最終更新日: 2024 年 9 月 29 日

パルサー: 鼓動するステラハート

パルサー: 回転する中性子星

あパルサー高速で回転する中性子星であり、寿命の終わりに大質量星の重力崩壊によって生じます。その非常に高密度の核は、主に縮退中性子で構成されており、強力な磁場を生成し、脈動の形で検出される周期的な電磁放射線を放出します。これらの信号は、多くの場合、無線範囲内にあり、驚くべき精度で回転する宇宙の灯台を思い出させます。

注： :
パルサー内の圧力と密度が極端な条件下では、中性子物質は非常に高密度の縮退流体になります。強い核相互作用は特定のエネルギー状態に有利に作用し、中性子スピンの部分的または全体的な整列を誘導し、巨視的な磁化を引き起こす可能性があります。

パルサーの物理構造

パルサーは、典型的な質量が 1.4 ～ 2 太陽質量のコンパクトな天体ですが、半径は約 10 ～ 15 km に縮小されます。その平均密度は \(10^{17} \, \mathrm{kg/m^3}\) を超え、核密度に匹敵します。中性子の圧力によって重力に対抗する力が解放され、中性子星が安定します。

磁場は \(10^8\) から \(10^{11}\) テスラに達し、地球の磁場の数十億倍も強くなります。この磁場は回転軸に対して傾いており、これが地球上で見られるパルス状の放射を引き起こします。

放出機構と回転

標準モデルでは、パルサーを磁極で電磁ビームを放射する源として説明します。周期が数ミリ秒から数秒の範囲の高速回転により、信号の受信に周期性が生じます。

角運動量の保存は、急速な回転を説明します。初期の星の崩壊中に、その半径は大幅に減少し、関係 \(\omega = \frac{L}{I}\) に従って角速度が増加します。ここで、 \(L\) は保存された角運動量、 \(I\) は中性子星の慣性モーメントです。

この回転は電磁放射と粒子風によって徐々に遅くなり、ゆっくりではありますが、回転周期が目に見えて増加します。

物理的パラメータと観察

この観測により、周期 \(P\) とその時間導関数 \(\dot{P}\) が測定され、電磁放射に関連する回転エネルギーの損失 \(\dot{E}\) を推定することが可能になります。これらのパラメーターは、パルサーの特徴的な年齢と、古典的な公式によって推定される表面磁場に関する情報を提供します。 \( B \約 3.2 \times 10^{15} \sqrt{P \dot{P}} \quad \mathrm{テスラ} \)

ここで、\(P\) は秒単位で、\(\dot{P}\) は無次元 (1 秒あたりの変化) です。

パルサーの物理的特性の比較表

パルサーの典型的な物理的特徴
設定	桁違い	ユニット	物理的説明
質量	1.4～2	太陽質量 (M☉)	中性子星のコンパクトな重力マスク
半径	10 – 15	km	中性子星の典型的な半径
中密度	~ \(10^{17}\)	kg/m3	核物質に匹敵する密度
磁場	10^8 – 10^{11}	テスラ	表面磁場強度
自転周期	1.4ミリ秒～数秒	秒	検出された 2 つのパルス間の時間
速度低下率 \(\dot{P}\)	10^{-21} – 10^{-12}	秒/秒	ブレーキによる周期の時間変化

ソース：NRAO - パルサーハンドブックそしてKaspi 他、Astrophysical Journal、2004。

パルサー: Natural Laboratories

パルサーは、高密度物質、強力な磁気、一般相対性理論などの極限物理学を研究するためのユニークな自然実験室です。最高の原子時計に匹敵する精度を持つその周期信号により、重力波の検出や地上の実験室ではアクセスできない条件下での物質の測定など、物理学の基本的なテストが可能になります。