Pulsar の「私を灯台と呼びたくないでしょう」という言葉がとても気に入りました。

よく知られている

ブラックホールは穴ではなく、崩壊した星である

偶然にも

パルサーも星だ

注意してください

真面目な話に移りましょう

広大な宇宙には、神秘的で魅力的な天体、パルサーが存在します。独特の回転モードと定期的な電磁パルスの放出により、天文学者が宇宙を研究するための重要なツールとなっています。

パルサーの芸術的構想。画像提供: NASA

最近、2024年北京高校入試物理問題にパルサーが登場し、教師や生徒の間でこの宇宙の不思議に対する大きな関心が高まった。パルサーの世界に入り、一緒にその謎を探ってみましょう。

パルサーの発見は1967年に遡り、ケンブリッジ大学の電波天文学観測プロジェクト中に天文学者のジョスリン・ベルとアンソニー・ヒューイッシュが初めて珍しい電波パルスの発生源を発見した。さらに研究を進めると、このパルス信号は、後にパルサーと呼ばれるようになった、非常に高速で回転する天体から来ていることが判明しました。

宇宙の「花火」から生まれた

パルサーは回転する中性子星です。

画像出典：新華網

では、中性子星はどのようにして形成されるのでしょうか?パルサーはなぜパルサーと呼ばれるのでしょうか?

太陽の8倍以上の質量を持つ恒星が中心核の燃料を使い果たすと、その物質は内側に崩壊し、激しい爆発が起こります。爆発の間、星の外層は宇宙に投げ出され、一方、中心核は崩壊して極めて高密度の天体、つまり中性子星になることがあります。

中性子星が極めて高速で回転すると、その強力な磁場によって磁極に強い電場が発生し、それが電波、X線、ガンマ線などの放射を刺激します。これらの放射は磁極からパルスの形で放射され、私たちが観測するパルス信号を形成します。そのため、パルサーという名前が付けられています。

パルサーからの電波パルスが地球を通過します。プロデューサー：マイケル・クレイマー

雲はどれくらい軽いですか？約50万kg

スプーン一杯のパルサーはどうでしょうか?エベレストを持ち上げることができる

パルサーの超能力

通常のパルス信号

パルサーが規則的なパルス信号を発することができる理由は、パルサーの回転と磁気圏の構造に密接に関係しています。

ほとんどのパルサーは非常に強い磁場を持っており、その強さは地球の磁場の数百万倍から数十億倍にもなります。パルサーが回転すると、その磁場は回転軸に対して非対称になり、磁気極領域から電波ビームが連続的に放射されます。地球からの観測から見ると、規則的なパルス信号が形成されます。

パルサーの回転周期は通常非常に正確かつ安定しており、中には数ミリ秒に達するものもあり、この回転周期はほとんど大きく変化しません。一部のパルサーは 1 兆年に 1 秒しか遅くなりませんが、現在人間が利用できる最も正確な時計は 150 億年に 1 秒遅くなります。したがって、天文学者はパルサーの信号を利用して、非常に正確な時間測定と天体航法を行うことができます。パルサーは「宇宙の灯台」や「天文時計」とも呼ばれます。

極度の身体的条件

パルサーは宇宙で最も密度の高い既知の天体の一つです。この極めて高い密度は、その内部の物質がほぼ完全に中性子で構成され、その中心核が中性子と一定量の陽子と電子で構成されているという事実によるものです。これらは極めて高い圧力と温度の下で圧縮され、物質の極端な状態を形成します。

この高密度状態では、パルサーの物理的な大きさは通常非常に小さく、直径は一般に 10 km から 20 km で、一部の小惑星よりも小さくなります。

パルサーの大きさは北京市街の「4つのリング」に匹敵する

パルサー物質の1立方センチメートルの重さは数億トンにもなります。パルサーの質量は通常、太陽の質量の 1.4 倍から 2 倍です。この質量は恒星に比べると大きくはありませんが、その高密度により、質量とは比較にならないほどの強力な重力場が生じ、地球表面の重力の数十億倍にほぼ相当します。

パルサーの温度は比較的高く、通常は数十万度から数百万度の範囲です。これらの温度は主にパルサーの形成時の熱と、パルサー自身の内部の核反応およびエネルギー放出による残留熱から生じます。パルサーは表面温度が潜在的に高いにもかかわらず、表面の熱が主に放射によって放散され、大量の熱が内部に残るため、非常にゆっくりと冷却されます。

晴れた夜に星空を眺める

推測

私たちが見ている星のうち、パルサーはどれでしょうか?

おめでとうございます。正解です。なし。

パルサーを観測するには？

パルサーが発するパルス信号は主に無線周波数範囲に集中しているため、パルサーは通常、無線帯域で観測されます。

現在、パルサーの検出のほとんどは電波望遠鏡を使用して行われています。電波望遠鏡は地上または宇宙から電波信号を受信して​​パルサーのパルス放射を観測します。これらの放射線は非常に弱いことが多いため、電波望遠鏡は高い感度と広い周波数範囲を備えている必要があります。

FAST は、口径 500 メートル、受信エリアが標準的なサッカー場 30 個分に相当する、世界最大の単一開口電波望遠鏡です。これは現在世界で最も感度の高い電波望遠鏡です。 FAST は 2016 年に完成し運用を開始して以来、120 個を超える連星パルサー、170 個を超えるミリ秒パルサー、80 個を超える微弱な散発パルサーを含む 900 個を超える新しいパルサーを発見しました。

アインシュタインは一般相対性理論において、超大質量天体の運動が時空を乱し、重力波を生み出すだろうと予測した。重力波はパルサー信号が地球に到達するのにかかる時間を変化させます。中国の研究チームは、FASTが観測した57個のパルサーの関連データを分析し、重力波の検出に成功し、アインシュタインの一般相対性理論の予測を検証した。

今後、FAST がさらに改良・向上することで、パルサー観測やその他の天文学研究においてさらに重要な役割を果たすようになると信じています。

宇宙が巨大なダンスフロアだとしたら

パルサーはクールなLEDライトハットをかぶったDJに違いない

宇宙への招待を広げる

受け取った場合

ぜひ行って見ませんか？