Was ist das größte feste Objekt im Universum?
Die Frage ist vage. Auf den ersten Blick würden die meisten Menschen sofort zu dem Schluss kommen, dass ein aufgeblähter roter Überriesenstern oder ein extragalaktisches supermassives schwarzes Loch den Titel des größten physischen Objekts im Rahmen unseres Universums trägt. Diese Schlussfolgerung ist jedoch grundlegend falsch; diese Objekte sind nicht fest.
Wie die meisten Menschen wissen, gibt es vier grundlegende Zustände der Materie (die wir kennen und untersuchen). Diese Zustände sind gasförmig, flüssig, fest und plasmatisch. Was die meisten Menschen nicht wissen, ist, dass mehr als 99 % der Materie im sichtbaren Universum aus diesem vierten Zustand, dem Plasma, besteht. Im Grunde genommen ist alles, was wir am Nachthimmel mit bloßem Auge sehen können, wie Sterne und Galaxien, eine Form von Plasma. Da es einen deutlichen Unterschied zwischen Plasma und den anderen drei Materiezuständen gibt, sind Dinge, die aus Plasma bestehen, nicht wirklich fest. Daher können diese Objekte nicht in eine Berechnung des größten festen Objekts im Universum einbezogen werden.
Einigt diese Annahme also unsere Suche auf den größten Planeten im Universum? Nicht ganz. Nehmen wir zum Beispiel den Jupiter, einen Gasriesen. Fast seine gesamte Masse besteht aus gasförmigem (oder metallischem) Wasserstoff, der in einer dicken Atmosphärenschicht um einen kleinen Kern kreist. Auch Saturn, Uranus und Neptun weisen ähnliche Strukturen auf. Gasriesen, so scheint es, können auch von der sprichwörtlichen Liste der größten festen Objekte im Universum gestrichen werden.
Der zweite elementare Fehler bei der gestellten Frage ist, dass sie nicht definiert, was „groß“ ist. Etwas kann größer sein als etwas anderes, wenn es mehr Masse, einen größeren Radius, eine höhere Dichte oder eine beliebige Anzahl von anderen himmlischen Faktoren aufweist. Da der Mensch unter „groß“ gewöhnlich etwas versteht, das nach visueller Einschätzung physisch größer ist als etwas anderes, konzentriert sich diese Studie auf das physische Volumen eines Objekts, das normalerweise von seinem Radius abhängt.
Okay, wir sind also bereit, uns an die Bücher zu machen! Nicht ganz. Denn die Frage hat noch eine weitere Formalität, die es zu beachten gilt. Die Aufgabenstellung besagt, dass wir versuchen, das größte feste Objekt im Universum zu finden. Wie können wir das tun, wenn wir selbst mit unseren leistungsfähigsten Teleskopen nur einen winzigen Bruchteil des beobachtbaren Universums sehen? Wir müssen unsere Frage auf das beschränken, was wir beobachten können. Die eigentliche Frage lautet also:
Was ist das volumenmäßig größte feste Objekt, das wir bisher im beobachtbaren Universum entdeckt haben? Fangen wir an.
Zunächst wollen wir klein anfangen und unser Sonnensystem analysieren. Auf den ersten Blick sieht es so aus, als sei die Erde als größter Gesteinsplanet, der die Sonne umkreist, der Träger des blauen Bandes. Bei näherer Betrachtung stellt man jedoch fest, dass die Erde selbst nicht völlig fest ist. Der äußere Kern der Erde, der von einer kilometerdicken Schicht aus festem Gestein zusammengepresst wird, besteht aus geschmolzenem Eisen, der Flüssigkeit, die unser schützendes Magnetfeld ständig aktiv hält. Auch auf der Venus, dem zweitgrößten Gesteinsplaneten, wird ein flüssiger Kern vermutet.
