Mikä on maailmankaikkeuden suurin kiinteä kappale?
Kysymys on epämääräinen. Ensi silmäyksellä useimmat ihmiset päättelisivät heti, että jokin paisunut punainen superjättiläistähti tai ekstragalaktinen supermassiivinen musta aukko pitää hallussaan maailmankaikkeutemme rajojen sisällä olemassa olevan suurimman fyysisen esineen titteliä. Tuossa johtopäätöksessä on kuitenkin jotain perustavanlaatuista vikaa; nämä kohteet eivät ole kiinteitä.
Kuten useimmat ihmiset tietävät, ainetta on neljässä perustilassa (jotka me tunnemme ja joita me tutkimme). Nämä tilat ovat kaasu, neste, kiinteä ja plasma. Useimmat ihmiset eivät tiedä, että yli 99 % näkyvän maailmankaikkeuden aineesta koostuu tuosta neljännestä tilasta, plasmasta. Periaatteessa kaikki, mitä näemme yötaivaalla paljain silmin, kuten tähdet ja galaksit, ovat eräänlaista plasmaa. Koska plasman ja kolmen muun aineen olomuodon välillä on selvä ero, plasmasta koostuvat asiat eivät ole oikeastaan kiinteitä. Näin ollen näitä kohteita ei voida sisällyttää maailmankaikkeuden suurimman kiinteän kappaleen laskentaan.
Kaikki tämä oletus siis periaatteessa kaventaa etsintäämme maailmankaikkeuden suurimpaan planeettaan? Ei aivan. Otetaan esimerkiksi Jupiter, kaasujättiläinen. Lähes kaikki sen massa on kaasumaisen (tai metallisen) vedyn muodossa, joka kiertää pienen ytimen ympärillä paksun ilmakehäkerroksen sisällä. Saturnus, Uranus ja Neptunus ovat myös rakenteeltaan samanlaisia. Näyttäisi siltä, että kaasujättiläiset voidaan myös raaputtaa pois maailmankaikkeuden suurimpien kiinteiden kappaleiden sananlaskulistalta.
Toinen alkeellinen virhe esitetyssä kysymyksessä on se, että siinä ei määritellä, mitä ”suuri” tarkoittaa. Jokin voi olla suurempi kuin jokin muu, jos se tuottaa enemmän massaa, suuremman säteen, suuremman tiheyden tai mitä tahansa muita taivaallisia tekijöitä todella. Koska ihmiset yleensä ajattelevat ”suureksi” jotakin, joka on visuaalisen arvioinnin perusteella fyysisesti suurempaa kuin jokin muu, tässä tutkimuksessa keskitytään kohteen fyysiseen tilavuuteen, joka yleensä riippuu sen säteestä.
Okei, olemme siis valmiita lukemaan! Ei aivan. Koska kysymyksessä on vielä yksi muodollisuus, joka on otettava huomioon. Ongelmanasettelusta käy ilmi, että yritämme löytää maailmankaikkeuden suurimman kiinteän kappaleen. Miten voimme tehdä sen, kun näemme vain pienen murto-osan havaittavasta maailmankaikkeudesta jopa tehokkaimmilla teleskoopeillamme? Meidän on rajattava kysymyksemme koskemaan vain sitä, mitä voimme havaita. Todellinen kysymys on siis:
Mikä on tilavuudeltaan suurin kiinteä kappale, jonka olemme tähän mennessä löytäneet havaittavasta maailmankaikkeudesta? Aloitetaanpa.
Aloitetaan ensin pienestä analysoimalla aurinkokuntaamme. Ensi silmäyksellä näyttäisi siltä, että Maa on sininauhan haltija, koska se on suurin aurinkoa kiertävä kiviplaneetta. Lähemmässä tarkastelussa kuitenkin huomataan, että maapallo itsessään ei ole täysin kiinteä. Kilometrien paksuisen kiinteän kivikerroksen puristamana Maan ulkoinen ydin koostuu sulasta raudasta, nesteestä, joka pitää suojaavan magneettikenttämme jatkuvasti aktiivisena. Nestemäisen ytimen on oletettu olevan myös Venuksella, toiseksi suurimmalla kiviplaneetalla.
