The life cycle of a neutron star - David Lunney

翻訳: Masako Kigami 校正: Tomoyuki Suzuki

About once every century,

約百年ごとに

a massive star somewhere in our galaxy

銀河系のどこかで大質量星が

runs out of fuel.

燃料を使い果たします

This happens after millions of years of heat and pressure

これは高温と圧力が 何百万年も続いた後で

have fused the star’s hydrogen

その恒星の水素が核融合を起こし

into heavier elements like helium, carbon, and nitrogen— all the way to iron.

へリウム、炭素、窒素のような重い元素を経て 鉄に変化した際に起こります

No longer able to produce sufficient energy to maintain its structure,

その構造を支える 十分なエネルギーを作れないため

it collapses under its own gravitational pressure and explodes in a supernova.

重力崩壊により 超新星爆発を起こします

The star shoots most of its innards into space,

その恒星の内部にあったものは 宇宙に飛び散り

seeding the galaxy with heavy elements.

銀河系に重元素の種を撒きます

But what this cataclysmic eruption leaves behind might be even more remarkable:

しかし この大爆発が残した物は さらに驚くべきものです

a ball of matter so dense that atomic electrons

物質でできた球体は高密度なので 原子を構成する電子が

collapse from their quantum orbits into the depths of atomic nuclei.

量子軌道から 原子核の深部へと崩壊します

The death of that star is the birth of a neutron star:

その恒星の終焉は 中性子星の誕生です

one of the densest known objects in the universe,

知られている中で 宇宙で最も高密度の天体の１つで

and a laboratory for the strange physics of supercondensed matter.

極めて高密度に凝縮された物質でできた 未知の物理学の実験室です

But what is a neutron star?

でも 中性子星とは何でしょうか？

Think of a compact ball inside of which protons and electrons fuse into neutrons

内部では 陽子と電子が融合して 中性子となり

and form a frictionless liquid called a superfluid—

超流動体という摩擦の無い液体を形成し これが殻で囲まれている

surrounded by a crust.

コンパクトな球体を考えてみてください

This material is incredibly dense –

これは超高密度で

the equivalent of the mass of a fully-loaded container ship

貨物を満載したコンテナ船の質量を

squeezed into a human hair,

１本の髪の毛の大きさに圧縮したものや

or the mass of Mount Everest in a space of a sugar cube.

エベレスト山の質量を角砂糖１個分に 圧縮した密度と等しくなります

Deeper in the crust, the neutron superfluid forms different phases

その電子殻の深部では 中性子の超流体が異なる相を形成します

that physicists call “nuclear pasta,”

物理学者はそれを 「原子核パスタ」と呼んでいます

as it’s squeezed from lasagna to spaghetti-like shapes.

ラザニアからスパゲティに 変化させたみたいなものです

The massive precursors to neutron stars often spin.

中性子星になる大規模な予兆は しばしばスピンが起こることです

When they collapse,

恒星が崩壊するとき

stars that are typically millions of kilometers wide

一般的に 数百万kmの大きさの恒星は

compress down to neutron stars that are only about 25 kilometers across.

わずか25km程度の大きさの 中性子星へと圧縮されますが

But the original star’s angular momentum is preserved.

恒星が最初にもっていた 角運動量は保存されます

So for the same reason that a figure skater’s spin accelerates

フィギアスケーターが 両手を内側に寄せると

when they bring in their arms,

回転が加速するのと同じ理由で

the neutron star spins much more rapidly than its parent.

中性子星は元の恒星よりも ずっと高速に回転します

The fastest neutron star on record rotates over 700 times every second,

最速の中性子の回転記録は １秒間に700回転で

which means that a point on its surface whirls through space

つまり 表面上の１点が

at more than a fifth of the speed of light.

光速の５分の１以上で 空間中を回転しています

Neutron stars also have the strongest magnetic field of any known object.

