Brandon Weigel

Follow

Jan 27, 2017 – 6 min read

.

Czarna dziura z filmu „Interstellar”, 2014. Źródło: Syncopy/Paramount Pictures

Jaki jest największy stały obiekt we wszechświecie?

To pytanie jest niejasne. Na pierwszy rzut oka większość ludzi natychmiast doszłaby do wniosku, że jakaś rozdęta czerwona gwiazda supergigant lub pozagalaktyczna supermasywna czarna dziura posiada tytuł największej fizycznej rzeczy istniejącej w granicach naszego wszechświata. Jednakże jest coś fundamentalnie złego w tym wniosku; te obiekty nie są stałe.

Jak większość ludzi wie, materia występuje w czterech podstawowych stanach (o których wiemy i które wykorzystujemy do badań). Te stany to gaz, ciecz, ciało stałe i plazma. To o czym większość ludzi nie wie to fakt, że ponad 99% materii w widzialnym wszechświecie składa się z czwartego stanu, plazmy. W zasadzie wszystko, co możemy zobaczyć gołym okiem na naszym nocnym niebie, jak gwiazdy i galaktyki, jest formą plazmy. Ponieważ istnieje wyraźna różnica pomiędzy plazmą a pozostałymi trzema stanami materii, obiekty zbudowane z plazmy nie są tak naprawdę ciałami stałymi. Dlatego obiekty te nie mogą być uwzględnione w obliczeniach dotyczących największego obiektu stałego we wszechświecie.

Gwiazda, która nie jest obiektem stałym. Źródło NASA

Czy zatem to założenie w zasadzie zawęża nasze poszukiwania do największej planety we wszechświecie? Nie do końca. Weźmy na przykład Jowisza, gazowego olbrzyma. Prawie cała jego masa jest w postaci gazowego (lub metalicznego) wodoru, krążącego wokół małego jądra w grubej warstwie atmosfery. Saturn, Uran i Neptun również mają podobne struktury. Gazowe olbrzymy, jak się wydaje, mogą również zostać skreślone z przysłowiowej listy największych stałych obiektów we wszechświecie.

Planety gazowe olbrzymy, które również nie są całkowicie stałe. Źródło: Softpedia

Drugi elementarny błąd z postawionym pytaniem polega na tym, że nie definiuje ono, czym jest „duże”. Coś może być większe od czegoś innego, jeśli ma większą masę, większy promień, większą gęstość lub dowolną liczbę innych czynników niebieskich. Ponieważ ludzie zwykle myślą o „dużym” jako coś, co jest fizycznie większe niż coś innego przez ocenę wizualną, to badanie skupi się na fizycznej objętości obiektu, która zwykle zależy od jego promienia.

Okay, więc jesteśmy gotowi, aby uderzyć w książki! Nie do końca. Ponieważ pytanie ma jeszcze jedną formalność, która musi być wzięta pod uwagę. Stwierdzenie problemu wskazuje, że próbujemy znaleźć największy stały obiekt we wszechświecie. Jak możemy to zrobić, skoro nawet za pomocą naszych najpotężniejszych teleskopów widzimy tylko niewielki ułamek obserwowalnego wszechświata? Musimy zawęzić nasze pytanie tylko do tego, co możemy zaobserwować. Tak więc prawdziwe pytanie brzmi:

Jaki jest największy stały obiekt, według objętości, który do tej pory odkryliśmy w obserwowalnym wszechświecie? Zacznijmy.

Po pierwsze, zacznijmy od małej analizy naszego Układu Słonecznego. Na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło, że to Ziemia jest posiadaczem niebieskiej wstążki, jako największa skalista planeta krążąca wokół Słońca. Jednak po bliższym przyjrzeniu się, można by zdać sobie sprawę, że sama Ziemia nie jest całkowicie lita. Ściśnięte przez warstwę litej skały o grubości kilometrów, zewnętrzne jądro Ziemi składa się ze stopionego żelaza, płynu, który utrzymuje nasze ochronne pole magnetyczne w stanie ciągłej aktywności. Postuluje się również istnienie płynnego jądra na Wenus, drugiej co do wielkości planecie skalistej.

Odcinek Ziemi, pokazujący, że ona również nie jest całkowicie stała. Źródło: Wikimedia

Kolejnym gigantycznym kandydatem na ciało stałe jest Mars. Mars miał kiedyś płynne jądro i gorący płaszcz, który był odpowiedzialny za wszystkie jego wulkaniczne i tektoniczne cechy. Jednak obecnie rdzeń Marsa uległ zestaleniu, całkowicie pozbawiając go obronnego pola magnetycznego przed promieniowaniem słonecznym. Chociaż uważa się, że kieszonki płynnego płaszcza wciąż istnieją, struktura Marsa mogłaby pozostać całkowicie nienaruszona, gdyby te kieszonki zniknęły.

