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白色矮星について

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  • 質問No.94840
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お礼率 73% (38/52)

どうして白色矮星は、つぶれて点にならないのですか?中性子星についても教えてください。
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質問者が選んだベストアンサー

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レベル8

ベストアンサー率 47% (20/42)

(やや長文です)
できるだけ簡略に説明いたします。そのため厳密には正確でない表現箇所があるかもしれないことを最初にご理解ください。

太陽を眺めるまでもなく、恒星は絶えず輝いています。そして恒星は普通収縮したり膨張したりしません。
この一見普通と思われることも、恒星の核融合における熱の圧力と重力の釣り合いが取れているから一定の姿をしているだけで、恒星の終わりの段階ではこのバランスが崩れます。

恒星の一生が尽きると(すなわち核融合をし終えると)、釣り合いの取れていた、核融合における熱の圧力がなくなりますから、その結果として釣り合いが取れなくなり、重力によって押しつぶされてゆきます。
このとき、恒星の質量(厳密に言えば初期の恒星質量だけではないのですが)によってどこまでつぶれるかが決まります。

核融合による熱の圧力がなくなったとき、一体何が重力に対抗するのかというと、それは排他原理です。
電子間での排他原理とは、語弊を恐れずに簡略に説明すると、「電子の縄張り」とイメージできます。原子の内部に、何もない空間を確保しようとする原理と捉えることも、イメージとしてはそれほど突飛な想像ではないと思います。

電子間での排他原理は、複数の電子がある一定領域内に同時に存在し得ないことを要請します。重力が強くなっていくとき、電子が確保している空間を詰めるようにしようとします。それに対して排他原理によって起こる電子の運動群を「縮退」といいます。また縮退によって起こる圧力を縮退圧(もしくは電子縮退圧)といいます。

ご質問にあるように白色矮星が一点まで落ち込んでいかないのは、重力の力の強さが排他原理(この場合の縮退圧)に負けているからです。このときの恒星の質量を「チャンドラセカール限界」といいます。つまり白色矮星が一点まで落ち込まないのは、恒星の質量がチャンドラセカール限界を超過していないからともいえます。

そして恒星の質量がチャンドラセカール限界を超えている場合、重力は電子間の排他原理に打ち勝ち、電子が原子核内の陽子と結合し中性子となります。こうしてできた星を中性子星といいます。しかし中性子星でも、重力に対抗している力があります。それは中性子間の斥力および「強い核力」です。これは電子同士で作用している力よりもはるかに強い力です。

そして恒星の質量がさらに大きく、中性子間に働く斥力と強い核力をも上回る重力であるとき、もはや重力に対抗する排他原理は全てなくなり、恒星は収縮し続けブラックホールとなります。

蛇足として、縮退圧はある一定の段階までは、重力の大きさに比例します。つまり重力が強くなればなるほどそれに対抗する縮退圧も高くなることが成り立ちます。
しかし、縮退圧が電子の運動によって起こる作用であるならば、その運動速度は光速度を超えることはできません。なぜなら、アインシュタインの相対性理論によると、質量を有した物体を真空中の光速度(C)まで加速するには無限大のエネルギーが必要だからです。

私は専門家ではございませんので詳しい方の回答をお願いします。
お礼コメント
mariba

お礼率 73% (38/52)

丁寧な説明有り難うございます。どこかで研究されていたのですか?大変参考になりました。
投稿日時 - 2001-06-26 01:51:57
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  • 回答No.1

恒星(太陽)の最期は、その質量によって変わります。 太陽の質量を1とすると、 1~7倍 : 白色矮星→黒色矮星(鉄のかたまり)      鉄は自由電子のため、核融合はそれ以上できない。 8~30倍: 超新星爆発→中性子星      もっと大きな重力により原子が崩壊し、中性子となる。 30倍以上: →ブラックホール      さらに大きな重力のため、中性子も崩壊し、1点になる。 ...続きを読む
恒星(太陽)の最期は、その質量によって変わります。

太陽の質量を1とすると、

1~7倍 : 白色矮星→黒色矮星(鉄のかたまり)
     鉄は自由電子のため、核融合はそれ以上できない。

8~30倍: 超新星爆発→中性子星
     もっと大きな重力により原子が崩壊し、中性子となる。

30倍以上: →ブラックホール
     さらに大きな重力のため、中性子も崩壊し、1点になる。

うろ憶えですが、確かこうだったと思います。
くわしい方にもっときちんと回答して頂けるといいですね。
お礼コメント
mariba

お礼率 73% (38/52)

有り難うございます。なるほど、わかりやすいです。早速URLアクセスしてみようと思います。
投稿日時 - 2001-06-25 19:02:56


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