Melyik a legnagyobb szilárd tárgy a világegyetemben?
A kérdés homályos. Első pillantásra a legtöbb ember azonnal arra a következtetésre jutna, hogy valamilyen felfújt vörös szuperóriás csillag vagy egy extragalaktikus szupermasszív fekete lyuk viseli a legnagyobb létező fizikai dolog címét az univerzumunk határain belül. Ezzel a következtetéssel azonban valami alapvetően nincs rendben; ezek az objektumok nem szilárdak.
Amint a legtöbb ember tudja, az anyagnak négy alapvető állapota van (amelyeket ismerünk és tanulmányozunk). Ezek az állapotok a gáz, a folyadék, a szilárd és a plazma. Amit a legtöbb ember nem tud, hogy a látható világegyetemben lévő anyag több mint 99%-át ez a negyedik állapot, a plazma alkotja. Alapvetően minden, amit szabad szemmel láthatunk az éjszakai égbolton, mint például a csillagok és a galaxisok, a plazma egy formája. Mivel a plazma és az anyag másik három állapota között határozott különbség van, a plazmából álló dolgok nem igazán szilárdak. Így ezek a tárgyak nem vehetők figyelembe a világegyetem legnagyobb szilárd tárgyának számításakor.
Ez a feltételezés tehát alapvetően leszűkíti a keresésünket az univerzum legnagyobb bolygójára? Nem egészen. Vegyük például a Jupitert, egy gázóriást. Majdnem minden tömege gáznemű (vagy fémes) hidrogén formájában van, amely egy kis mag körül kering egy vastag légköri rétegben. A Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz is hasonló szerkezetű. Úgy tűnik, a gázóriásokat is le lehet vakarni a világegyetem legnagyobb szilárd objektumainak közmondásos listájáról.
A feltett kérdés második elemi hibája az, hogy nem határozza meg, mi a “nagy”. Valami lehet nagyobb, mint valami más, ha nagyobb tömeget, nagyobb sugarat, nagyobb sűrűséget, vagy bármilyen más égi tényezőt ad igazából. Mivel az emberek általában úgy gondolják, hogy a “nagy” valami olyasmit jelent, ami vizuálisan nagyobb, mint valami más, ez a tanulmány egy objektum fizikai térfogatára fog összpontosítani, ami általában a sugarától függ.
Oké, szóval készen állunk a könyvekre! Nem egészen. Mert a kérdésnek van még egy formasága, amit figyelembe kell venni. A problémafeltevésből kiderül, hogy a világegyetem legnagyobb szilárd testét próbáljuk megtalálni. Hogyan tudnánk ezt megtenni, amikor a megfigyelhető univerzumnak még a legerősebb távcsöveinkkel is csak egy parányi töredékét látjuk? Szűkítenünk kell a kérdésünket arra, amit meg tudunk figyelni. Tehát a valódi kérdés a következő:
Melyik a legnagyobb térfogatú szilárd objektum, amit eddig felfedeztünk a megfigyelhető univerzumban? Kezdjük el.
Először kezdjük kicsiben, a Naprendszerünk elemzésével. Első pillantásra úgy tűnik, hogy a Föld a kék szalag birtokosa, mint a Nap körül keringő legnagyobb kőzetbolygó. Közelebbről megvizsgálva azonban rájönnénk, hogy maga a Föld nem teljesen szilárd. A kilométer vastag szilárd kőzetréteggel összenyomott Föld külső magja olvadt vasból áll, abból a folyadékból, amely folyamatosan aktívan tartja védő mágneses mezőnket. Folyékony magot feltételeznek a Vénuszon, a második legnagyobb kőzetbolygón is.
A következő óriási szilárd jelölt a Mars. A Mars egykor folyékony magot és forró köpenyt adott, ami minden vulkanikus és tektonikus jellegzetességéért felelős. Mára azonban a Mars magja azóta megszilárdult, teljesen megfosztva a napsugárzástól védő mágneses mezőtől. Bár az elméletek szerint még mindig léteznek folyékony köpeny zsebek, a Mars szerkezete teljesen érintetlen maradhatna, ha ezek a zsebek eltűnnének.
A Mars sugara 3390 kilométer, és teljesen szilárd. A Föld sugara 6371 kilométer, és még mindig folyékony belseje van. Tehát a világegyetem legnagyobb térfogatú, teljesen szilárd objektumának valahol e két sugár között kell lennie. Nos, nem egészen…
Noha a gázóriások külseje, ahogy a neve is mutatja, gáznemű, a gázóriások középpontjában viszonylag nagy szilárd maggal rendelkeznek. A Jupiter szilárd magja a feltételezések szerint teljes egészében kőzetből, fémből és jégből áll, és akár a Föld tömegének hússzorosa is lehet. Bár a magjában uralkodó szélsőséges hőmérséklet (~36 000 K) látszólag olvadt magszerkezetre utalna, a több ezer kilométeres sűrített hidrogén és hélium hatalmas nyomása valószínűleg teljesen szilárdan tartja a magot. A Jupiter magjának sugara az elméletek szerint akár a Jupiter sugarának 0,1-szerese, azaz mintegy 7000 km is lehet. Ezáltal a sűrűsége több mint 80 000 kg/m³.
A Jupiternél nagyobb exobolygókat fedeztünk fel, amelyeknek arányosan nagyobb szilárd magjuk lehet. Azonban amint egy bolygó elér egy bizonyos tömeget (körülbelül a Jupiter 13-szorosát), az objektum megszűnik bolygónak lenni, és barna törpévé válik. A barna törpéket az jellemzi, hogy képesek deutériumfúzióra, és ekkor valószínűleg már nem rendelkeznek szilárd maggal. Tehát egy 13 Jupiter tömegű bolygónak (potenciálisan) 260 földi tömegű szilárd magja lenne. Feltételezve, hogy egy ilyen bolygó magja nagyjából ugyanolyan sűrűségű lenne, mint a Jupiteré, ennek a felső tömegű bolygónak a magja körülbelül 16 500 km, vagyis a Föld sugarának 2,58-szorosa lenne!
Az univerzumunkban lehetséges legnagyobb térfogatú fizikai szilárd természetes objektum tehát egy hipotetikus nagy tömegű bolygó szilárd magja, amely éppen azon a határon van, hogy barna törpének nyilvánítsa magát. Király! Most pedig itt van egy lista néhány igazán nagy struktúráról a világegyetemünkben. Jó szórakozást!
10) A legnagyobb nem gömb alakú szilárd objektum: Haumea – 620 km sugarú.
9) A legnagyobb hold: Ganümédész – 2634 km sugarú.
8) A legnagyobb sziklás bolygó: Kepler 277c – 3,36 földsugár (21 400 km).
7) Legnagyobb gázóriás bolygó: HD 100546 b – 6 Jupiter-sugár (419 466 km).
6) A legnagyobb gyűrűrendszer: J 1407 b – 0,6 AU sugarú (90 millió km).
5) A legnagyobb csillag: UY Scuti – 1708 napsugár (1,19 milliárd km).
4) A legnagyobb fekete lyuk: TON 618 – 1300 AU sugarú (195,0 milliárd km).
3) A legnagyobb (többnyire ép) köd: LAB-1 – 300 000 fényév átmérőjű.
2) Legnagyobb galaxis: IC 1101 – 3,92 millió fényév átmérőjű.
1) Legnagyobb struktúra: Hercules-Corona Borealis Nagy Fal – 10 milliárd fényév átmérőjű.
