Wat zijn de grootste objecten in het heelal?
De ruimte is enorm. Als je je voorstelt hoe uitgestrekt het heelal is, is dat soms verbijsterend, zelfs voor de meest bescheiden objecten. Sommige zijn echt enorm, maar wat zijn de grootste van de grote?
De afgelopen jaren zijn er duizenden potentiële exoplaneten ontdekt. De grootste zijn Jupiterachtige gasreuzen, zoals HAT-P-32b in Andromeda. Zijn straal is ongeveer twee keer zo groot als die van Jupiter, maar zijn massa is iets kleiner.
“HAT-P-32b is een hete Jupiter, een type dichtbij gelegen gasreuzenplaneet,” zegt Ming Zhao, onderzoeker aan de afdeling Astronomie en Astrofysica van de Pennsylvania State University.
De planeet draait slechts op 0.034 AE van zijn gastheerster, een tiende van de straal van Mercurius.
Lees meer ruimtewetenschap:
- Een gids voor het weer in het zonnestelsel
- Hoe is het zonnestelsel ontstaan?
- Hoe zien noorderlichten eruit op andere planeten?
“Hij ervaart verzengende straling en heeft een temperatuur van bijna 1.800ºC. Daardoor wordt hij groter.”
Als we de schaal vergroten en naar de grootste sterren kijken, zijn er verschillende kanshebbers. De hyperreus UY Scuti zou een straal hebben die ruim 1700 keer zo groot is als die van de zon, maar er is veel variatie omdat de ster in een cyclus van 740 dagen groeit en krimpt.
NML Cygni staat niet ver daarachter met een straal van 1442 zonsstralen. Zijn enorme afmetingen worden veroorzaakt door de 50 aardmassa’s gas die hij elk jaar verliest en die een lijkwade om hem heen vormen, waardoor hij een enorme omvang krijgt. Hij varieert over een periode van 940 dagen.
Welke ster ook de leiding heeft, het is onwaarschijnlijk dat hij dat lang zal blijven. Deze sterren zijn in de laatste fase van hun leven en hebben hooguit nog een paar miljoen jaar voordat ze supernova gaan, een glorieuze nevel achterlatend.
Deze verzamelingen van gas en stof zijn overal in ons Melkwegstelsel te vinden, hoewel de grootste die we kennen daarbuiten ligt, 160.000 lichtjaar verderop in de Grote Magelhaense Wolk.
De Tarantula Nevel is een enorm HII-gebied met een doorsnede van 600 lichtjaar. Als hij van plaats zou wisselen met de veel dichterbij gelegen Orionnevel, zou hij hetzelfde hemeloppervlak beslaan als 60 volle manen en helder genoeg zijn om schaduwen te werpen.
De nevel herbergt de supersterrenhoop R136, de thuisbasis van enkele van de meest massieve en helderste bekende sterren, die deze glorieuze nevel veroorzaken.
Als we echter naar de grootste deelnemers op de volgende trap van de kosmische grootteschaal kijken, sterrenstelsels, is het onwaarschijnlijk dat die ook maar één indrukwekkende nevel hebben.
Een gids voor kosmische metingen:
- 1 astronomische eenheid = 150 miljoen km (afstand van de aarde tot de zon)
- 1 zonnestraal = 695,000 km (afstand van de rand van de zon tot haar centrum)
- 1 lichtjaar = 9 biljoen km (afstand die het licht in een jaar aflegt)
De grootste sterrenstelsels zijn elliptische stelsels, enorme verzamelingen sterren die ontstaan wanneer twee of meer kleinere sterrenstelsels op elkaar botsen en samensmelten, waarbij al het gas en stof wordt verwijderd.
Het grootste bekende elliptische sterrenstelsel is IC 1101 in Virgo. Met een doorsnede van 5,8 miljoen lichtjaar is het meer dan 50 keer zo groot als de Melkweg.
Gemaakt van 100 biljoen sterren zou het niet alleen de Melkweg overspoelen, maar ook het Andromedastelsel en een groot deel van de Lokale Groep.
Hoewel sterrenstelsels de grootste dingen zijn waar je door een telescoop naar kunt kijken en die je kunt herkennen, zijn er structuren die nog groter zijn. Sterrenstelsels klonteren samen in clusters, en de meest extreme die momenteel bekend is, is El Gordo of ‘de dikke’.
“Gedurende de levensduur van het heelal groeien clusters van sterrenstelsels. El Gordo stamt uit een tijd dat het heelal half zo oud was als nu, maar voor zijn tijd is het de meest extreme,” zegt prof. Jack Hughes van de Rutgers University.
Hoewel het beest van een cluster zo groot is dat het moeilijk is om de omvang ervan te schatten, wordt aangenomen dat hij tussen de 10-30 miljoen lichtjaar in doorsnee is.
“Als je kijkt naar wat we verwachten dat de massa van clusters op die afstand is, dan zit El Gordo dicht bij de grens van wat we zouden verwachten te vinden over de hele hemel: een eenmalig object in het heelal,” zegt Hughes.
Omdat hij meer dan 8 miljard lichtjaar van ons vandaan staat, kijken we naar hem zoals hij er 8 miljard jaar geleden uitzag. Hoewel de clusters die we in het nabije heelal zien groter zijn, zal El Gordo na een evolutie van enkele miljarden jaren zijn uitgegroeid tot een reusachtige kolos.
Maar zelfs deze clusters van sterrenstelsels zijn niet de grootste dingen in het heelal.