Seuraava jättimäinen kiinteä ehdokas on Mars. Mars antoi aikoinaan nestemäisen ytimen ja kuuman vaipan, joka oli vastuussa kaikista sen vulkaanisista ja tektonisista piirteistä. Nykyään Marsin ydin on kuitenkin sittemmin jähmettynyt, mikä riistää siltä kokonaan auringon säteilyltä suojaavan magneettikentän. Vaikka nestemäisen vaipan taskuja on teorian mukaan yhä olemassa, Marsin rakenne voisi säilyä täysin ehjänä, jos nämä taskut katoaisivat.
Marsin säde on 3390 kilometriä ja se on täysin kiinteä. Maan säde on 6371 kilometriä, ja siinä on edelleen nestemäinen sisus. Maailmankaikkeuden tilavuudeltaan suurimman täysin kiinteän kappaleen on siis oltava jossain näiden kahden säteen välissä. No, ei ihan…
Vaikka kaasujättiläisten ulkokuori on nimensä mukaisesti kaasumainen, kaasujättiläisillä on keskipisteissään suhteellisen suuret kiinteät ytimet. Jupiterin kiinteän ytimen uskotaan koostuvan kokonaan kivestä, metallista ja jäästä, ja sen massa voi olla jopa 20 kertaa Maan massa. Vaikka sen ytimen äärimmäiset lämpötilat (~36 000 K) näyttäisivät viittaavan sulan ytimen rakenteeseen, tuhansia kilometrejä tiivistetyn vedyn ja heliumin valtavat paineet pitävät ytimen todennäköisesti täysin kiinteänä. Jupiterin ytimen säde on teorian mukaan jopa 0,1 kertaa Jupiterin säde eli noin 7 000 km. Tämä antaa sille huikean tiheyden, joka on yli 80 000 kg/m³.
Olemme löytäneet Jupiteria suurempia eksoplaneettoja, joilla olisi suhteessa suurempi kiinteä ydin. Kuitenkin, kun planeetta saavuttaa tietyn massan (noin 13 kertaa Jupiterin massa), kohde lakkaa olemasta planeetta ja muuttuu ruskeaksi kääpiöksi. Ruskealle kääpiölle on ominaista sen kyky suorittaa deuteriumfuusio, jolloin sillä ei todennäköisesti enää ole kiinteää ydintä. Näin ollen 13 Jupiterin massaisella planeetalla olisi (mahdollisesti) kiinteä ydin, jonka massa olisi 260 Maan massaa. Jos oletetaan, että tällaisella planeetalla olisi ydin, jonka tiheys olisi suunnilleen sama kuin Jupiterin, tämän ylemmän massan planeetan ydin olisi noin 16 500 km:n kokoinen eli 2,58 kertaa Maan säde!
Tilavuudeltaan suurin mahdollinen fyysinen kiinteä luonnollinen objekti maailmankaikkeudessamme on siis hypoteettisen suuren massan planeetan kiinteä ydin, joka on juuri julistautumassa ruskeaksi kääpiöksi. Siistiä! Tässä on luettelo maailmankaikkeutemme todella suurista rakenteista.
10) Suurin ei-pallomainen kiinteä kappale: Haumea – 620 km säde.
9) Suurin kuu: Ganymede – säde 2634 km.
8) Suurin kiviplaneetta: Kepler 277c – 3,36 Maan säde (21 400 km).
7) Suurin kaasujättiläisplaneetta: HD 100546 b – 6 Jupiterin säde (419 466 km).
6) Suurin rengasjärjestelmä: J 1407 b – 0,6 AU:n säde (90 miljoonaa km).
5) Suurin tähti: UY Scuti – 1708 Auringon säde (1,19 miljardia km).
4) Suurin musta aukko: TON 618 – 1300 AU:n säde (195,0 miljardia km).
3) Suurin (pääosin ehjä) tähtisumu: LAB-1 – 300 000 valovuoden halkaisija.
2) Suurin galaksi: IC 1101 – halkaisija 3,92 miljoonaa valovuotta.
1) Suurin rakenne: Hercules-Corona Borealis Great Wall – 10 miljardia valovuotta halkaisijaltaan.
