中性子星とは何か、そして何故それが驚くべき存在なのか？

要約

本記事では、中性子星の驚くべき現象について探求します。これらは、巨大な星が燃料を使い切り、自身の重力圧力の下で崩壊した際に形成される、非常に高密度な物体です。中性子星は、宇宙で知られている中で最も密度の高い物体の一つであり、超凝縮物質の奇妙な物理学の実験室を提供します。また、中性子星は、知られている中で最も強力な磁場を持ち、灯台のように点滅する放射線を放出します。中性子星は、重力の本質や、金や白金などの重い元素の起源に関する貴重な洞察を与えてくれており、天文学者や天体物理学者を魅了し続けています。

中性子星の誕生

中性子星は、巨大な星が燃料を使い切り、自身の重力圧力の下で崩壊した際に形成されます。この崩壊は非常に強烈であり、原子の電子は量子軌道から深い原子核の深部に崩壊し、摩擦のない液体である超流体を形成します。この超流体は外皮に囲まれており、より深い部分では、中性子超流体が物理学者が核パスタと呼ぶ異なる相を形成します。中性子星の前駆体はしばしば回転し、崩壊すると、通常数百万キロメートルの幅がある星が、わずか25キロメートルに圧縮された中性子星になります。しかし、元の星の角運動量は保存されるため、中性子星は親星よりもはるかに高速に回転します。

中性子星の構造

中性子星は、人間の髪の毛の中に完全に積み重ねられた貨物船の重量相当、または砂糖の立方体のスペースにエベレスト山の重量相当が詰まっている非常に高密度な物体です。また、知られている中で最も強力な磁場を持ち、磁極から放射線を放出する渦を形成します。磁極が常に星の回転軸に合わないため、放射線は灯台のように回転し、地球から見ると点滅するように見えます。これをパルサーと呼びます。

パルサーと中性子星の発見

1967年、天体物理学者のジョセリン・ベルによるパルサーの検出は、私たちが中性子星を間接的に発見した方法でした。パルサーは、回転する中性子星が放射線を放出し、回転するように点滅する中性子星です。記録上最速の中性子星は、毎秒700回以上回転し、その表面上の点は光速の5分の1以上の速度で宇宙空間を回転します。

二重星系中の中性子星

中性子星は、他の星と共に軌道を共有する二重星系中にも存在することができます。いくつかの場合、中性子星は軽い伴星からエネルギーを吸収し、より緩く結合した大気を食い荒らし、最終的には黒い穴に激突して崩壊します。多くの星が二重星系として存在していますが、そのうちのわずかな割合が中性子星二重星系として存在し、二つの中性子星が互いに回転しているワルツとして存在し、合併する運命にあることがわかりました。

中性子星の衝突

二つの中性子星が衝突すると、静止した湖に石を投げたように、重力波が宇宙空間を伝わります。アインシュタインの一般相対性理論は、100年以上前にこの現象を予測していましたが、2017年に重力波観測所LIGOとVIRGOが中性子星の衝突を観測するまで、直接検証されませんでした。他の望遠鏡は、同じ衝突からのガンマ線バーストと閃光、そして後にX線や無線信号を受信しました。これは、天文学史上最も研究されたイベントになりました。