中性子星 ブラックホール 超新星爆発

質問

いつもお世話になります。

数ヶ月前ですが、NHK教育の番組で、太陽の1.4～3倍の質量の恒星は、中性子星になり、それ以上重たい恒星はブラックホールになる、と言ってました。

私の昔の記憶では、3～8倍が「中性子星」で、それ以上が「ブラックホール」だったような気がしたのですが、NHKの、しかも科学番組で言っていたので、私の記憶違いは明らかです。

そこでインターネットで「超新星爆発」について調べてみました。

しかし、明確な記述が無かったり、あいまいな記述しか私の探した範囲では見つからず、分からなくなってしまったのですが、「超新星爆発」は我々の太陽の質量の何倍から起こるのでしょうか？

私は単純にブラックホールになる恒星は、イコール「超新星爆発」をする、と思っていたのですが、インターネットの記述を見ていると、どうもそうでもないような気がしてきました。

また、合わせて教えて頂きたいのですが、我々の太陽は、赤色巨星から白色矮星へと、その最期をたどるのは知っているのですが、「中性子星」になるような恒星は、どのような最期を迎えるのでしょうか？

詳しい方がおられましたら、お教えください。

回答No.3

iapetus · ベストアンサー

> 私の昔の記憶では、3～8倍が「中性子星」で、それ以上が「ブラックホール」だったような気がしたのですが、NHKの、しかも科学番組で言っていたので、私の記憶違いは明らかです。

ご記憶で合ってるんじゃないでしょうか。
Wikipediaによると、ブラックホール化する恒星は、太陽質量の１０倍、ってなってますから、誤差含みで３～８倍は中性子星でしょう。
但し、中性子星として存在できる限界となると少し話が違います。
中性子星として存在できる質量にはトルマン・オッペンハイマー・ヴォルコフ限界と呼ばれる上限値があって、それを超えるとブラックホールにまで崩壊してしまいます。
その上限値は、太陽質量の1.5倍から2.5倍の範囲と算定されているので、NHKの説明は、こっちのことである可能性もあります。

中性子星になる場合、原子における電子の縮退圧で支えられ白色矮星として存在できる質量（チャンドラセカール限界）を超え、電子捕獲により陽子が中性子になって原子が崩壊し、中性子で成る核へと相転位する際の爆縮がトリガとなり、超新星爆発が引き起こされるため、それが発生するのは、太陽質量の３倍以上の場合だと思います。
但し、白色矮星が周囲の物質を取り込んで、チャンドラセカール限界を超えて中性子星まで崩壊するときは、恒星が一気に中性子星にまで崩壊する時とは、違った爆発をするような気がします。（＞未確認）
最近は中性子星とブラックホールの間に、クオーク星の状態が有り得るという説もありますね。

> 「中性子星」になるような恒星は、どのような最期を迎えるのでしょうか？

　一般的な回答で、曖昧な内容になりますが、ご了承下さい。
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　恒星は、水素の核融合炉であり、水素を燃料にヘリウムを生成する核融合エネルギーによる放射により、それ自身の重力と均衡して星の半径を保っている。
　また、星の核は、電子の縮退圧という物理的な力により支えられている。
　そして、星の中心にはヘリウムが溜まり始め、そのヘリウムはさらに核融合を起こし、炭素、酸素、マグネシウム、ネオンなどの重い元素が層を成して溜まっていき、それぞれの元素の球面で核融合反応が激しく進むようになり、放射が強まることで星の直系は大きくなり、赤色超巨星となる。
　そして、星の中心核の質量がチャンドラセカール限界を超えたとき、炭素の核融合が暴走するとともに、原子核に電子が捕獲され陽子が中性子へと変換されることで、電子の縮退圧を一気に失って星の核は重力崩壊を起こす。
その爆縮の反動は激しい衝撃波となって星を構成していた周辺のガスをすさまじい熱と力で圧縮し、ガスは核融合反応を起こして猛烈な爆発を起こして吹き飛ぶため、これが超新星爆発となる。
　この時、鉄より重い金属などの原子も作られる（より重い星の爆発により、より重い元素が作られる）。
　そして重力崩壊した星の核は、地球直系程度の中性子の塊となり、それ自身は中性子の縮退圧によって直系を保ち、中性星となる。
　また、元々の中心角が持っていた自転の角運動量は保存されるため、星の直系が極限に小さくなることで、猛烈な速さの自転速度を持つ。
　生まれたばかりの中性子星は、数千分の一秒に一回という超高速で自転するものもある。
　そして、地球と同じように、自転軸の他に磁気軸持ち、磁気軸の両端方向にX線、紫外線、可視光線などを放射しているため、その磁気軸の鉛直上に地球があると、その自転周期と同期したパルス状の信号として捕らえられる。
　このような中性子星は「パルサー」とも呼ばれる。
　そのパルス周期は当然ながら非常に正確で、ごく僅かずつ遅くなっていっているだけであるため、その正体が中性子星であると証明されるまでは、地球外知性の証拠ではないかと、取り沙汰されたこともある。
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長くなってすいませんでした。