Mars ma promień 3390 kilometrów i jest całkowicie stały. Ziemia ma promień 6371 kilometrów, i wciąż posiada płynne wnętrze. Zatem największy objętościowo, całkowicie stały obiekt we wszechświecie musi znajdować się gdzieś pomiędzy tymi dwoma promieniami. Cóż, nie do końca…

Czy Mars może być jednym z największych stałych obiektów we wszechświecie? Źródło: NASA

Chociaż zewnętrzne części gazowych olbrzymów są, jak sama nazwa wskazuje, gazowe, gazowe olbrzymy posiadają stosunkowo duże stałe rdzenie w swoich centrach. Uważa się, że stałe jądro Jowisza składa się całkowicie ze skał, metalu i lodu, a jego masa może być nawet 20 razy większa od masy Ziemi. Choć ekstremalne temperatury panujące w jego jądrze (~36 000 K) sugerowałyby strukturę stopionego rdzenia, ogromne ciśnienie tysięcy kilometrów skompresowanego wodoru i helu prawdopodobnie utrzymuje rdzeń w stanie całkowicie stałym. Przypuszcza się, że jądro Jowisza ma promień 0,1 razy większy od promienia Jowisza, czyli około 7000 km. To daje mu gęstość ponad 80 000 kg/m³.

Odcinek Jowisza, pokazujący jego całkowicie stałe, skalisto-lodowe jądro. Źródło: NASA

Odkryliśmy egzoplanety większe od Jowisza, które miałyby proporcjonalnie większe stałe rdzenie. Jednakże, gdy planeta osiągnie pewną masę (około 13 razy większą od masy Jowisza), obiekt przestaje być planetą i staje się brązowym karłem. Brązowy karzeł charakteryzuje się zdolnością do przeprowadzania fuzji deuteru, w którym to momencie prawdopodobnie nie posiada już litego jądra. Tak więc planeta o masie 13 mas Jowisza miałaby (potencjalnie) stałe jądro o masie 260 mas Ziemi. Zakładając, że taka planeta miałaby rdzeń o gęstości zbliżonej do gęstości Jowisza, jądro tej planety o wyższej masie miałoby około 16 500 km, czyli 2,58 razy więcej niż promień Ziemi!

A więc największym fizycznym stałym obiektem naturalnym możliwym w naszym wszechświecie pod względem objętości jest stałe jądro hipotetycznej planety o wysokiej masie, która jest na granicy ogłoszenia swojego statusu brązowego karła. Super! A teraz lista kilku naprawdę dużych struktur w naszym wszechświecie. Enjoy!

10) Największy niesferyczny obiekt stały: Haumea – promień 620 km.

Haumea, na zdjęciu powyżej, jest prawdopodobnie wynikiem gwałtownej kolizji w przeszłości. Źródło: NASA

9) Największy księżyc: Ganymede – promień 2634 km.

Ogromny księżyc Jowisza. Źródło: NASA

8) Największa planeta skalista: Kepler 277c – 3,36 promienia Ziemi (21 400 km).

Wyobrażenie artysty planety typu Super Ziemia. Kepler 277c ma gęstość sugerującą skład skalny, ale szacuje się, że jego masa jest 64 razy większa od masy Ziemi. Źródło: NASA

7) Największa planeta gazowy olbrzym: HD 100546 b – 6 promieni Jowisza (419 466 km).

HD 100546 b ma tak duży promień ze względu na ilość ciepła słonecznego, które otrzymuje od swojej gwiazdy-gospodarza, co sprawia, że jej warstwy atmosferyczne są „puszyste”. Źródło: ESO

6) Największy system pierścieni: J 1407 b – promień 0,6 AU (90 mln km).

System pierścieni jest 360 razy większy od pierścieni Saturna. Źródło: Ron Miller/NASA

5) Największa gwiazda: UY Scuti – 1708 radii słonecznych (1,19 mld km).

UY Scuti, obok naszego Słońca. Źródło: Chase’s Solar System

4) Największa czarna dziura: TON 618 – promień 1300 AU (195,0 mld km).

Średnica TON 618 w porównaniu zarówno ze średnicą poprzedniego rekordzisty, S5 0014+81, jak i średnicą Układu Słonecznego aż do orbity Plutona.

3) Największa (w większości nienaruszona) mgławica: LAB-1 – 300 000 lat świetlnych średnicy.

LAB-1 to ogromna plama gazu wodorowego znajdująca się w odległości 11,5 miliarda lat świetlnych. Źródło: ESO

2) Największa galaktyka: IC 1101 – 3,92 mln lat świetlnych średnicy.

IC 1101 pakuje 100 bilionów gwiazd w swoją średnicę, w porównaniu do marnych 100 miliardów w Drodze Mlecznej. Źródło: HST

1) Największa struktura: Hercules-Corona Borealis Great Wall – 10 miliardów lat świetlnych średnicy.

Zobrazowana powyżej, Hercules-Corona Borealis Great Wall jest masywną galaktyczną nadbudową złożoną z filamentów galaktyk. Źródło: Render Reborn

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.