中性子星

中性子星は、高質量星の進化の可能性のあるエンドポイントの一つを構成しています。 星の核が完全に鉄に燃え尽きると、エネルギーの生成が止まり、核は急速に崩壊し、電子と陽子を一緒に絞って中性子とニュートリノを形成します。 ニュートリノは収縮するコアから容易に逃れるが、中性子はその密度が原子核の密度と同等になるまで一緒に近くに詰まる。, この時点で、中性子は可能な限り最小の空間を占め(白色矮星の電子と同様の方法で)、核が約3太陽質量未満であれば、星を支えることができる圧力を これよりも大きな質量の場合、中性子の圧力でさえ星を重力に対して支えることができず、恒星のブラックホールに崩壊する。 中性子縮退圧によって支えられた星は”中性子星”として知られており、磁場がスピン軸と良好に整列している場合はパルサーと見なされることがある。,

中性子星は、全体で10-20キロメートルの間を測定する極端なオブジェクトです。 彼らは1017kg/m3の密度を持っています(地球は約5×103kg/m3の密度を持っており、白色矮星でさえ百万倍以下の密度を持っています)、中性子星材料のティースプーンは約十億トンの重さになることを意味します。 これを描く最も簡単な方法は、小さな都市の大きさについての物体に太陽の質量を倍に絞ることを想像することです!, その結果、中性子星の表面の重力は地球上で経験するものよりも約1011強く、物体は星から逃げるためには光の約半分の速度で移動しなければならないということになります。

カニパルサーと星雲は、1054年に中国の天文学者によって最初に注目された超新星爆発で形成されました。 このX線画像は、中性子星による回転エネルギーの損失によって主に動力を与えられるパルサーと星雲を示しています。
クレジット:NASA/CXC/ASU/J.Hester et al.,

核崩壊超新星爆発で生まれた中性子星は、角運動量の保存の結果として非常に急速に回転し、磁束の保存のために信じられないほど強い磁場 質量の大きい星の相対的に減速する回転コアは、崩壊してはるかに小さい中性子星を形成するにつれて、その回転速度を非常に増加させる。 これは、腕を体に近づけることによってスピン軸の周りに質量を集中させる場合、アイスケーターのスピンの増加に類似しています。, 同時に、大質量星の磁力線は、核が崩壊するにつれて一緒により近くに引っ張られます。 これにより、星の磁場は地球の約1012倍に強くなります。

その結果、中性子星は生まれたときに少なくとも毎秒60回まで回転することができるということです。 それらが連星系の一部であれば、物質の降着によってこの回転速度を毎秒600倍以上に増加させることができます!, 放射過程によってエネルギーを失った中性子星は、電波パルスを維持しながら8秒ごとにゆっくりと回転することが観測されており、x線系で風によってブレーキをかけられた中性子星は20分ごとにゆっくりと回転することが観測されている。 観測により、孤立した中性子星の回転速度は時間とともにゆっくりと変化し、星の年齢とともに減少し、回転エネルギーは磁場によって周囲に失われることが明らかになった(ただし、時にはグリッチが見られる)。, 一例は、カニ星雲に電力を供給するのに十分なエネルギーを放出し、一日あたり38ナノ秒の速度でそのスピンを遅くしているカニパルサーです。

回転軸と磁極から放出される放射ビームとの間のずれを示すパルサーの回路図。

天文学者は、磁場の極を通って放出される電磁放射を検出することによって、これらの回転速度を測定します。, これらの磁極は、一般的に中性子星の回転軸とずれているので、星が回転するにつれて放射ビームが周りを掃除します。 これは、周りを席巻灯台からの光のビームとほとんど同じです。 地球がビームの経路にある場合、中性子星/パルサーが見えます。 そうでなければ、超新星残骸だけが見えます。 これはまた、すべての超新星残骸にパルサーが見えないという事実をうまく説明しています。
中性子星は必ずしも孤立して存在するわけではなく、連星系の一部を形成する中性子星は通常、X線で強く放出されます。, X線連星は主系列の伴星から中性子星への物質の移動によって生じるのが一般的であるが、短いガンマ線バーストは二つの中性子星の合併によって生じると考えられている。

超新星爆発の結果としての中性子星の存在は、素粒子としての中性子の発見から一年後の1933年に暫定的に予測された。 しかし、ジョセリン-ベルがパルサーの電波放出特性の周期的パルスを観測したのは1967年までではなかった。, 現在、1,300以上の中性子星が知られており、天の川銀河の円盤には約105個の中性子星が存在すると予測されています。


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