Der nächste riesige feste Kandidat ist der Mars. Der Mars hatte einst einen flüssigen Kern und einen heißen Mantel, der für alle seine vulkanischen und tektonischen Merkmale verantwortlich war. Heute ist der Marskern jedoch verfestigt, so dass er über kein Magnetfeld mehr verfügt, das ihn vor der Sonneneinstrahlung schützt. Es wird angenommen, dass es noch Taschen mit flüssigem Mantel gibt, aber die Struktur des Mars könnte völlig intakt bleiben, wenn diese Taschen verschwinden würden.
Der Mars hat einen Radius von 3390 Kilometern und ist völlig fest. Die Erde hat einen Radius von 6371 Kilometern, und ihr Inneres ist noch flüssig. Das volumenmäßig größte vollständig feste Objekt im Universum muss also irgendwo zwischen diesen beiden Radien liegen. Nun, nicht ganz…
Obwohl das Äußere von Gasriesen, wie der Name schon sagt, gasförmig ist, besitzen Gasriesen in ihrem Zentrum relativ große feste Kerne. Man nimmt an, dass der feste Kern des Jupiters vollständig aus Gestein, Metall und Eis besteht und bis zum 20-fachen der Masse der Erde ausmachen kann. Obwohl die extremen Temperaturen im Kern (~36.000 K) auf eine geschmolzene Kernstruktur hindeuten, halten die immensen Drücke von Tausenden Kilometern komprimierten Wasserstoffs und Heliums den Kern wahrscheinlich vollständig fest. Der Jupiterkern soll einen Radius haben, der bis zum 0,1-fachen des Jupiterradius, also etwa 7.000 km, beträgt. Dies verleiht ihm eine gewaltige Dichte von über 80.000 kg/m³.
Wir haben Exoplaneten entdeckt, die größer als Jupiter sind und dementsprechend größere feste Kerne haben. Sobald ein Planet jedoch eine bestimmte Masse erreicht (etwa das 13-fache der Jupitermasse), hört er auf, ein Planet zu sein, und wird zu einem Braunen Zwerg. Ein Brauner Zwerg zeichnet sich dadurch aus, dass er in der Lage ist, Deuterium zu fusionieren, wodurch er wahrscheinlich keinen festen Kern mehr besitzt. Ein Planet von 13 Jupitermassen hätte also (möglicherweise) einen festen Kern mit einer Masse von 260 Erdmassen. Wenn man davon ausgeht, dass ein solcher Planet einen Kern hat, der etwa die gleiche Dichte wie der des Jupiters hat, wäre der Kern dieses massereichen Planeten etwa 16.500 km groß, also 2,58 mal so groß wie der Radius der Erde!
Das volumenmäßig größte physische feste natürliche Objekt, das in unserem Universum möglich ist, ist also der feste Kern eines hypothetischen massereichen Planeten, der kurz davor steht, seinen Status als Brauner Zwerg zu erklären. Toll! Hier ist eine Liste mit einigen wirklich großen Strukturen in unserem Universum. Viel Spaß!
10) Größtes nicht kugelförmiges festes Objekt: Haumea – 620 km Radius.
9) Größter Mond: Ganymed – 2634 km Radius.
8) Größter felsiger Planet: Kepler 277c – 3,36 Erdradien (21.400 km).
7) Größter Gasriesenplanet: HD 100546 b – 6 Jupiterradien (419.466 km).
6) Größtes Ringsystem: J 1407 b – 0,6 AU Radius (90 Millionen km).
5) Größter Stern: UY Scuti – 1708 Sonnenradien (1,19 Milliarden km).
4) Größtes Schwarzes Loch: TON 618 – 1300 AU Radius (195,0 Milliarden km).
3) Größter (weitgehend intakter) Nebel: LAB-1 – 300.000 Lichtjahre Durchmesser.
2) Größte Galaxie: IC 1101 – 3,92 Millionen Lichtjahre Durchmesser.
1) Größte Struktur: Hercules-Corona Borealis Great Wall – 10 Milliarden Lichtjahre Durchmesser.
