Wetenschappers hebben een ambitieuze poging gedaan om vrijwel elk object in het universum op één enkele grafiek weer te geven, van de kleinste asteroïden tot supergigantische sterren. Het project, ontwikkeld door astrofysici Gabriel Steward en Matthew Hedman van de Universiteit van Idaho, bouwt voort op de traditie van het beroemde Hertzsprung-Russell-diagram dat al meer dan een eeuw wordt gebruikt om de levenscyclus van sterren te begrijpen.
Van sterren naar het hele universum
Het nieuwe diagram, dat de onderzoekers de "Cohesive Object Sequence" noemen, universetoday.com. De grafiek bestrijkt een indrukwekkend bereik van twaalf ordes van grootte, van de kleine asteroïde Itokawa tot blauwe superreuzensterren.
Cruciaal is dat de onderzoekers zich beperkten tot wat zij "cohesieve objecten" noemen: astronomische lichamen met een relatief goed gedefinieerd oppervlak dat voortvloeit uit directe fysische interacties tussen hun componenten. Dit sluit objecten zoals nevels en sterrenstelsels uit, maar omvat interessant genoeg wel zwarte gaten. De auteurs argumenteren dat de waarnemingshorizon van een zwart gat fungeert als een singuliere, goed gedefinieerde fysische grens, ook al bestaat deze niet uit traditionele materie.
Verrassende overgangspunten
De grafiek onthult verschillende fascinerende overgangspunten in het universum. Volgens universetoday.com bestaat er een zeer klein transitiepunt waar objecten ophouden er uit te zien als een aardappel en bolvormig worden. Dit punt ligt tussen Vesta, het grootste bekende onregelmatige object met een massa van 4,3×10⁻⁵ aardmassa's, en Saturnusmaan Mimas, het kleinste bekende bolvormige object met 6,3×10⁻⁶ aardmassa's.
Het verschil tussen hun grootte en verwachte vorm komt door hun materiaalsamenstelling. Mimas bestaat bijna volledig uit waterijs, dat relatief kneedbaar is en gemakkelijk afrondt, terwijl Vesta rotsachtig en dicht is maar niet genoeg zwaartekracht heeft om dat gesteente tot een bol te persen.
Drie planetaire regio's
Bij het opschalen naar planetaire massa's identificeert de grafiek drie verschillende gebieden: terrestrische werelden zoals de Aarde, vluchtige rijke werelden zoals de ijsreuzen van ons zonnestelsel, en gasreuzen.
Bredere context in de astrofysica
Dit werk past in een bredere traditie van het visualiseren van alle objecten in het universum. universetoday.com van het Planetary Science Institute van de Australian National University produceerde een vergelijkbare grafiek die massa tegen straal uitzette. Hun werk toonde niet alleen wat mogelijk is in het universum, maar ook welke soorten objecten verboden zijn door de natuurwetten zoals we die begrijpen.
Lineweaver beschreef zijn inspiratie als het observeren van stoom uit een waterkoker: "Dit leek een algemeen proces dat meerdere keren is gebeurd toen het hete, dichte universum afkoelde terwijl het uitdijde en condenseerde in verschillende objecten."
Wetenschappelijke betekenis
kottke.org zelfs dat het universum zelf een zwart gat zou kunnen zijn, een intrigerende conjecture die voortkomt uit de patronen in de data. De grafiek bevat ook gebieden die worden aangeduid als "sub-Planckiaans onbekend" en "verboden door zwaartekracht" - regio's waar onze huidige natuurkundige theorieën hun grenzen bereiken.
Het nieuwe werk van Steward en Hedman, dat beschikbaar is als pre-print op arXiv, biedt wetenschappers een visueel hulpmiddel dat vergelijkbaar zou kunnen worden met het Hertzsprung-Russell-diagram in zijn nut en toepasbaarheid. Door objecten te categoriseren op basis van hun fundamentele eigenschappen van massa en dichtheid, creëert de grafiek een kader waarbinnen astronomen patronen kunnen herkennen en verbanden kunnen leggen tussen schijnbaar ongerelateerde hemellichamen.
De Cohesive Object Sequence vertegenwoordigt een belangrijke stap in het begrijpen van de structuur en diversiteit van objecten in ons universum, en biedt een nieuw perspectief op hoe materie zich organiseert over een enorm scala aan groottes en dichtheden.