tanden, het ijzer in ons bloed, de koolstof in onze appeltaarten" zo nonchalant diep in de harten van deze gigantische sterrenreuzen hadden kunnen worden gesmeed?
Het is niet verwonderlijk dat het verhaal zowel elegant als diep ontzagwekkend is.
Alle sterren komen uit een bescheiden begin: namelijk een gigantische, roterende massa gas en stof. Zwaartekracht zorgt ervoor dat de wolk tijdens het draaien condenseert en wervelt in een steeds dichter opeengepakte materiaalsfeer. Uiteindelijk wordt de toekomstige ster zo dicht en heet dat waterstofmoleculen in zijn kern botsen en samensmelten tot nieuwe heliummoleculen. Deze nucleaire reacties geven krachtige energie-uitbarstingen af in de vorm van licht. Het gas schijnt helder; een ster is geboren.
Het uiteindelijke lot van onze jonge ster hangt af van de massa. Kleinere, lichtgewicht sterren verbranden de waterstof in hun kern langzamer dan zwaardere sterren, die wat vager schijnen, maar een veel langer leven leiden. Na verloop van tijd veroorzaken dalende waterstofniveaus in het midden van de ster minder waterstoffusiereacties; minder waterstoffusiereacties betekenen minder energie en dus minder druk naar buiten.
Op een gegeven moment kan de ster de spanning die zijn kern had opgelopen tegen de massa van de buitenste lagen niet langer behouden. De zwaartekracht kantelt de schaal en de buitenste lagen beginnen naar binnen te tuimelen op de kern. Maar hun ineenstorting verhit de dingen, verhoogt de kerndruk en keert het proces opnieuw om. Net buiten de kern wordt een nieuwe waterstofverbrandende schaal gemaakt, die een buffer tegen de zwaartekracht van de oppervlaktelagen van de ster herstelt.
Terwijl de kern doorgaat met het uitvoeren van lagere energie heliumfusiereacties, drukt de kracht van de nieuwe waterstofverbrandende schaal op de buitenkant van de ster, waardoor de buitenste lagen steeds meer opzwellen. De ster zet uit en koelt af tot een rode reus. De buitenste lagen ontsnappen uiteindelijk aan de aantrekkingskracht van de zwaartekracht, zweven de ruimte in en laten een kleine, dode kern achter - een witte dwerg.
Zwaardere sterren wankelen ook af en toe in het gevecht tussen druk en zwaartekracht, waardoor nieuwe schillen van atomen ontstaan die daarbij versmelten; echter, in tegenstelling tot kleinere sterren, stelt hun overtollige massa hen in staat deze lagen te blijven vormen. Het resultaat is een reeks concentrische bollen, waarbij elke schaal zwaardere elementen bevat dan die eromheen. Waterstof in de kern geeft aanleiding tot helium. Heliumatomen smelten samen tot koolstof. Koolstof combineert met helium om zuurstof te creëren, dat samensmelt met neon, magnesium en silicium ... helemaal over het periodiek systeem om te strijken, waar de ketting eindigt. Dergelijke massieve sterren werken als een oven en drijven deze reacties aan door middel van pure beschikbare energie.
Maar deze energie is een eindige hulpbron. Als de kern van de ster eenmaal een solide ijzeren bol is geworden, kan hij geen elementen meer samensmelten om energie te creëren. Net als bij kleinere sterren betekenen minder energetische reacties in de kern van zware sterren minder druk naar buiten tegen de zwaartekracht in. De buitenste lagen van de ster zullen dan beginnen in te storten, waardoor het tempo van fusie van zware elementen wordt versneld en de hoeveelheid beschikbare energie om die buitenste lagen tegen te houden verder wordt verminderd. De dichtheid neemt exponentieel toe in de krimpende kern, waardoor protonen en elektronen zo stevig in elkaar klemmen dat het een geheel nieuwe entiteit wordt: een neutronenster.
Op dit punt kan de kern niet dichter worden. De enorme buitenste schalen van de ster - nog steeds naar binnen tuimelend en nog steeds boordevol vluchtige elementen - hebben nergens meer heen te gaan. Ze botsen tegen de kern als een snel rijdend booreiland dat tegen een bakstenen muur botst, en barstte uit in een monsterlijke explosie: een supernova. De buitengewone energieën die tijdens deze explosie worden opgewekt, maken eindelijk de samensmelting mogelijk van elementen die nog zwaarder zijn dan ijzer, van kobalt tot uranium.
De energetische schokgolf die door de supernova wordt geproduceerd, trekt de kosmos in en zendt in zijn kielzog zware elementen uit. Deze atomen kunnen later worden opgenomen in planetaire systemen zoals die van ons. Onder de juiste omstandigheden - bijvoorbeeld een voldoende stabiele ster en een positie binnen de bewoonbare zone - vormen deze elementen de bouwstenen voor een complex leven.
Tegenwoordig wordt ons dagelijks leven mogelijk gemaakt door deze atomen, die lang geleden zijn gesmeed in het leven en de dood van zware sterren. Ons vermogen om alles te doen - wakker worden uit een diepe slaap, genieten van een heerlijke maaltijd, autorijden, een zin schrijven, optellen en aftrekken, een probleem oplossen, een vriend bellen, lachen, huilen, zingen, dansen, rennen, springen en spelen - wordt voornamelijk bepaald door het gedrag van kleine ketens waterstof gecombineerd met zwaardere elementen zoals koolstof, stikstof, zuurstof en fosfor.
Andere zware elementen zijn in kleinere hoeveelheden in het lichaam aanwezig, maar zijn net zo belangrijk voor een goede werking. Zo werken calcium, fluor, magnesium en silicium samen met fosfor om onze botten en tanden te versterken en te laten groeien; geïoniseerd natrium, kalium en chloor spelen een cruciale rol bij het handhaven van de vochtbalans en elektrische activiteit van het lichaam; en ijzer vormt het belangrijkste deel van hemoglobine, het eiwit dat onze rode bloedcellen voorziet van het vermogen om de zuurstof die we inademen aan de rest van ons lichaam af te geven.
Dus, de volgende keer dat je een slechte dag hebt, probeer dit: sluit je ogen, haal diep adem en overweeg de reeks gebeurtenissen die je lichaam en geest verbindt met een plek die miljarden lichtjaren verwijderd is, diep in de verre uithoeken van ruimte en tijd. Bedenk dat massieve sterren, vele malen groter dan onze zon, miljoenen jaren hebben besteed aan het omzetten van energie in materie, het creëren van de atomen die elk deel van jou, de aarde en iedereen die je ooit hebt gekend en liefgehad, vormen.
Wij mensen zijn zo klein; en toch, de delicate dans van moleculen gemaakt van dit sterrenmateriaal geeft aanleiding tot een biologie die ons in staat stelt na te denken over ons wijdere heelal en hoe we überhaupt zijn ontstaan. Carl Sagan zelf legde het het beste uit: 'Een deel van ons wezen weet dat we hier vandaan komen. We verlangen ernaar terug te keren; en dat kunnen we, omdat de kosmos ook in ons is. We zijn gemaakt van sterren. We zijn een manier voor de kosmos om zichzelf te kennen. '
