Was sind die größten Objekte im Universum?

Der Weltraum ist riesig. Sich vorzustellen, wie groß das Universum ist, kann manchmal überwältigend sein, selbst für einige der bescheidensten Objekte. Es gibt einige, die wirklich riesig sind, aber was sind die größten der großen?

Tausende von potenziellen Exoplaneten wurden in den letzten Jahren entdeckt. Die größten sind jupiterähnliche Gasriesen, wie HAT-P-32b in Andromeda. Sein Radius ist etwa doppelt so groß wie der des Jupiters, doch seine Masse ist etwas geringer.

„HAT-P-32b ist ein heißer Jupiter, eine Art Gasriese in unmittelbarer Nähe“, sagt Ming Zhao, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Department of Astronomy and Astrophysics der Pennsylvania State University.

Der Planet umkreist nur in 0.034 AE von seinem Wirtsstern entfernt, ein Zehntel des Merkur-Radius.

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„Er erfährt sengende Strahlung und hat eine Temperatur von fast 1.800ºC. Dadurch bläht sich seine Größe auf.“

Wenn wir die Skala eine Stufe höher legen und die größten Sterne betrachten, gibt es mehrere Anwärter. Man nimmt an, dass der Hyperriese UY Scuti mehr als das 1.700-fache des Sonnenradius misst, aber es gibt viele Schwankungen, da der Stern über einen 740-Tage-Zyklus wächst und schrumpft.

NML Cygni liegt mit 1.642 Sonnenradien nicht weit dahinter, seine enorme Größe wird durch die 50 Erdmassen Gas verursacht, die er jedes Jahr verliert und die ihn zu einer enormen Größe aufblähen. Sie variiert über ein Zeitfenster von 940 Tagen.

Welcher Stern auch immer wirklich die Nase vorn hat, es ist unwahrscheinlich, dass er dort für lange Zeit bleibt. Diese Sterne befinden sich in der Spätphase ihres Lebens und haben höchstens noch ein paar Millionen Jahre Zeit, bevor sie zur Supernova werden und einen prächtigen Nebel hinterlassen.

Diese Ansammlungen von Gas und Staub sind überall in unserer Galaxie zu finden, doch die größte, die wir kennen, liegt jenseits davon, 160.000 Lichtjahre entfernt in der Großen Magellanschen Wolke.

Der Tarantula-Nebel ist eine riesige HII-Region mit einem Durchmesser von 600 Lichtjahren. Würde er den Platz mit dem viel näheren Orionnebel tauschen, würde er die gleiche Himmelsfläche wie 60 Vollmonde bedecken und wäre hell genug, um Schatten zu werfen.

Der Nebel beherbergt den Super-Sternhaufen R136, der einige der massereichsten und hellsten bekannten Sterne beherbergt, die diesen herrlichen Nebel verursachen.

Bei den größten Teilnehmern auf der nächsten Stufe der kosmischen Größenskala, den Galaxien, ist es allerdings unwahrscheinlich, dass sie überhaupt beeindruckende Nebel haben.

Die größten Galaxien sind elliptisch, riesige Ansammlungen von Sternen, die sich bilden, wenn zwei oder mehr kleinere Galaxien kollidieren und miteinander verschmelzen, wobei sie alles Gas und den Staub mit sich reißen.

Die größte bekannte elliptische Galaxie ist IC 1101 in der Jungfrau. Mit einem Durchmesser von 5,8 Millionen Lichtjahren ist sie mehr als 50-mal so groß wie die Milchstraße.

Bestehend aus 100 Billionen Sternen würde sie nicht nur die Milchstraße überfluten, sondern auch die Andromeda-Galaxie und einen Großteil der Lokalen Gruppe einschließen.

Obwohl Galaxien die größten Dinge sind, die man durch ein Teleskop betrachten und erkennen kann, gibt es Strukturen, die noch größer sind. Galaxien verklumpen in Haufen, und der extremste, der derzeit bekannt ist, ist El Gordo oder „der Dicke“.

„Im Laufe des Universums wachsen Galaxienhaufen. El Gordo stammt aus einer Zeit, in der das Universum nur halb so alt war wie heute, aber für seine Zeit ist er der extremste“, sagt Prof. Jack Hughes von der Rutgers University.

Das Ungetüm eines Haufens ist so groß, dass es schwer abzuschätzen ist, aber man nimmt an, dass er einen Durchmesser von 10-30 Millionen Lichtjahren hat.

„Wenn man sich anschaut, was wir bei der Masse von Haufen in dieser Entfernung erwarten, ist El Gordo nahe an der Grenze dessen, was wir über den gesamten Himmel erwarten würden: ein einmaliges Objekt im Universum“, sagt Hughes.

Da er über 8 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, sehen wir ihn, wie er vor 8 Milliarden Jahren war. Obwohl Galaxienhaufen, die wir im nahen Universum sehen, größer sind, wird El Gordo nach einigen Milliarden Jahren der Entwicklung zu einem riesigen Ungetüm herangewachsen sein.

Aber selbst diese Galaxienhaufen sind nicht die größten Dinge im Universum.

Superhaufen, die aus mehreren Galaxienhaufen bestehen, sind die größten gravitativ gebundenen Objekte, die wir kennen.

Der Shapley-Superhaufen gilt mit rund 650 Millionen Lichtjahren als der größte, während der Laniakea-Superhaufen (der die Milchstraße und damit uns enthält) mit 520 Millionen Lichtjahren nicht weit dahinter liegt.

