Jakie są największe obiekty we Wszechświecie?

Przestrzeń kosmiczna jest ogromna. Wyobrażenie sobie, jak rozległy jest Wszechświat, może czasami przyprawić o zawrót głowy, nawet w przypadku niektórych najskromniejszych obiektów. Istnieją takie, które są naprawdę ogromne, ale jakie są największe z dużych?

W ciągu ostatnich kilku lat odkryto tysiące potencjalnych egzoplanet. Największe z nich to gazowe olbrzymy podobne do Jowisza, takie jak HAT-P-32b w Andromedzie. Jej promień jest około dwa razy większy od promienia Jowisza, jednak masa jest nieco mniejsza.

„HAT-P-32b jest gorącym Jowiszem, rodzajem zbliżonej do Jowisza gazowej planety olbrzymiej”, mówi Ming Zhao, pracownik naukowy w Departamencie Astronomii i Astrofizyki na Pennsylvania State University.

Planeta orbituje tylko w odległości 0.034 AU od swojej gwiazdy, jedną dziesiątą promienia Merkurego.

Czytaj więcej o kosmosie:

• Przewodnik po pogodzie w Układzie Słonecznym
• Jak powstał Układ Słoneczny?
• Jak wyglądają zorze na innych planetach?

„Doświadcza palącego napromieniowania i ma temperaturę prawie 1800ºC. To zwiększa jej rozmiar.”

Gdy zwiększymy skalę i spojrzymy na największe gwiazdy, jest kilku pretendentów. Uważa się, że hipergigant UY Scuti mierzy ponad 1700 razy więcej niż promień Słońca, ale istnieje wiele zmienności, ponieważ gwiazda rośnie i kurczy się w cyklu 740-dniowym.

NML Cygni nie jest daleko w tyle z 1,642 promieniami słonecznymi, jej ogromny rozmiar spowodowany jest przez 50 mas ziemskich gazu, które traci każdego roku, tworząc wokół niej całun, nadymając ją do ogromnych rozmiarów. Zmienia się on w ciągu 940-dniowego okna.

Którakolwiek z tych gwiazd jest rzeczywiście na prowadzeniu, jest mało prawdopodobne, że pozostanie tam na długo. Gwiazdy te znajdują się w późniejszych fazach swojego życia i pozostało im najwyżej kilka milionów lat, zanim przejdą w stan supernowej, pozostawiając po sobie wspaniałą mgławicę.

Takie zbiorowiska gazu i pyłu można znaleźć w całej naszej Galaktyce, choć największe z nich, jakie znamy, znajduje się poza nią, 160 000 lat świetlnych stąd, w Wielkim Obłoku Magellana.

Mgławica Tarantula jest ogromnym regionem HII o średnicy 600 lat świetlnych. Gdyby zamienić ją miejscami z dużo bliższą Mgławicą Oriona, zajmowałaby taki sam obszar nieba jak 60 Księżyców w pełni i byłaby wystarczająco jasna, by rzucać cienie.

W mgławicy znajduje się supergromada gwiazd R136, dom dla jednych z najbardziej masywnych i najjaśniejszych znanych gwiazd, które powodują powstawanie tej wspaniałej mgławicy.

Jednakże, gdy spojrzymy na największych uczestników na kolejnym stopniu kosmicznej skali wielkości, galaktyki, jest mało prawdopodobne, że będą one miały jakiekolwiek imponujące mgławice.

Największe z galaktyk to galaktyki eliptyczne, ogromne zbiory gwiazd, które powstają, gdy dwie lub więcej mniejszych galaktyk zderzają się i łączą ze sobą, usuwając cały gaz i pył w tym procesie.

Największą znaną galaktyką eliptyczną jest IC 1101 w Pannie. Przy średnicy 5,8 miliona lat świetlnych jest ona ponad 50 razy większa od Drogi Mlecznej.

Składająca się ze 100 bilionów gwiazd, pochłonęłaby nie tylko Drogę Mleczną, ale także Galaktykę Andromedy i znaczną część Grupy Lokalnej.

Chociaż galaktyki są największymi obiektami, na które można patrzeć przez teleskop i które można rozpoznać, istnieją struktury, które są jeszcze większe. Galaktyki łączą się w gromady, a najbardziej ekstremalna z nich, która jest obecnie znana, to El Gordo, czyli 'ta gruba'.

„W ciągu życia Wszechświata gromady galaktyk rosną. El Gordo pochodzi z czasów, gdy Wszechświat był o połowę starszy niż teraz, ale jak na swoje czasy jest najbardziej ekstremalna” – mówi prof. Jack Hughes z Rutgers University.

Pomimo, że bestia gromady jest tak duża, że trudno oszacować jej rozmiar, uważa się, że ma ona średnicę od 10 do 30 milionów lat świetlnych.

„Jeśli spojrzeć na to, jakiej masy spodziewamy się po gromadach w tej odległości, El Gordo jest bliska granicy tego, co spodziewalibyśmy się znaleźć na całym niebie: jednorazowy obiekt we Wszechświecie” – mówi Hughes.

Jako że jest oddalona o ponad 8 miliardów lat świetlnych, patrzymy na nią tak, jak wyglądała 8 miliardów lat temu. Choć gromady, które widzimy w pobliskim Wszechświecie, są większe, po kilku miliardach lat ewolucji El Gordo urośnie do rozmiarów ogromnego behemota.

Ale nawet te gromady galaktyk nie są największymi obiektami we Wszechświecie.

