Wat is het grootste vaste object in het universum?
De vraag is vaag. Op het eerste gezicht zouden de meeste mensen onmiddellijk tot de conclusie komen dat een of andere opgeblazen rode superreus of een extragalactisch superzwaar zwart gat de titel draagt van het grootste fysieke ding dat binnen de grenzen van ons heelal bestaat. Er is echter iets fundamenteel mis met die conclusie; deze objecten zijn niet vast.
Zoals de meeste mensen weten, komt materie voor in vier basistoestanden (die we kennen en gebruiken om te bestuderen). Deze toestanden zijn gas, vloeistof, vast, en plasma. Wat de meeste mensen niet weten, is dat meer dan 99% van de materie in het zichtbare heelal bestaat uit die vierde toestand, plasma. In principe is alles wat we ’s nachts met het blote oog aan de hemel kunnen zien, zoals sterren en melkwegstelsels, een vorm van plasma. Omdat er een duidelijk verschil is tussen plasma en de andere drie toestanden van materie, zijn dingen die uit plasma bestaan niet echt vast. Deze objecten kunnen dus niet worden meegenomen in een berekening van het grootste vaste voorwerp in het heelal.
Dus, beperkt deze veronderstelling onze zoektocht in feite tot de grootste planeet in het heelal? Niet precies. Neem bijvoorbeeld Jupiter, een gasreus. Bijna al zijn massa bestaat uit gasvormige (of metallische) waterstof, die rond een kleine kern in een dikke laag atmosfeer cirkelt. Saturnus, Uranus, en Neptunus vertonen ook dergelijke structuren. Gasreuzen, zo lijkt het, kunnen ook van de spreekwoordelijke lijst van grootste vaste objecten in het heelal worden geschrapt.
De tweede elementaire fout in de gestelde vraag is dat er niet wordt gedefinieerd wat “groot” is. Iets kan groter zijn dan iets anders als het meer massa heeft, een grotere straal, een hogere dichtheid, of een willekeurig aantal andere hemelse factoren eigenlijk. Omdat mensen gewoonlijk aan “groot” denken als iets dat fysiek groter is dan iets anders door visuele beoordeling, zal deze studie zich richten op het fysieke volume van een object, dat gewoonlijk afhangt van zijn straal.
Okay, dus we zijn klaar om de boeken in te gaan! Niet helemaal. Want de vraag heeft nog een formaliteit waar we rekening mee moeten houden. De probleemstelling geeft aan dat we proberen het grootste vaste voorwerp in het heelal te vinden. Hoe kunnen we dat doen als we zelfs met onze krachtigste telescopen slechts een fractie van het waarneembare heelal kunnen zien? We moeten onze vraag beperken tot wat we kunnen waarnemen. De echte vraag is dus:
Wat is het grootste vaste voorwerp, naar volume, dat we tot nu toe in het waarneembare heelal hebben ontdekt? Laten we beginnen.
Laten we eerst klein beginnen door ons zonnestelsel te analyseren. Op het eerste gezicht lijkt het erop dat de aarde de houder is van het blauwe lintje, als grootste rotsplaneet die om de zon draait. Bij nader onderzoek zou men zich echter realiseren dat de Aarde zelf niet volledig massief is. De buitenkern van de aarde, samengeperst door een kilometers dikke laag vast gesteente, bestaat uit gesmolten ijzer, de vloeistof die ons beschermende magnetische veld voortdurend actief houdt. Ook op Venus, de op één na grootste rotsplaneet, zou een vloeibare kern bestaan.
De volgende reusachtige kandidaat voor vaste stof is Mars. Ooit had Mars een vloeibare kern en een hete mantel, die verantwoordelijk waren voor al zijn vulkanische en tektonische kenmerken. Vandaag de dag is de kern van Mars echter gestold, waardoor het geen verdedigend magnetisch veld meer heeft tegen zonnestraling. Hoewel men denkt dat er nog zakken met vloeibare mantel bestaan, zou de structuur van Mars volledig intact kunnen blijven als deze zakken zouden verdwijnen.
Mars heeft een straal van 3390 kilometer en is volledig vast. De aarde heeft een straal van 6371 kilometer, en heeft nog steeds een vloeibare binnenkant. Dus het grootste volledig vaste object in het heelal moet ergens tussen deze twee stralen in liggen. Nou ja, niet helemaal…
Hoewel de buitenkant van gasreuzen, zoals de naam al doet vermoeden, gasvormig is, bezitten gasreuzen toch relatief grote vaste kernen in hun centrum. De vaste kern van Jupiter bestaat vermoedelijk volledig uit rots, metaal en ijs, en kan wel 20 keer zo zwaar zijn als de aarde. Hoewel de extreme temperaturen in zijn kern (~36.000 K) een gesmolten kernstructuur lijken te suggereren, houdt de immense druk van duizenden kilometers samengeperste waterstof en helium de kern waarschijnlijk volledig vast. Men heeft berekend dat de kern van Jupiter een straal heeft die tot 0,1 maal zo groot is als de straal van Jupiter, ofwel ongeveer 7.000 km. Dit geeft hem een enorme dichtheid van meer dan 80.000 kg/m³.
We hebben exoplaneten ontdekt die groter zijn dan Jupiter, en die naar verhouding een grotere vaste kern zouden hebben. Maar zodra een planeet een bepaalde massa bereikt (ongeveer 13 keer die van Jupiter), houdt het object op een planeet te zijn en wordt het een bruine dwerg. Een bruine dwerg wordt gekenmerkt door zijn vermogen om deuteriumfusie uit te voeren, op welk punt hij waarschijnlijk geen vaste kern meer heeft. Een planeet van 13 Jupitermassa’s zou dus (mogelijk) een vaste kern hebben met een massa van 260 aardmassa’s. Als we aannemen dat zo’n planeet een kern heeft met ongeveer dezelfde dichtheid als Jupiter, dan zou de kern van deze planeet met de hoogste massa ongeveer 16.500 km groot zijn, ofwel 2,58 keer de straal van de Aarde!
Het grootste fysieke vaste natuurlijke object dat in ons universum qua volume mogelijk is, is dus de vaste kern van een hypothetische planeet met een hoge massa die net op het punt staat om zijn status van bruine dwerg uit te roepen. Cool! Hier is een lijst van enkele echt grote structuren in ons universum. Veel plezier!
10) Grootste niet-bolvormig massief object: Haumea – 620 km radius.
9) Grootste maan: Ganymedes – 2634 km radius.
8) Grootste rotsachtige planeet: Kepler 277c – 3,36 aardstralen (21.400 km).
7) Grootste gasreuzenplaneet: HD 100546 b – 6 Jupiterradii (419.466 km).
6) Grootste ringensysteem: J 1407 b – 0,6 AU radius (90 miljoen km).
5) Grootste ster: UY Scuti – 1708 zonsradii (1,19 miljard km).
4) Grootste zwarte gat: TON 618 – 1300 AU radius (195,0 miljard km).
3) Grootste (grotendeels intacte) nevel: LAB-1 – 300.000 lichtjaar diameter.
2) Grootste sterrenstelsel: IC 1101 – 3,92 miljoen lichtjaar diameter.
1) Grootste structuur: Hercules-Corona Borealis Grote Muur – 10 miljard lichtjaar diameter.
