Qual è il più grande oggetto solido nell’universo?
La domanda è vaga. A prima vista, la maggior parte delle persone salterebbe immediatamente alla conclusione che qualche stella rossa supergigante gonfia o un buco nero supermassiccio extragalattico detiene il titolo di cosa fisica più grande esistente entro i confini del nostro universo. Tuttavia, c’è qualcosa di fondamentalmente sbagliato in questa conclusione; questi oggetti non sono solidi.
Come la maggior parte delle persone sa, la materia si presenta in quattro stati di base (che conosciamo e utilizziamo per studiare). Questi stati sono gas, liquido, solido e plasma. Quello che la maggior parte delle persone non sa è che più del 99% della materia nell’universo visibile è costituita da quel quarto stato, il plasma. Fondamentalmente tutto ciò che possiamo vedere nel nostro cielo notturno ad occhio nudo, come le stelle e le galassie, sono una forma di plasma. Poiché c’è una netta differenza tra il plasma e gli altri tre stati della materia, le cose fatte di plasma non sono veramente solide. Quindi, questi oggetti non possono essere inclusi in un calcolo del più grande oggetto solido nell’universo.
Quindi, questa ipotesi restringe sostanzialmente la nostra ricerca al più grande pianeta dell’universo? Non esattamente. Prendiamo ad esempio Giove, un gigante gassoso. Quasi tutta la sua massa è sotto forma di idrogeno gassoso (o metallico) che circonda un piccolo nucleo in uno spesso strato di atmosfera. Anche Saturno, Urano e Nettuno hanno strutture simili. I giganti gassosi, sembrerebbe, possono anche essere cancellati dalla proverbiale lista dei più grandi oggetti solidi dell’universo.
Il secondo errore elementare della domanda posta è che non definisce cosa sia “grande”. Qualcosa può essere più grande di qualcos’altro se ha più massa, un raggio più grande, una densità maggiore, o qualsiasi altro numero di fattori celesti davvero. Poiché gli esseri umani di solito pensano a “grande” come a qualcosa che è fisicamente più grande di qualcos’altro per valutazione visiva, questo studio si concentrerà sul volume fisico di un oggetto, che di solito dipende dal suo raggio.
Ok, quindi siamo pronti a colpire i libri! Non proprio. Perché la domanda ha una formalità in più di cui bisogna tener conto. L’enunciato del problema indica che stiamo cercando di trovare l’oggetto solido più grande dell’universo. Come possiamo farlo se vediamo solo una piccola parte dell’universo osservabile anche con i nostri telescopi più potenti? Dobbiamo restringere la nostra domanda solo a ciò che possiamo osservare. Quindi, la vera domanda è:
Qual è il più grande oggetto solido, per volume, che abbiamo finora scoperto nell’universo osservabile? Cominciamo.
Primo, cominciamo in piccolo analizzando il nostro sistema solare. A prima vista, sembrerebbe che la Terra sia il detentore del nastro azzurro, in quanto il più grande pianeta roccioso in orbita attorno al sole. Tuttavia, ad un esame più attento, ci si rende conto che la Terra stessa non è completamente solida. Compresso da uno strato di roccia solida spesso chilometri, il nucleo esterno della Terra è composto da ferro fuso, il liquido che mantiene il nostro campo magnetico protettivo continuamente attivo. Un nucleo liquido è stato postulato esistere anche su Venere, il secondo pianeta roccioso più grande.
Il prossimo candidato solido gigante è Marte. Un tempo Marte aveva un nucleo liquido e un mantello caldo, che era responsabile di tutte le sue caratteristiche vulcaniche e tettoniche. Tuttavia, oggi il nucleo di Marte si è solidificato, privandolo completamente di un campo magnetico difensivo dalla radiazione solare. Sebbene si teorizza che esistano ancora sacche di mantello liquido, la struttura di Marte potrebbe rimanere completamente intatta se queste sacche dovessero scomparire.
Marte ha un raggio di 3390 chilometri ed è completamente solido. La Terra ha un raggio di 6371 chilometri, e ospita ancora un interno liquido. Quindi il più grande oggetto completamente solido per volume nell’universo deve essere da qualche parte tra questi due raggi. Beh, non esattamente…
Anche se gli esterni dei giganti gassosi sono, come suggerisce il nome, gassosi, i giganti gassosi possiedono nuclei solidi relativamente grandi al loro centro. Si pensa che il nucleo solido di Giove sia completamente composto da roccia, metallo e ghiaccio, e che abbia una massa fino a 20 volte quella della Terra. Anche se le temperature estreme del suo nucleo (~36.000 K) sembrerebbero suggerire una struttura di nucleo fuso, le immense pressioni di migliaia di chilometri di idrogeno ed elio compressi probabilmente mantengono il nucleo completamente solido. Il nucleo di Giove è stato teorizzato per avere un raggio fino a 0,1 volte quello di Giove, o circa 7.000 km. Questo gli conferisce una densità enorme di oltre 80.000 kg/m³.
Abbiamo scoperto esopianeti più grandi di Giove, che avrebbero nuclei solidi proporzionalmente più grandi. Tuttavia, una volta che un pianeta raggiunge una certa massa (circa 13 volte quella di Giove), l’oggetto cessa di essere un pianeta e diventa una nana bruna. Una nana bruna è caratterizzata dalla sua capacità di effettuare la fusione del deuterio, a quel punto probabilmente non possiede più un nucleo solido. Quindi, un pianeta di 13 masse di Giove avrebbe (potenzialmente) un nucleo solido con una massa di 260 tonnellate terrestri. Assumendo che un tale pianeta avrebbe un nucleo che ha circa la stessa densità di quello di Giove, il nucleo di questo pianeta di massa superiore sarebbe di circa 16.500 km, o 2,58 volte il raggio della Terra!
Quindi il più grande oggetto fisico solido naturale possibile nel nostro universo per volume è il nucleo solido di un ipotetico pianeta di massa elevata appena sul punto di dichiarare il suo status di nana bruna. Forte! Ora ecco una lista di alcune strutture davvero grandi nel nostro universo. Buon divertimento!
10) Il più grande oggetto solido non sferico: Haumea – 620 km di raggio.
9) La luna più grande: Ganimede – 2634 km di raggio.
8) Il più grande pianeta roccioso: Kepler 277c – 3,36 raggi terrestri (21.400 km).
7) Il più grande pianeta gigante gassoso: HD 100546 b – 6 raggi di Giove (419.466 km).
6) Il più grande sistema di anelli: J 1407 b – raggio 0,6 AU (90 milioni di km).
5) Stella più grande: UY Scuti – 1708 raggi solari (1,19 miliardi di km).
4) Buco nero più grande: TON 618 – raggio 1300 AU (195,0 miliardi di km).
3) La più grande nebulosa (per lo più intatta): LAB-1 – 300.000 anni luce di diametro.
2) La galassia più grande: IC 1101 – 3,92 milioni di anni luce di diametro.
1) Struttura più grande: Hercules-Corona Borealis Great Wall – 10 miliardi di anni luce di diametro.
