太陽2.14個ぶん、質量マックスの中性子星が見つかる!

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  • author Ryan F. Mandelbaum - Gizmodo US
  • [原文]
  • 山田洋路
太陽2.14個ぶん、質量マックスの中性子星が見つかる!
白色矮星によって歪められた中性子星のパルス(アーティストによるコンセプトイラスト)
Illustration: BSaxton, NRAO/AUI/NSF

直径が知りたい。

観測史上最大となりうる中性子星を発見した…との研究結果が発表されました。

質量の大きな恒星が、直径20km程度にまで圧縮されてできる中性子星は、あまたある天体のなかでもとりわけ不可解なものです。サイズは極めてコンパクトなのに、質量は太陽よりも少し大きく、いわば超固太り体形の天体です。今回観測された中性子星「MSP J0740 + 6620」にいたっては、少なくとも太陽の2倍以上の質量があるようで、それがハーフマラソンくらいの直径に収まっているってちょっとイメージできませんよね。

論文のメイン著者でバージニア大学の博士号候補者、Thankful Cromartie氏は、米Gizmodoに対して次のように述べています。

もっともっと大きな中性子星を見つけることはエキサイティングです...なぜなら、中性子星内部の状態を説明する「状態方程式」の解明に役立つからです。

中性子星の質量を算出することで、この不可解きわまりない天体が、そもそもどうやって成立しているのかについての理解が進む可能性があるのです。

型破りなサイズの中性子星がゴロゴロ

従来、中性子星の質量は太陽約1.4個ぶんほどと考えられてきましたが、最近の観測で巨大なものがゴロゴロ発見されています。

アメリカとカナダの科学者からなる共同研究組織「NANOGrav」では、グリーンバンク望遠鏡アレシボ電波望遠鏡を使って、この12年間で数十個の中性子星を発見してきました。

本来NANOGravは、2016年にLIGOが初観測したことでおなじみの重力波の検出を試みているんですが、その過程で重力波よりやや高い周波数信号を放つ中性子星が見つかる…というわけです。

とりわけ彼らは、パルス状の光線を発する中性子星、パルサーに興味津々で、MSP J0740 + 6620は、まさにそんなパルサーの1つです。

条件ピッタリで奇跡の体重測定が叶う

研究者らはグリーンバンク望遠鏡によりMSP J0740 + 6620を観測。「シャピロ遅延」と呼ばれる相対論的な現象を利用して星の質量を測りました。

MSP J0740 + 6620は、白色矮星というコンパクトな天体と連星系を形成しています。2つの天体はお互いの周りを回っていて、白色矮星がパルサーの前を通過するとき、白色矮星の重力で空間がわずかに歪みます。歪んだ空間のぶん光は長い距離を移動するはめになりますので、地球から見るとパルスがわずかに遅延したように見えます。

この現象を利用してパルサーの質量を算出したところ、Nature Astronomyに掲載の論文によると太陽の約2.14倍だったとのことです。

Cromartie氏によれば、じつは、こうした連星を見つけて質量が測れるケースはレアで、地球から見た角度の条件がピッタリそろわなければならないようです。今回は幸運にも、中性子星の質量を算出するうえで、信頼性の高い手法が利用できました。

ただ、今後より大きな中性子星を観測したとしても、他の手法による算出では正確性が損なわれることも指摘しています。

この質量は中性子星の上限かも

グリーンバンク天文台担当のアメリカ国立科学財団(NSF)プログラムディレクター、Harshal Gupta氏は「このパルサーの質量は、この手の天体の上限かもしれない。これより質量が大きい場合、パルサーは崩壊してブラックホールになる可能性がある」と説明しています。

またGupta氏は、NANOGravが、LIGOVirgoによる発見をどのように補完するかについても、興奮して次のように語りました。

天文学にコンパクトな天体の物理学が加われば、非常に手堅い成果が得られます。

一方Cromartie氏に関しては、米Gizmodoに「カナダのCHIME電波望遠鏡による頻繁な観測や、NICER(NASAの中性子星観測装置)による半径の測定なんかで得られるデータを見るのが楽しみ」とコメントしています。

こうした追加観測は、とりわけ不可解な天体、中性子星についての謎解きに貢献してくれるんじゃないでしょうか。

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