既知の宇宙では、中性子星のようなものはありません。超新星から生まれたこれらの天体は、都市サイズの空間に星サイズの質量を含んでいます。このユニークな特性により、科学者は、いくつかの極端な物理が内部で発生する可能性があると信じるようになりました。おそらく、中性子自体がクォーク物質として知られるより柔らかいグーに溶解することさえあります.
しかし、中性子星の中をのぞき見ることはできないため、質量や大きさなど、測定できる特性に頼らなければなりません。クォーク物質は、無傷の中性子よりも星の重力によってより圧縮されるはずです。そのため、中性子星が核グーで満たされている場合、それらは小さいだけでなく、質量が増加するにつれて小さくなるはずです.
残念ながら、数千光年離れた数マイルの幅の物体の幅を測定することは非常に困難です。フランス国立科学研究センターの理論物理学者である Micaela Oertel は、中性子星の質量とサイズを組み合わせて測定することは、「中性子星物理学の聖杯」であるとよく言われます。
しかしその後 2019 年、NASA の中性子星内部組成探査機 (NICER) は、2 年前に国際宇宙ステーションに設置された X 線望遠鏡で、J0030 と呼ばれる 1.4 太陽質量の中性子星のサイズを測定しました。地球からの距離は約 26 キロメートルです。現在、NICER データを使用して、2 つの独立したチームが、地球から 3,000 光年離れた別の中性子星 J0740 に対して同じ分析を実行しました。
結果は驚くべきものです。太陽質量が 2.1 の J0740 は、既知の中性子星の中で最も重く、J0030 よりも約 50% 重くなっています。それでも、この 2 つのチームは基本的に同じサイズです。2 つのチームは、前者の場合、差し渡し 24.8 キロメートルまたは 27.4 キロメートルに到達しますが、数キロメートルの不確実性があります。まだ査読されていない結果は、それぞれ今月初めにオンラインのプレプリント サイト arxiv.org に掲載されました。
この発見は、中性子星は奇妙かもしれないが、中性子自体を消滅させるほど奇妙ではないことを示唆している。フロリダ州立大学の理論物理学者であるホルヘ・ピエカレウィッツは、次のように述べています。
スクイッシュの検索
中性子星は、太陽の約 8 倍から 20 倍の質量を持つ巨大な星が寿命を迎え、燃料を使い果たしたときに形成されます。星の重力に逆らう外向きの圧力がなければ、星は崩壊します。外殻は超新星として外側に爆発し、高密度のコア (中性子星) だけが後に残り、マンハッタンの大きさの体積に詰め込まれます。
イオンと電子でできた薄い地殻の下には、中性子星のコアがあり、全組成の最大 99% を占めています。ここでは、陽子と電子が非常に強く押しつぶされて、大部分が中性子の海を形成します。しかし、これらの密度を内核に向かってさらに押し上げると、さらに奇妙なことが起こる可能性があります. 「個々の中性子と陽子の代わりに、中性子と陽子の構成要素であるクォークの海があります」と、メリーランド大学の天体物理学者で、新しい論文の主執筆者である Cole Miller は言いました。 「それがどこで起こるかは明らかではありません。」
これまで、一部のモデルでは、十分な質量の中性子星 (おそらく太陽質量 2.1 の J0740 でさえ) が非常に高密度になり、中性子と陽子を構成クォークに分割すると予測されていました。アムステルダム大学の天体物理学者で、別の論文の共同主任であるアンナ・ワッツは、それらの内部が通常の物質から比較的「圧縮可能な」クォーク物質への移行を経験したため、「半径は小さくなるはずです」と述べています。
一方、一部のモデルは逆の結果を予測しました。相転移が起こるとしても、中性子星が崩壊してブラックホールになるポイント近くまで起こらないかもしれません。 (正確な境界線は正確にはわかっていませんが、太陽質量の約 3 倍であると考えられています。) /P>
J0740 のような中性子星がこの相転移を起こし、より多くの「スクイーズ可能な」クォーク物質を含んでいた場合、差し渡しは 9 ～ 16 キロメートルの範囲にあるはずである、と Watts 氏は述べています。しかし、不確実性を考慮しても、研究者は差し渡し 22 キロメートルという「かなり強力な下限」を設定した、と Miller 氏は述べています。
この結果は、中性子星が太陽質量の 2.1 を超えた時点でクォーク物質を形成するか、あるいはまったく形成しないことを示唆しています。代わりに、陽子と中性子は、最も極端なスケールでも単純に存続する可能性があります。 「確かに、最もぐにゃぐにゃしたモデルは除外されているようです」と Watts 氏は述べています。
スター スポット サマーソルト
NICER は、中性子星自体の特異性により、中性子星の半径を測定できます。それらが急速に自転すると、その表面のホット スポット (地球上に見られる磁極に似ていますが、非常に拡大されています) が一緒に回転し、X 線を点滅させます。中性子星は重力が強いため、星の裏側で発生する閃光も重力によって曲げられて私たちの方向に送られます。 NICER は、これらの X 線フラッシュの到着時間を正確に測定し、科学者が中性子星のサイズを再構築できるようにします。
バージニア州のジェファーソン研究所での Lead Radius Experiment (PREx) からの別の最近の結果は、NICER の変革的な発見を裏付けているようです。科学者たちは、鉛に電子ビームを発射することにより、いわゆる中性子「スキン」（鉛原子に取り込まれる空間中性子の量）が陽子スキンよりも大きいことを発見しました。この違いは、中性子星が以前の予測より最大 2 キロメートル大きいはずであることを示唆しています。 「これは NICER と完全に一致しています」と、PREx チームの一員である Piekarewicz 氏は述べています。結果はPhysical Review Lettersに掲載されました .
NICER の結果はまだ初期段階にあります。それらをチェックし、不確実性を改善する必要があります。 3 つ目の中性子星の半径は現在測定中であり、調査結果の確認または反証に大きな役割を果たす可能性があります。 NASA のゴダード宇宙飛行センターで NICER の科学責任者を務める Zaven Arzoumanian 氏は、次のように述べています。 「そして、おそらくそれよりもさらにいくつか。」
しかし、これまでのところ、結果は興味深いことを示しています。宇宙で最も密度の高い物質の集まりである中性子星でさえ、ある種のエキゾチックな物質を生成するほど密度が高くない可能性があります。 「これは、中性子星のコアにおける劇的な相転移に対する最初の強力な証拠です」と Piekarewicz は言いました。そして、中性子星で起こらなければ、他の場所で起こるのでしょうか? 「申し訳ありませんが。」