お礼

大変詳しいご説明、ありがとうございます。

皆さんのお話をお聞きしていると、また、インターネットでサイトを調べていても、いろいろな話が出てくるので驚きました。

私としては、この前のNHKの番組の話として、「太陽質量の1.4～3倍は中性子星」、それ以上は「ブラックホール」など、「超新星爆発」についても、明確な数字で示されるのだと思っていたのですが、どんどん分からなくなってきました。

「太陽質量の何倍」という表現も、いろいろなとらえ方があるみたいですし、難しいんですね。

本当に、皆々様、ありがとうございました。

回答No.2

Tacosan

「超新星爆発の後に残る」部分の質量が 1.4～3倍, ということか?

超新星爆発を起こすのはだいたい 8倍くらいからといわれてるけど, 実際にはそれより前の段階で質量放出とかが起きてるので小さい方はブレがあります. 白色矮星→超新星, というルートを除けば.

あと, シュバルツシルト半径は星全体の大きさからすると非常に小さい (太陽質量で ３ km 程度) ので, 「星全体がいきなり見えなくなる」ことはほぼないと思います＞#1. つまり, ほとんどの場合で超新星爆発の後にブラックホールが残る, ということになろうかと. なので, 超新星爆発の後には
・何も残らない
・中性子星が残る
・ブラックホールが残る
の 3つの可能性があります (どれになるかはだいたい質量で決まる).

お礼

ありがとうございます。

ということは、太陽の質量の1.4倍以上の恒星は、「超新星爆発」する、ということで良いのでしょうか？

また、「シュバルツシルト半径」とは、「事象の地平面」と同じ意味でしょうか？

すみません、よく理解できません。

回答No.1

FEX2053

>太陽の1.4～3倍の質量の恒星は、中性子星になり、
>それ以上重たい恒星はブラックホールになる、

これ自身が聞き間違いか、もっと違う話の一環でそういう
表現をしたんだと思いますよ。だって

>3～8倍が「中性子星」で、それ以上が「ブラックホール」

正確に言えばちょっと違うのですが↓
http://yukimura.hep.osaka-cu.ac.jp/vuniv/2004-physics/lecture3.html
http://www.asj.or.jp/kyozai/yougo/2_2_1.html

いずれにせ、太陽の3倍程度でブラックホールなんぞに
なっていたら、銀河系中ブラックホールだらけになります。

>インターネットで「超新星爆発」について調べてみました。

そういう調べ方ではなく、一歩前の「星の一生」あたりを
キーワードにすると色々と出てきますよ。

>にブラックホールになる恒星は、イコール「超新星爆発」をする

ではなく、全部ぶっ飛んでしまうか中性子星になる、です。
ブラックホールに鳴るほどの重力崩壊を起こす場合は、
ポテっと全部が一気に見えなくなるはずです。

お礼

チェックが遅くなり、申し訳ございませんでした。

番組を録画して２～３度見て、確認していますので、聞き間違いなどは絶対にあり得ません（NHK教育で放送された「サイエンスZERO」という番組です）。