Vad är det största fasta föremålet i universum?
Frågan är vag. Vid en första anblick skulle de flesta omedelbart dra slutsatsen att någon uppblåst röd superjättestjärna eller ett extragalaktiskt supermassivt svart hål innehar titeln som det största fysiska tinget som existerar inom gränserna för vårt universum. Det är dock något fundamentalt fel med den slutsatsen; dessa objekt är inte fasta.
Som de flesta vet finns materia i fyra grundläggande tillstånd (som vi känner till och använder för att studera). Dessa tillstånd är gas, vätska, fast och plasma. Vad de flesta människor inte vet är att mer än 99 % av materian i det synliga universum består av det fjärde tillståndet, plasma. I princip allt vi kan se på vår natthimmel med blotta ögat, som stjärnor och galaxer, är en form av plasma. Eftersom det finns en tydlig skillnad mellan plasma och de andra tre materietillstånden är saker som består av plasma inte riktigt fasta. Därför kan dessa föremål inte ingå i en beräkning av det största fasta föremålet i universum.
Så, begränsar detta antagande i princip vårt sökande till den största planeten i universum? Inte precis. Ta Jupiter till exempel, en gasjätte. Nästan all dess massa är i form av gasformigt (eller metalliskt) väte, som cirkulerar runt en liten kärna i ett tjockt lager av atmosfär. Saturnus, Uranus och Neptunus uppvisar också liknande strukturer. Gasjättar, verkar det som om de också kan skrapas bort från den ordspråksmässiga listan över de största fasta objekten i universum.
Det andra elementära felet med den ställda frågan är att den inte definierar vad ”stor” är. Något kan vara större än något annat om det ger mer massa, en större radie, en högre densitet eller något annat antal andra himmelska faktorer egentligen. Eftersom människor vanligtvis tänker på ”stor” som något som är fysiskt större än något annat genom visuell bedömning, kommer den här studien att fokusera på ett objekts fysiska volym, som vanligtvis beror på dess radie.
Okej, så vi är redo att slå oss ner i böckerna! Inte riktigt. För frågan har ytterligare en formalitet som måste beaktas. I problemformuleringen anges att vi försöker hitta det största fasta föremålet i universum. Hur ska vi kunna göra det när vi bara ser en liten del av det observerbara universum även med våra mest kraftfulla teleskop? Vi måste begränsa vår fråga till endast det som vi kan observera. Så den verkliga frågan är:
Vad är det största fasta föremålet, räknat i volym, som vi hittills har upptäckt i det observerbara universum? Låt oss börja.
Först ska vi börja i liten skala genom att analysera vårt solsystem. Vid en första anblick verkar det som om jorden är innehavaren av det blå bandet, som den största stenplaneten som kretsar runt solen. Men vid en närmare granskning skulle man inse att själva jorden inte är helt solid. Jordens yttre kärna, som är komprimerad av ett kilometer tjockt lager av fast sten, består av smält järn, den vätska som håller vårt skyddande magnetfält ständigt aktivt. En flytande kärna har också postulerats finnas på Venus, den näst största stenplaneten.
Nästa gigantiska fasta kandidat är Mars. Mars gav en gång i tiden en flytande kärna och en varm mantel, som var ansvarig för alla dess vulkaniska och tektoniska egenskaper. Idag har dock Mars kärna sedan dess stelnat, vilket helt berövar den ett defensivt magnetfält mot solstrålning. Även om fickor av flytande mantel teoretiseras finnas kvar, skulle Mars struktur kunna förbli helt intakt om dessa fickor försvann.
Mars har en radie på 3390 kilometer och är helt fast. Jorden har en radie på 6371 kilometer och har fortfarande ett flytande inre. Så det volymmässigt största helt fasta objektet i universum måste ligga någonstans mellan dessa två radier. Tja, inte precis…
Tyvärr är gasjättarnas utsida, som namnet antyder, gasformig, men gasjättarna har relativt stora fasta kärnor i sitt centrum. Jupiters fasta kärna tros bestå helt av sten, metall och is och kan vara upp till 20 gånger jordens massa. Även om de extrema temperaturerna i dess kärna (~36 000 K) skulle kunna tyda på en struktur med en smält kärna, är det troligt att det enorma trycket från tusentals kilometer av komprimerat väte och helium gör att kärnan är helt fast. Jupiters kärna har teoretiserats ha en radie på upp till 0,1 gånger Jupiters radie, eller cirka 7 000 km. Detta ger den en enorm densitet på över 80 000 kg/m³.
Vi har upptäckt exoplaneter som är större än Jupiter och som skulle ha proportionellt sett större fasta kärnor. När en planet når en viss massa (ungefär 13 gånger Jupiters massa) upphör objektet dock att vara en planet och blir en brun dvärg. En brun dvärg kännetecknas av sin förmåga att utföra deuteriumfusion, varvid den sannolikt inte längre har någon fast kärna. En planet med 13 Jupiters massa skulle alltså (potentiellt) ha en fast kärna med en massa på 260 jordens massa. Om man antar att en sådan planet skulle ha en kärna som har ungefär samma densitet som Jupiters, skulle kärnan i denna planet med hög massa vara ungefär 16 500 km, eller 2,58 gånger jordens radie!
Det största fysiska fasta naturliga objektet som är möjligt i vårt universum till volymen är alltså den fasta kärnan i en hypotetisk planet med hög massa, som precis står på gränsen till att deklarera sin status som en brun dvärg. Coolt! Här är en lista över några riktigt stora strukturer i vårt universum. Njut!
10) Största icke-sfäriska fasta föremål: Haumea – 620 km radie.
9) Största månen: Ganymedes – 2634 km radie.
8) Största stenplanet: Kepler 277c – 3,36 jordradier (21 400 km).
7) Största gasjätteplanet: HD 100546 b – 6 Jupiterradier (419 466 km).
6) Största ringsystemet: J 1407 b – 0,6 AU radie (90 miljoner km).
5) Största stjärna: UY Scuti – 1708 solradier (1,19 miljarder km).
4) Största svarta hålet: TON 618 – 1300 AU radie (195,0 miljarder km).
3) Största (i stort sett intakta) nebulosa: LAB-1 – 300 000 ljusår i diameter.
2) Största galaxen: IC 1101 – 3,92 miljoner ljusår i diameter
1) Största struktur: Herkules-Corona Borealis Great Wall – 10 miljarder ljusår i diameter.
