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Quel est le plus grand objet solide de l’univers ?
La question est vague. À première vue, la plupart des gens sauteraient immédiatement à la conclusion qu’une étoile supergéante rouge bouffie ou un trou noir supermassif extragalactique détient le titre de la plus grande chose physique existant dans les limites de notre univers. Cependant, il y a quelque chose de fondamentalement faux dans cette conclusion ; ces objets ne sont pas solides.
Comme la plupart des gens le savent, la matière se présente sous quatre états de base (que nous connaissons et utilisons pour étudier). Ces états sont le gaz, le liquide, le solide et le plasma. Ce que la plupart des gens ne savent pas, c’est que plus de 99 % de la matière de l’univers visible est constituée de ce quatrième état, le plasma. En fait, tout ce que nous pouvons voir à l’œil nu dans notre ciel nocturne, comme les étoiles et les galaxies, est une forme de plasma. Comme il existe une différence distincte entre le plasma et les trois autres états de la matière, les objets constitués de plasma ne sont pas vraiment solides. Ainsi, ces objets ne peuvent pas être inclus dans un calcul du plus grand objet solide de l’univers.
Donc, cette hypothèse réduit-elle fondamentalement notre recherche à la plus grande planète de l’univers ? Pas exactement. Prenez Jupiter par exemple, une géante gazeuse. La quasi-totalité de sa masse est sous forme d’hydrogène gazeux (ou métallique), tournant autour d’un petit noyau dans une épaisse couche d’atmosphère. Saturne, Uranus et Neptune présentent également des structures similaires. Il semblerait que les géantes gazeuses puissent également être rayées de la liste proverbiale des plus grands objets solides de l’univers.
La deuxième erreur élémentaire de la question posée est qu’elle ne définit pas ce qu’est « grand ». Quelque chose peut être plus grand que quelque chose d’autre si elle donne plus de masse, un plus grand rayon, une plus grande densité, ou tout autre nombre d’autres facteurs célestes vraiment. Parce que les humains pensent généralement que « grand » est quelque chose qui est physiquement plus grand que quelque chose d’autre par évaluation visuelle, cette étude se concentrera sur le volume physique d’un objet, qui dépend généralement de son rayon.
Ok, donc nous sommes prêts à frapper les livres ! Pas tout à fait. Car la question comporte une formalité supplémentaire dont il faut tenir compte. L’énoncé du problème indique que nous essayons de trouver le plus grand objet solide de l’univers. Comment pouvons-nous y parvenir alors que nous ne voyons qu’une infime partie de l’univers observable, même avec nos télescopes les plus puissants ? Nous devons restreindre notre question à ce que nous pouvons observer. Donc, la vraie question est :
Quel est le plus grand objet solide, par volume, que nous avons jusqu’à présent découvert dans l’univers observable ? Commençons.
D’abord, commençons petit en analysant notre système solaire. À première vue, il semblerait que la Terre soit le détenteur du ruban bleu, en tant que plus grande planète rocheuse en orbite autour du soleil. Cependant, en y regardant de plus près, on se rend compte que la Terre elle-même n’est pas complètement solide. Compressé par une couche de roche solide de plusieurs kilomètres d’épaisseur, le noyau externe de la Terre est composé de fer fondu, le liquide qui maintient notre champ magnétique protecteur continuellement actif. On a également postulé l’existence d’un noyau liquide sur Vénus, la deuxième plus grande planète rocheuse.
Le prochain candidat solide géant est Mars. Mars a autrefois produit un noyau liquide et un manteau chaud, qui était responsable de toutes ses caractéristiques volcaniques et tectoniques. Cependant, aujourd’hui, le noyau de Mars s’est solidifié, le privant complètement d’un champ magnétique défensif contre le rayonnement solaire. Bien que des poches de manteau liquide soient théoriquement encore présentes, la structure de Mars pourrait rester complètement intacte si ces poches venaient à disparaître.
Mars a un rayon de 3390 kilomètres et elle est complètement solide. La Terre a un rayon de 6371 kilomètres, et elle abrite encore un intérieur liquide. Donc le plus grand objet complètement solide par volume dans l’univers doit être quelque part entre ces deux rayons. Eh bien, pas exactement…
Bien que l’extérieur des géantes gazeuses soit, comme leur nom l’indique, gazeux, les géantes gazeuses possèdent des noyaux solides relativement importants en leur centre. On pense que le noyau solide de Jupiter est entièrement composé de roches, de métaux et de glace, et pourrait représenter jusqu’à 20 fois la masse de la Terre. Bien que les températures extrêmes de son noyau (~36 000 K) semblent suggérer une structure de noyau en fusion, les immenses pressions exercées par des milliers de kilomètres d’hydrogène et d’hélium comprimés maintiennent probablement le noyau complètement solide. Le noyau de Jupiter a été théorisé comme ayant un rayon jusqu’à 0,1 fois celui de Jupiter, soit environ 7000 km. Cela lui donne une densité énorme de plus de 80 000 kg/m³.
Nous avons découvert des exoplanètes plus grandes que Jupiter, qui auraient des noyaux solides proportionnellement plus grands. Cependant, lorsqu’une planète atteint une certaine masse (environ 13 fois celle de Jupiter), l’objet cesse d’être une planète et devient une naine brune. Une naine brune se caractérise par sa capacité à effectuer la fusion du deutérium, et à ce moment-là, elle ne possède probablement plus de noyau solide. Ainsi, une planète d’une masse de 13 Jupiter aurait (potentiellement) un noyau solide d’une masse de 260 Terres. En supposant qu’une telle planète aurait un noyau ayant à peu près la même densité que celui de Jupiter, le noyau de cette planète de masse supérieure ferait environ 16 500 km, soit 2,58 fois le rayon de la Terre !
Donc, le plus grand objet naturel physique solide possible dans notre univers par volume est le noyau solide d’une hypothétique planète de masse élevée juste sur le point de déclarer son statut de naine brune. Cool ! Maintenant, voici une liste de quelques structures vraiment grandes dans notre univers. Amusez-vous bien!
10) Le plus grand objet solide non sphérique : Haumea – 620 km de rayon.
9) La plus grande lune : Ganymède – 2634 km de rayon.
8) La plus grande planète rocheuse : Kepler 277c – 3,36 rayons terrestres (21 400 km).
7) Plus grande planète géante gazeuse : HD 100546 b – 6 rayons de Jupiter (419 466 km).
6) Le plus grand système d’anneaux : J 1407 b – rayon de 0,6 UA (90 millions de km).
5) La plus grande étoile : UY Scuti – 1708 rayons solaires (1,19 milliard de km).
4) Le plus grand trou noir : TON 618 – rayon de 1300 UA (195,0 milliards de km).
3) La plus grande nébuleuse (pratiquement intacte) : LAB-1 – 300 000 années-lumière de diamètre.
2) La plus grande galaxie : IC 1101 – 3,92 millions d’années-lumière de diamètre.
1) La plus grande structure : Grande Muraille Hercule-Corona Borealis – 10 milliards d’années-lumière de diamètre.