Supergromady, utworzone z kilku gromad galaktyk, są największymi obiektami związanymi grawitacyjnie, o jakich wiemy.

Supergromada Shapleya jest uważana za największą, oddaloną o około 650 milionów lat świetlnych, podczas gdy supergromada Laniakea (która zawiera Drogę Mleczną, a więc i nas) jest niewiele mniejsza, bo 520 milionów lat świetlnych.

To największe obiekty, o których obecnie wiemy. Jednak Shapley i Laniakea zmierzają ku sobie. Czy te dwa obiekty stają się częścią większej struktury?

Uważa się, że Kosmiczna Sieć jest wielką siecią gromad, połączonych włóknami ciemnej materii i z galaktykami rozsianymi po całym obszarze.

Włókna te tworzą gigantyczne ściany: Wielka Ściana Herkulesa-Corona Borealis, na przykład, mierzy od sześciu do 18 miliardów lat świetlnych długości.

Jest tak duża, że uważa się, iż przesuwa granice tego, jak duże może być coś, łamiąc kosmiczną granicę wielkości lub zasadę kosmologiczną.

„Zasada kosmologiczna oznacza, że na bardzo dużych skalach Wszechświat wygląda tak samo w każdym miejscu i ma taką samą gęstość we wszystkich kierunkach”, mówi Peter Coles, dyrektor Szkoły Nauk Matematycznych i Fizycznych na Uniwersytecie w Sussex.

„Problem polega na tym, co rozumiemy przez 'znacząco duże skale'?”

Jako przybliżony przewodnik, granica jest umieszczona na około 1.2 miliardy lat świetlnych, ale znaleziono kilka obiektów, o których mówi się, że łamią tę granicę, takich jak grupa 10 galaktyk z wybuchami promieniowania gamma, które rozciągają się na ponad pięć miliardów lat świetlnych.

Ale czy coś takiego można naprawdę nazwać strukturą?

„Można mieć strukturę, która nie jest bardzo silnie związana grawitacyjnie, jak długie włókno galaktyk”, mówi Coles. Może ono mieć długość kilkuset milionów lat świetlnych, ale jego wpływ na czasoprzestrzeń jest bardzo mały”.

Tak rozległe jak te struktury, mogą być większe, nieodkryte w głębi naszego Wszechświata.

Możemy zobaczyć tylko niewielki ułamek wszystkiego, co jest do zobaczenia, i bez wątpienia jeszcze większe potwory czają się w głębi naszej Galaktyki i poza nią.

Przesuwanie granic

Dla wszystkich tytanów, których znaleźliśmy w naszym Wszechświecie, czy może istnieć tam większy potwór? Granice średnicy fizycznej mogą być trudne do określenia, ponieważ masa, temperatura, skład i wiek mają wpływ na ich rozmiar. Jednak ich masy są o wiele bardziej ograniczone.

W przypadku planety granica jest kwestią definicji: kiedy duża planeta staje się małą gwiazdą?

„Granica masy pomiędzy gazowym olbrzymem a brązowym karłem wynosi około 13 mas Jowisza. Poniżej tej granicy obiekt nie byłby wystarczająco gorący, aby spalać deuter, co jest punktem, w którym staje się gwiazdą” – mówi Ming Zhao.

Podobnie jak w przypadku gwiazd, istnieje punkt, w którym ich masa może stać się zbyt duża. Gwiazdy równoważą grawitację przygniatającą je do środka i ciśnienie zewnętrzne wytwarzane podczas fuzji jądrowej.

Ta równowaga jest stabilna do około 150 mas Słońca w obecnym Wszechświecie.

Jednak są gwiazdy, które łamią ten limit, takie jak R136a1, ważąca 256 mas Słońca. Naukowcy nie są pewni, jak to jest możliwe, ale obecna teoria mówi, że gwiazda nie uformowała się w ten sposób.

W zamian za to dwie gwiazdy połączyły się ze sobą. Im większa jest gwiazda, tym krótsze jest jej życie, jednak przed długi czas ta gwiazda eksploduje w spektakularną supernową.

Ukryte w ciemności

Pomimo, że we Wszechświecie można dostrzec ogromne struktury, niektóre z największych są niewidoczne.

Jeśli spojrzysz w głąb naszego Układu Słonecznego, największym obiektem jest Słońce, ale jego wpływ jest odczuwalny daleko poza jego powierzchnią.

Słońce nie tylko utrzymuje planety w ryzach dzięki grawitacji, ale ma też ogromne pole magnetyczne, tak duże, że sondy Voyager dotarły do jego krawędzi dopiero po 35 latach podróży.

W większych skalach galaktyki są znacznie większe, niż się wydaje naszym oczom. Uważa się, że 95% Drogi Mlecznej składa się z niewidocznej ciemnej materii, rozciągającej się w wielkiej masie zwanej aureolą.

Dokładnie nie można zmierzyć, jak daleko sięgają te aureole, a o ich obecności wiemy jedynie na podstawie sposobu, w jaki galaktyki się obracają.

Jedna z największych struktur nie jest ciemną materią, ani nawet materią świecącą. Jest zrobiona z niczego.

Kiedy satelita Planck potwierdził obecność zimnej plamy w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła, naukowcy zdali sobie sprawę, że znaleźli gigantyczną pustkę, Eridanus Supervoid, jedną z największych struktur w obserwowalnym Wszechświecie.

Elizabeth Pearson jest redaktorem wiadomości w BBC Sky at Night Magazine. Ten artykuł pierwotnie ukazał się w wydaniu BBC Sky at Night Magazine ze stycznia 2016 roku.