The Inner Lives of Neutron Stars

中性子星の中はどうなっているか

By Clara Moskowitz

C. モスコウィッツ


When a star the size of 20 suns dies, it becomes, in the words of astrophysicist Zaven Arzoumanian, “the most outrageous object that most people have never heard of”—a city-size body of improbable density known as a neutron star. A chunk of neutron star the size of a Ping-Pong ball would weigh more than a billion metric tons. Below the star’s surface, under the crush of gravity, protons and electrons melt into one another to form a bulk of mostly neutrons—hence the name. At least, that is what we think. The issue is far from settled. Astronomers have never seen a neutron star up close, and no laboratory on Earth can create anything even approaching the same density, so the inner structure of these objects is one of the greatest mysteries in space. “They are matter at the highest stable density that nature allows, in a configuration that we don’t understand,” says Arzoumanian, who works at nasa’s Goddard Space Flight Center. They are also the most strongly gravitating form of matter known—add just a bit more mass, and they would be black holes, which are not matter at all but rather purely curved space. “What goes on at that threshold,” Arzoumanian says, “is what we’re trying to explore.”		太陽の20倍のサイズの恒星がその一生を終えると，都市1つほどの大きさの中性子星と呼ばれる天体になる。天体物理学者のアズーマニアン（Zaven Arzoumanian）の言葉を借りれば，「多くの人が耳にしたこともない最も突飛な天体」だ。密度があり得ないほど高く，ピンポン球1個分の質量が10億トンにもなる。中性子星の表面下では重力が非常に強いため，陽子と電子が融合して大部分が中性子でできた塊になっている（それゆえ中性子星と呼ばれる）。　少なくともそう考えられているのだが，問題決着には程遠い。これまで中性子星が間近で観測されたことはなく，地球上の実験室では物質の密度を中性子星の密度に近づけることができない。そのため，中性子星の内部構造は宇宙最大の謎の1つだ。　米航空宇宙局（NASA）ゴダード宇宙飛行センターのアズーマニアンは，「中性子星は自然が許す最も高い密度で安定しているが，どのような構造になっているのかはわかっていない」と語る。中性子星はまた，知られているなかで最も強い重力下にある物質であり，質量がもう少し大きければブラックホールになるだろう。ブラックホールはもはや物質ではなく，ただの曲がった時空だ。「その境界で何が起こるのか。私たちはそれを探ろうとしている」と彼は言う。
There are several competing theories about what goes on at that threshold. Some ideas suggest that neutron stars really are just full of regular neutrons and maybe a few protons here and there. Others propose much stranger possibilities. Perhaps the neutrons inside neutron stars dissolve further into their constituent particles, called quarks and gluons, which swim untethered in a free-flowing sea. And it is possible that the interiors of these stars are made of even more exotic stuff, such as hyperons—weird particles composed not of regular “up” and “down” quarks (the kind found in atoms) but their heavier “strange quark” cousins.		いくつかの競合する説が提唱されている。まず，中性子星は通常の中性子でできていて，所々に陽子が存在しているという説がある。一方で，もっと奇妙な可能性を提案する説もある。星内部の中性子がさらに分解されてその構成粒子であるクォークとグルーオンにばらけており，それらが流動性の高い海を自由に泳ぎ回っているというものだ。さらに，星内部が「ハイペロン」などさらに風変わりな物質でできている可能性も提唱されている。ハイペロンは，陽子や中性子を構成するアップクォークとダウンクォークに加え，もっと重い「ストレンジクォーク」を含む奇妙な粒子だ。