中性子星はまた 知られる限りの天体の中で 最強の磁場を持っています

This magnetic concentration forms vortexes

この集中した磁力が渦を形成し

that radiate beams from the magnetic poles.

磁極から電磁波を放射します

Since the poles aren’t always aligned with the rotational axis of the star,

磁極同士を結ぶ線は 常に中性子星の 自転軸と一致しているとは限らず

the beams spin like lighthouse beacons,

電磁波は灯台の光のように回転し

which appear to blink when viewed from Earth.

地球から見ると 瞬きしているようです

We call those pulsars.

これをパルサーと呼びます

The detection of one of these tantalizing flashing signals

1967年に天体物理学者の ジョスリン・ベルが

by astrophysicist Jocelyn Bell in 1967

この興味深い点滅信号を発見し

was in fact the way we indirectly discovered neutron stars

事実上 最初の間接的な中性子星の

in the first place.

発見となりました

An aging neutron star’s furious rotation slows over a period of billions of years

猛烈に回転する中性子星も 晩年には何十億年かけて遅くなります

as it radiates away its energy in the form of electromagnetic and gravity waves.

電磁波や重力波の形をとって エネルギーを放射していくからです

But not all neutron stars disappear so quietly.

しかし 全ての中性子星が 静かに消滅するわけではありません

For example, we’ve observed binary systems

例えば 中性子星が 別の恒星と共軌道をとる―

where a neutron star co-orbits another star.

連星系が観測されており

A neutron star can feed on a lighter companion,

中性子星が 軽い伴星を糧として

gorging on its more loosely bound atmosphere

弱く束縛された大気を たんさん食べ

before eventually collapsing cataclysmically into a black hole.

最終的にはブラックホールへと 壊滅的な崩壊を起こします

While many stars exist as binary systems,

多くの恒星が連星系をなしていますが

only a small percentage of those end up as neutron-star binaries,

その内わずかなものだけが ２つの中性子星からなる連星系として

where two neutron stars circle each other in a waltz doomed to end as a merger.

ワルツのように互いの周囲を回り 最後に１つに合体します

When they finally collide, they send gravity waves through space-time

最終的に衝突する時に 時空に重力波を送りだします

like ripples from a stone thrown into a calm lake.

それは 静かな湖に石を投げて 水面にさざ波が広がるかのようです

Einstein’s theory of General Relativity

アインシュタインの一般相対性理論は

predicted this phenomenon over 100 years ago, but it wasn't directly verified

この現象を100年以上も前に 予言しましたが 直接的に実証されたのは

until 2017,

2017年に

when gravitational-wave observatories LIGO and VIRGO

重力波観測所のLIGOとVIRGOが

observed a neutron star collision.

中性子星の衝突を観測した時でした

Other telescopes picked up a burst of gamma rays and a flash of light,

他の望遠鏡は 同じ衝撃から発させられた

and, later, x-rays and radio signals, all from the same impact.

ガンマ線、閃光 後れて Ｘ線、電波信号などを検出しました

That became the most studied event in the history of astronomy.

それは天文学史上 最も研究がなされた事象となりました

It yielded a treasure trove of data

そこから貴重なデータが得られ

that’s helped pin down the speed of gravity,

重力波の速度を突き止め

bolster important theories in astrophysics,

天文学の重要な理論を裏付け

and provide evidence for the origin of heavy elements like gold and platinum.

金やプラチナなどの重元素の 起源の証拠を掴むのに役立ちました

Neutron stars haven’t given up all their secrets yet.

中性子星はまだ秘密を 隠し持っています

LIGO and VIRGO are being upgraded to detect more collisions.

LIGOとVIRGOは より多くの衝突を 検知するため改良中です

That’ll help us learn what else

それは高密度で パルスを発生しながら回転する―

the spectacular demise of these dense, pulsating, spinning magnets

磁場をもったこのような天体の 壮絶な終焉が

can tell us about the universe.

宇宙について語ってくれることを もっと学ぶのに役立つことでしょう