Superclusters, gevormd uit meerdere clusters van sterrenstelsels, zijn de grootste gravitationeel gebonden objecten die we kennen.
De Shapley-supercluster wordt verondersteld de grootste te zijn met ongeveer 650 miljoen lichtjaar, terwijl de Laniakea-supercluster (die de Melkweg en dus ons bevat) daar niet ver achter ligt met 520 miljoen lichtjaar.
Dit zijn de grootste objecten die we op dit moment kennen. Maar Shapley en Laniakea komen naar elkaar toe. Worden deze twee alsnog onderdeel van een grotere structuur?
Het Kosmische Web wordt verondersteld een groot netwerk van clusters te zijn, verbonden met filamenten van donkere materie en met sterrenstelsels die overal doorheen zijn gestrooid.
Deze filamenten vormen reusachtige muren: de Hercules-Corona Borealis Grote Muur, bijvoorbeeld, is tussen de zes en 18 miljard lichtjaar lang.
Het is zo groot dat men denkt dat het de grenzen verlegt van hoe groot iets kan zijn, en dat het de kosmische groottegrens of het kosmologisch principe doorbreekt.
“Het kosmologisch principe houdt in dat het heelal er op zeer grote schaal overal hetzelfde uitziet en in alle richtingen dezelfde dichtheid heeft,” zegt Peter Coles, hoofd van de School voor Wis- en Natuurwetenschappen van de Universiteit van Sussex.
“Het probleem is, wat bedoelen we met ‘significant grote schalen’?”
Als ruwe richtlijn wordt de grens op ongeveer 1.
Als ruwe schatting wordt de grens op 1,2 miljard lichtjaar gelegd, maar er zijn verschillende objecten gevonden die deze grens zouden doorbreken, zoals een groep van 10 gammastraal uitbarstende sterrenstelsels die meer dan vijf miljard lichtjaar omspannen.
Maar kan zoiets echt een structuur worden genoemd?
“Je kunt een structuur hebben die niet heel sterk gravitationeel gebonden is, zoals een lang filament van sterrenstelsels,” zegt Coles. “Die kan honderden miljoenen lichtjaren lang zijn, maar het effect ervan op de ruimtetijd is heel klein.
Zo uitgestrekt als deze structuren zijn, zo groot zijn er misschien nog grotere, onontdekte structuren in de diepte van ons heelal.
Wij zien slechts een fractie van alles wat er te zien is, en ongetwijfeld liggen er nog grotere monsters op de loer in de diepten van ons Melkwegstelsel en daarbuiten.
De grenzen verleggen
Zo veel titanen hebben we al in ons heelal gevonden, maar zou er nog een groter monster rondlopen? De grenzen van de fysieke diameter zijn moeilijk vast te stellen, omdat massa, temperatuur, samenstelling en leeftijd allemaal een rol spelen bij hun grootte. Voor een planeet is de grens een kwestie van definitie: wanneer wordt een grote planeet een kleine ster?
“De massagrens tussen een gasreus en een bruine dwerg ligt rond de 13 Jupitermassa’s. Onder deze grens zou een object niet meer groter zijn dan een ster. Onder deze grens is een object niet heet genoeg om deuterium te verbranden, en dat is het punt waarop het een ster wordt,” zegt Ming Zhao.
Ook voor sterren geldt dat er een punt is waarop hun massa te groot kan worden. Sterren houden de zwaartekracht die naar binnen drukt en de druk die tijdens de fusie naar buiten ontstaat in evenwicht.
Dit evenwichtsspel is stabiel tot ongeveer 150 zonsmassa’s in het huidige heelal.
Maar er zijn sterren die deze grens doorbreken, zoals R136a1, met een gewicht van 256 zonsmassa’s. Onderzoekers weten niet precies hoe dit mogelijk is, maar de huidige theorie is dat de ster niet op deze manier is ontstaan.
In plaats daarvan zijn twee sterren samengesmolten. Hoe groter een ster echter is, des te korter is zijn levensduur, en binnenkort zal deze ster exploderen in een spectaculaire supernova.
Verborgen in het donker
Weliswaar zijn er in het heelal enkele enorme structuren te zien, maar sommige van de grootste zijn onzichtbaar.
Als je in ons zonnestelsel kijkt, is de zon het grootste object, maar haar invloed is tot ver buiten haar oppervlak merkbaar.
De zon houdt niet alleen de planeten in bedwang door de zwaartekracht, maar heeft ook een enorm magnetisch veld, zo groot dat de Voyager-sondes pas na 35 jaar reizen de rand ervan bereikten.
Op grotere schaal zijn melkwegstelsels veel groter dan ze voor ons oog lijken. Men denkt dat 95% van de Melkweg bestaat uit onzichtbare donkere materie, die zich uitstrekt in een grote massa die halo wordt genoemd.
Hoe ver deze halo’s precies reiken is onmogelijk te meten, en we weten alleen van hun aanwezigheid door de manier waarop sterrenstelsels draaien.
Maar een van de grootste structuren daarbuiten is geen donkere, of zelfs lichtgevende, materie. Het is gemaakt van niets.
Toen de Planck-satelliet de aanwezigheid van een koude vlek in de kosmische microgolfachtergrondstraling bevestigde, realiseerden onderzoekers zich dat ze een gigantische leegte hadden gevonden, de Eridanus Supervoid, een van de grootste structuren in het waarneembare heelal.
Elizabeth Pearson is nieuwsredacteur van BBC Sky at Night Magazine. Dit artikel verscheen oorspronkelijk in het januarinummer 2016 van BBC Sky at Night Magazine.