Das sind die größten Objekte, die wir derzeit kennen. Aber Shapley und Laniakea bewegen sich aufeinander zu. Werden diese beiden noch Teil einer größeren Struktur?

Man nimmt an, dass das kosmische Netz ein großes Netzwerk von Haufen ist, die mit Fäden aus dunkler Materie verbunden und mit Galaxien übersät sind.

Diese Filamente bilden riesige Mauern: die Hercules-Corona Borealis Great Wall zum Beispiel misst zwischen sechs und 18 Milliarden Lichtjahren in der Länge.

Sie ist so groß, dass man annimmt, dass sie die Grenzen dessen, wie groß etwas sein kann, überschreitet und die kosmische Größengrenze oder das kosmologische Prinzip bricht.

„Das kosmologische Prinzip besagt, dass das Universum auf sehr großen Skalen an jedem Ort gleich aussieht und in allen Richtungen die gleiche Dichte hat“, sagt Peter Coles, Leiter der School of Mathematical and Physical Sciences an der University of Sussex.

„Das Problem ist, was wir mit ’signifikant großen Skalen‘ meinen.“

Als grober Richtwert wird die Grenze bei etwa 1.2 Milliarden Lichtjahre, aber es wurden bereits mehrere Objekte gefunden, die diese Grenze überschreiten, wie zum Beispiel eine Gruppe von 10 Gammastrahlenausbruchsgalaxien, die sich über fünf Milliarden Lichtjahre erstrecken.

Aber kann man so etwas wirklich als Struktur bezeichnen?

„Man kann eine Struktur haben, die nicht sehr stark gravitativ gebunden ist, wie ein langes Filament von Galaxien“, sagt Coles. „Es könnte mehrere hundert Millionen Lichtjahre lang sein, aber eigentlich ist der Effekt, den es auf die Raumzeit hat, sehr klein.“

So riesig wie diese Strukturen sind, könnte es in den Tiefen unseres Universums noch größere unentdeckte geben.

Wir sehen nur einen winzigen Bruchteil von allem, was es zu sehen gibt, und zweifellos lauern noch größere Monster in den Tiefen unserer Galaxie und darüber hinaus.

Die Grenzen ausloten

Könnte es bei all den Titanen, die wir in unserem Universum gefunden haben, ein noch größeres Monster da draußen geben? Die Grenzen des physikalischen Durchmessers sind schwer zu bestimmen, da Masse, Temperatur, Zusammensetzung und Alter eine Rolle bei der Größe spielen. Für einen Planeten ist die Grenze eine Frage der Definition: Wann wird ein großer Planet zu einem kleinen Stern?

„Die Massengrenze zwischen einem Gasriesen und einem Braunen Zwerg liegt bei etwa 13 Jupitermassen. Unterhalb dieser Grenze wäre ein Objekt nicht heiß genug, um Deuterium zu verbrennen, was der Punkt ist, an dem es zu einem Stern wird“, sagt Ming Zhao.

Auch für Sterne gibt es einen Punkt, an dem ihre Masse zu groß werden kann. Sterne balancieren die Schwerkraft, die sie nach innen drückt, und den Druck nach außen, der bei der Fusion entsteht, aus.

Dieser Balanceakt ist im heutigen Universum bis etwa 150 Sonnenmassen stabil.

Es gibt aber einige Sterne, die diese Grenze durchbrechen, wie zum Beispiel R136a1, der 256 Sonnenmassen auf die Waage bringt. Die Forscher sind sich nicht sicher, wie das möglich ist, aber die aktuelle Theorie ist, dass der Stern nicht auf diese Weise entstanden ist.

Anstattdessen verschmolzen zwei Sterne miteinander. Je größer ein Stern ist, desto kürzer ist jedoch seine Lebensdauer, und schon bald wird dieser Stern in einer spektakulären Supernova explodieren.

Verborgen im Dunkeln

Während es im Universum einige riesige Strukturen zu sehen gibt, sind einige der größten unsichtbar.

Wenn man innerhalb unseres Sonnensystems schaut, ist das größte Objekt die Sonne, aber ihr Einfluss ist weit über ihre Oberfläche hinaus spürbar.

Die Sonne hält nicht nur die Planeten mit ihrer Schwerkraft in Schach, sondern hat auch ein riesiges Magnetfeld, das so groß ist, dass die Voyager-Sonden erst nach 35 Jahren Reisezeit seinen Rand erreichten.

In größeren Maßstäben sind Galaxien viel größer, als sie für unsere Augen erscheinen. Man nimmt an, dass 95 % der Milchstraße aus unsichtbarer dunkler Materie besteht, die sich in einer großen Masse ausbreitet, die als Halo bekannt ist.

Die genaue Ausdehnung dieser Halos ist nicht messbar, und wir wissen nur durch die Art und Weise, wie sich Galaxien drehen, von ihrem Vorhandensein.

Aber eine der größten Strukturen da draußen besteht nicht aus dunkler oder gar leuchtender Materie. Sie besteht aus nichts.

Als der Planck-Satellit das Vorhandensein eines kalten Flecks in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung bestätigte, wurde den Forschern klar, dass sie eine riesige Leere gefunden hatten, den Eridanus-Supervoid, eine der größten Strukturen im beobachtbaren Universum.

Elizabeth Pearson ist Nachrichtenredakteurin des BBC Sky at Night Magazine. Dieser Artikel erschien ursprünglich in der Januar 2016 Ausgabe des BBC Sky at Night Magazins.