中性子星の表面には、高さは数ミリメートルに過ぎないものの、山が特徴的である可能性があることが、新しい研究で明らかになりました。中性子星の山が非常に小さいのは、ブラック ホールに次いで宇宙で 2 番目に密度の高い天体であるこれらの星の残骸によって生み出される強い重力の結果です。
中性子星は、太陽のような星と同等の質量を、地球上の都市のサイズ (約 10 km) に圧縮したものと同等であるため、その表面には、地球の 40 兆倍も強い引力があります。 .
これにより、その表面のフィーチャが平らにプレスされ、ほぼ完全な球が作成されます。しかし、2021 年の全米天文学会議で発表された新しい研究は、これらの星の残骸が、惑星の表面の山に似た、いくつかの小さなトポロジカルな変形を特徴としていることを示しています。
この発見は、サウスハンプトン大学のファビアン・ギティンズが率いる研究者チームによる複雑なコンピューター モデリングの結果でした。博士号学生のチームは、現実的な中性子星をシミュレートし、それに作用する力を計算しました。この研究が実際に示しているのは、中性子星が、その地殻が限界点を超えて緊張することなく、完全な球体からの逸脱をどれだけうまくサポートできるかということです。フォーメーションの高さは 1 ミリにも満たないでしょう。
「過去 20 年間、中性子星の地殻が壊れて山が支えられなくなる前に、これらの山がどれだけ大きくなるかを理解することに多くの関心が寄せられてきました」とギティンズは言います。これらの結果は、中性子星が真に驚くべき球体であることを示しています。 「さらに、回転する中性子星からの重力波を観測することは、これまで考えられていたよりもさらに難しい可能性があることを示唆しています」
山の形成は以前に中性子星について定式化されていましたが、これらの新しい発見は、そのような特徴が以前に予測された数センチメートルの山よりも数百倍小さいことを示唆しています。これは、これらの古いモデルが中性子星の地殻をすべての点で限界点の端まで持っていったためです。最新の研究が示唆していることは、現実的ではありません。
中性子星は、大質量星が核融合に必要な燃料を使い果たしたときに形成されます。これは、重力の内向きの引力と釣り合っている方向への力がキャンセルされ、星の重力崩壊につながることを意味します。この崩壊の過程で、大質量星は超新星爆発で外側の物質を放出し、超高密度物質のコアを残します。この星の残骸は、それを構成する中性子が豊富な物質の量子力学的特性によってのみ、さらに崩壊し、ブラック ホールになることから保護されています。
この発見は、中性子星のモデリングを超えた意味を持つかもしれません。パルサーと呼ばれる急速に回転する中性子星の表面の小さな変形は、重力波を発射する可能性があります。これは、一般相対性理論によって予測され、LIGO/Virgo コラボレーションによって地球上で検出された時空の小さなさざ波です。
残念ながら、LIGO レーザー干渉計と同じくらい正確で高感度ですが、これらのアリの丘のような山から発せられる重力波を検出するにはまだ十分ではありません。これらの地球ベースの検出器の将来のアップグレードと、宇宙ベースの重力波検出器 LISA などの進歩により、これらの小さな隆起の効果を観察できるようになる可能性があります。
