中性子星の構造はどのようなものですか？チョコレートフィリングのような

最も美味しそうな天体は何でしょうか？チョコレートフィリングが好きなら、これは中性子星です！

興味深い新しい研究により、中性子星の中には硬い外殻と柔らかい核を持つものもあれば、柔らかい外殻と硬い内核を持つものもあることが明らかになった。

太陽の全質量がマンハッタン市ほどの大きさの球体に圧縮された中性子星を描いた芸術家の描写。

（画像提供：NASAゴダード宇宙飛行センター）

新たな研究によると、中性子星はさまざまな星間キャンディーのようなものだという。軽い中性子星は、ナッツが詰まったチョコレートプラリネのように、柔らかい外殻と硬い中心核を持っている。一方、重い中性子星は外側が硬く、内側が柔らかく、チョコレートファッジのようなものです。

物理学者は、中性子星の内部状態方程式を多数列挙し、原子物理学の理論と中性子星の実際の天文学的観測を考慮して、この結論に達しました。

「中性子星の中心核がいかに圧縮されているかを視覚的に示している点で、この結果は興味深い」と、ドイツのゲーテ大学理論物理学研究所の天体物理学者で、この研究論文の著者の一人であるルチアーノ・レッゾラ氏は述べた。 「中性子星は中身が詰まったチョコレートのようなものだということは明らかです。軽い中性子星は中心にヘーゼルナッツが入った柔らかいチョコレートのようなもので、重い中性子星は外側が固く、中に柔らかいチョコレートが詰まっているようなものです。」

フランクフルト・ゲーテ大学。画像ソース: german-u15

星の中心核の質量が太陽と同等かそれ以上に達すると、中心核は収縮して中性子星を形成し、その残骸は都市ほどの大きさに圧縮されて極度の密度状態となり、ティースプーン1杯の重さが40億トンにもなるほどの高密度の物質が誕生します。

これらの極端な条件により、地球上で中性子星を効果的にシミュレートすることは不可能であり、つまり、これらの中性子星の内部は、60年以上前に発見されて以来、謎に包まれたままとなっている。

リズラ氏とその同僚は、中性子星内部の音速を測定することで中性子星を研究した。この技術は、音が伝わる際の伝搬媒体の圧縮を利用して、媒体物体の柔らかさや硬さを測定するもので、日常生活で広く利用されています。たとえば、この音波法は、地球内部や石油などの鉱床の探査において目覚ましい成功を収めています。

図では、重い中性子星が左側、軽い中性子星が右側にあり、星間キャンディーのように見えるように描かれています。 （写真提供：ピーター・キーファー、ルチアーノ・リッツェラ）

研究者たちは、状態方程式に音速を代入して、質量が太陽の1.7倍未満の中性子星は内部が柔らかく、外部が硬いのに対し、質量が太陽の1.7倍を超える中性子星は内部が硬く、外部が柔らかいことを発見した。

研究チームの研究では、これまで特定されていなかった中性子星の特徴もいくつか発見された。特に、研究チームは、中性子星がいかに巨大であろうとも、その半径はわずか約7.5マイル（12キロメートル）で、ゲーテ大学があるフランクフルトの直径とほぼ同じであると計算した。この均一なサイズはありそうにないように思えるかもしれないが、すべての中性子星は、太陽の1.18〜1.97倍の質量の中心核から誕生し、中心核が半径わずか10キロメートル程度に圧縮される頃には、サイズのわずかな違いも小さくなっている。

フランクフルト市の航空写真。画像ソース: goodfreeephotos

この研究は、連星系の中性子星が重力波を放出する仕組みを解明する助けにもなるかもしれない。重力波とは、地球上の極めて高感度なレーザー干渉計を使って測定できる時空の小さな波紋である。

「我々の広範囲なデータ分析により、中性子星の半径と最大質量を予測できるだけでなく、中性子星連星系の新しい変形限界、つまり2つの中性子星が重力場内で互いに曲がることができる最大量を確立することも可能になった」と、オランダのユトレヒト大学の科学者でこの研究の共著者であるクリスチャン・エッカー氏は述べた。 「このような洞察は、将来の天文観測で未知の状態方程式を正確に解釈し、恒星の合体によって生じる重力波を検出するために非常に重要となるだろう。」

2 つの中性子星が合体する前に互いに向かって螺旋状に回転している様子を描いた想像図。画像ソース: esa

関連知識

マグネターとしても知られる超磁性中性子星の爆発を描いた芸術家の描写。出典: NASA

中性子星は、総質量が太陽の 10 ～ 25 倍、または星に鉄分が豊富に含まれている場合はそれ以上の質量を持つ、巨大な超巨星の崩壊によって形成されます。ブラックホールやその他の仮想天体（ホワイトホール、クォーク星、ストレンジ星など）を除けば、中性子星は最も小さく、最も密度の高い既知の天体です。選択したセクションの最新のフォーカス領域に新しいコンテンツが追加されます。

中性子星は、総質量が太陽の 10 ～ 25 倍、または星に鉄分が豊富に含まれている場合はそれ以上の質量を持つ、巨大な超巨星の崩壊によって形成されます。ブラックホールやその他の仮想天体（ホワイトホール、クォーク星、ストレンジ星など）を除けば、中性子星は最も小さく、最も密度の高い既知の恒星です。中性子星の半径は約10キロメートル（6マイル）で、質量は太陽の約1.4倍です。これらは超新星爆発によって発生し、重力崩壊により縮小します。重力の崩壊により、中性子星の密度は白色矮星の密度を超え、原子核の密度に達します。

著者:ロバート・リー

FY: 高校のベテラン

関連する内容に著作権侵害がある場合は、作品公開後に作者に連絡して削除してもらってください。

転載の際は許可を得て、出典の明示と著作権の保持に留意してください。