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中性子星

ちゅうせいしせい

超新星爆発によってできる天体の一つ。その名のとおり、構成する何物かの殆どが中性子で占められている。
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概要

超新星爆発によって恒星の中心部の物質の原子核が恒星の崩壊による重力で陽子に電子がめり込んでしまい(陽子電子捕獲とよばれる現象)、構成している粒子の殆どが中性子になった

中性子星の様子

本来中性子そのものは原子核を構成せずに漂っている状態では半減期が約10分、平均寿命は約15分という不安定な粒子だが、非常に高い密度に詰まっていることにより、中性子が崩壊せずに星として存在している。その密度は非常に高く1mm³あたり約37万トンという密度のため、太陽程度の質量があるにもかかわらず半径は10km程度で、表層の大気も1m程度しかない。また、表面での重力は地球の重力の2000億倍ほどあり、脱出速度も光速の1/3程(約10万km/s)ある。また、自転も非常に速く自転周期は30秒から0.01秒程度である。

大まかな構造

大気1m程度プラズマ化した状態の原子
表面数百mイオンと電子
地殻1km程度電子、中性子、中性子過剰核、ハイパー核(ストレンジクォークを含む原子核)
マントル数km殆どが超流動状態の中性子、(数%程が陽子、電子、ミューオン)
数km中性子が縮退した何物か(幾つか仮説がある)


磁場

1億T()前後、マグネターと呼ばれる特殊な中性子星では100億T程あるといわれている。
これだけ強い磁気ともなると、磁気が強い場所や強い条件を満たしている中性子星では地表から1000km程度に近づくだけでもの反磁性により細胞が破壊され致命的な影響(死亡も当然含む)を受ける。また化学反応も10万T前後までくると、原子核内の電子状態が変わってしまうため化学式通りの反応が起こってくれなくなる。(ただし仮に実際に近づいたとしたら磁力で細胞が破壊される前に中性子星の潮汐力(二点間の重力差)で引き裂かれてしまうほうが先。)
ちなみに、人類の科学で達成できる磁場は定常的なものでは数十T程度、パルス磁場で数百T程度であり、大病院などにある核磁気共鳴CT装置(MRI)に使われる磁石でも普及機で0.5~1T、研究機でさえ4.7~7T程度と中性子星の強烈な磁場に比べるととスッポン程の差がある(それでもMRI検査一回分でレントゲン撮影一回分のがん発生リスクはあり、8Tでは唾液が電気分解して口の中が嫌な味になる)。

磁場についての補足

・・・磁束密度の単位で「テスラ」と読む。身近なところでは地磁気の平均がだいたい4万分の1T~1万5千分の1T。
従来使われていた磁束密度の単位[G](ガウス)との換算は下の式の通り

  10,000[G] = 1[T]

連星中性子星、そして衝突

連星の両方とも中性子星という天体が発見されている。この連星中性子星は二つの超高密度の固まりが極めて近い距離を互いに凄まじい速度で公転しあっているためにその質量が周囲の空間を揺さぶり、重力波を発生させている。重力波が発生することで二つの中性子星は運動エネルギーを失い、両者の距離は接近してさらに速い速度で公転、そしてついには衝突する。衝突によりダイヤよりはるかに硬い外殻が割れて中身の高エネルギー中性子が放出、「キロノヴァ」と呼ばれる大爆発を引き起こす。爆発で飛び散ったおびただしい数の中性子は周囲の物質の原子核に一斉に衝突。「R過程」と呼ばれるこの現象によって発生したより重い重元素の雲がキロノヴァを覆い隠した。活性化した重元素の雲は2週間ほど輝き続けるが、その後中性子星の衝突で生まれたブラックホールが雲を吸収、一部は事象の地平の彼方へと消え、残りはブラックホールの両極から光速に近いジェットとなって噴出、銀河中に重元素が撒き散らされた。こうして宇宙に広まった重元素がのちに惑星を形作り、我々の体の一部になったのである。

さらに密度の高い星

今まで中性子星より密度の高いものはブラックホールしかないと考えられていたが、近年の研究ではその中間にクォーク星とよばれる陽子や中性子などの素粒子を構成する何物かでできた星があるといわれている。現在みなみのかんむり座のRX J1856.5-3754がクォーク星の候補として挙げられている。

その他

中性子星が太陽系に近づいているのを発見。あと75年後には中性子星により地球を含む太陽系は破壊されてしまう。人類存亡を賭けて、巨大な宇宙船『方舟』を建造し、地球を脱出し、新たに人類が写り住む『第2の地球』を探さなければならない。

…というSFドラマが、ナショナルジオグラフィックチャンネルによって制作された。


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