非常に強力な磁場を持った中性子星。カタカナで「マグネター」と呼ばれることが多いが、東京大学理学部が超強磁場中性子星という和名を用いている。

目次 概要 特徴 エネルギー放出 磁力で変形 形成 超新星爆発 CXOU J164710.2-455216 形成のシナリオ

概要

非常に強い磁場を持つが、その減衰がエネルギー源となり、莫大な量の電磁波(特にX線やγ線)を放射するもの。

中性子星は通常でも磁極付近で10⁸テスラ程度とされていてそれでもかなり強いが、超強磁場中性子星は更に100倍から1000倍、つまり10¹⁰〜10¹¹テスラもの強い磁場を持っている。

殆どの中性子星はパルサーとなるが、1割程度の確率でこの超強磁場中性子星になることがあるとされ、銀河系内でもいくつか発見されている。観測可能な超強磁場中性子星の数から予測される推定では、銀河系内だけで3000万個以上あるのではないかとしている。

特徴

エネルギー放出

超強磁場中性子星は、内部磁場のねじれにより表面(地殻)に大きな応力が掛かっているとされる。ある程度近くにストレスが溜まると、近くは球体に近い状態へと戻ろうとする。この時に発生する振動が星震である。

地球の地震のメカニズムに似るが、実際に変動する地殻の大きさはマイクロメートル以下の微小な大きさに過ぎず、時間も100万分の1秒未満とされる。

この星震が発生するとエネルギーと物質が大規模に放出されるが、これが軟γ線リピーターの正体ではないかと考えられている。この時、動径側に物質が放出されれば、その分自転の角運動量が失われるため、徐々に自転速度は減速する。自転の減速とともに磁場も弱まるため、星震は起こらなくなる。その後も中性子星はX線を放射し続けるが、これが特異X線パルサーではないかと考えられている。

超強磁場中性子星でいられる時間は短く、軟γ線リピーターの段階で約1万年、更に特異X線パルサーの段階で約1万年とされ、その後は活動を停止する。

磁力で変形

超強磁場中性子星は、その強力な磁力で変形していることが、東大と理研の研究によって明らかとなった。

「4U 0142+61」という超強磁場中性子星をJAXAのX線天文衛星「すざく」で観測、回転に伴い生じるパルスが、低エネルギーのX線(軟X線)では8.69秒(10cBeat)の一定周期なのに対して、高エネルギーX線(硬X線)では約15時間のうちで0.7秒程度進み遅れすることを発見した。

研究チームは、この天体が球形から0.01%程度「レモン型」に変形し、天体の対称軸が首振り(自由歳差運動)をするためと結論付けた。またこの変形原因は天体の磁場の可能性が高く、この変形量を説明するには10¹²テスラ(1兆テスラ)が必要と見込まれている。

中性子星の内部磁場が観測から推定されたのは、この「4U 0142+61」が世界初とされる。

形成

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超新星爆発

恒星が重力崩壊して超新星爆発すると、その跡には中性子星かブラックホールが作られる。元の天体が非常に重いとブラックホールになるが、そうでない場合は中性子星になる。

超強磁場中性子星は、太陽質量の40倍程度の恒星が超新星爆発して作られると考えられている。ただし、通常この質量だと恒星ブラックホールになるため、なぜ中性子星になるのかは長く謎だった。

研究により、超強磁場中性子星は二つの大質量星が相互作用して作られた可能性が高いとされた。

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CXOU J164710.2-455216

さいだん座の超星団「Westerlund 1」に超強磁場中性子星「CXOU J164710.2-455216」が存在するが、この中性子星の位置にはパートナーとなる星がない。

研究により、猛スピードで移動する暴走星「Westerlund 1-5」が発見され、このような暴走星は、超強磁場中性子星を作った超新星爆発ではじき飛ばされた可能性が高いとされた。かつ、この天体は、成分的な特徴などから連星の片割れだった可能性が高いとされた。

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形成のシナリオ

超強磁場中性子星と暴走星の形成は、次のようなシナリオが成り立つとされている。

1. 連星系のうち主星(重い方、後に暴走星となる方)の寿命が尽きかかる
2. 主星外層のガスが伴星(後に超強磁場中性子星となる方)に移り始める
3. 質量が増えた伴星の自転速度が増し、これにより磁場も強力になる
4. それ以上の物質を受け取れなくなった伴星から物質が放出され、伴星は質量を失い軽くなり、物質の一部が再び主星へと戻る
5. 伴星が先に超新星爆発、質量が減っていたためブラックホールではなく超強磁場中性子星系の中性子星となる
6. 連星系は互いの重力=遠心力のバランスが狂い、主星は弾き飛ばされ暴走星となる

二つの星の間での物質交換が暴走星「Westerlund 1-5」を独特の科学的性質としただけでなく、伴星がブラックホールにならずに中性子星で済む程度の質量が主星に移ったことも示している。

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用語の所属
中性子星
関連する用語
軟γ線リピーター
特異X線パルサー

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