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ミリ秒パルサーの秘密を解明：なぜそんなに速く回転するのか？
ミリ秒パルサー（MSP）は、自転周期が 10 ミリ秒未満のパルサーです。これらの星は、その驚異的な自転速度で天文学者の注目を集めています。これらは、電磁スペクトルの電波、X 線、ガンマ線の部分で検出されます。ミリ秒パルサーは、連星系の伴星から物質が集積してこれらの古い中性子星がより速く回転することによって形成されると考えられており、そのためリサイクルパルサーと呼ばれることもあります。
ミリ秒パルサーは低質量X線連星銀河に関連していると考えられており、その形成と進化は天文学研究における重要なテーマであり続けています。
ミリ秒パルサーの起源
現在の理論では、ミリ秒パルサーは低質量X線連星系に関連していると一般的に考えられています。これらの系の伴星の外層がロッホ限界を超えると、物質が中性子星の降着円盤に流れ込み、パルサーが回転します。回転速度は毎秒数百回転に増加します。標準的な進化モデルでは、すべてのミリ秒パルサー、特に磁場がより高い若いミリ秒パルサーの進化を説明できないという証拠があるかもしれません。
たとえば、PSR B1937+21 は特殊なケースであり、研究では、異なるミリ秒パルサーが少なくとも 2 つの異なるプロセスによって形成される可能性があることが示されていますが、2 番目のプロセスの性質は依然として謎のままです。現在、球状星団には約 130 ミリ秒のパルサーが発見されていることが分かっています。これは、そのような高い星密度によりパルサーが巨大な伴星と相互作用する確率が高くなるため、形成中に回転が加速するという仮説と一致しています。
パルサーの回転速度の限界
1982年に、1秒間に約641回転する最初のミリ秒パルサー、PSR B1937+21が発見されました。これまでに発見された最も速いパルサーは、2004年に発見され、毎秒716回転するPSR J1748-2446adである。中性子星の構造と進化に関する現在のモデルでは、回転速度が毎秒1500回転を超えると中性子星は崩壊し、回転速度が毎秒1000回転を超えるとエネルギー損失が降着過程の加速効果を超えると予測されている。 。
XTE J1739-285 などの候補は非常に高い回転率を示していますが、確固とした統計的裏付けはまだありません。
観測により、クエーサーの回転速度は重力放射の影響を受けている可能性が非常に高いことが示されています。たとえば、IGR J00291+5934 は毎秒 599 回転の速度で回転しており、将来の重力波検出の有力候補の 1 つです。ミリ秒パルサーは、高精度のタイミング特性を備えているため、環境検出のための高感度ツールとして使用できます。周囲の小惑星のような小さな天体を検出し、その質量を測定することができます。
重力波の検出とパルサーのタイミング
重力波の存在は、アインシュタインの一般相対性理論の重要な予測です。これらの波は、物質の大規模な運動、初期宇宙のさざ波、そして時空自体の力学から生じます。ミリ秒パルサーは極めて高精度な時計として、天体力学、中性子星地震学、銀河天文学において豊富な応用可能性を秘めています。
パルサーを重力波検出器として使用するという最初の提案は、装置の技術的進歩によって可能になりました。
1970年代後半、サジンとデトワイラーは、地球と遠く離れたパルサーの間にある宇宙の腕を想像して、パルサーを重力波検出器として使うというアイデアを提案した。 1990 年のフォスターとバッカーの研究により、この方法はさらに改良され、特に高安定性のミリ秒パルサーへの応用が可能になりました。
今後の展望
今後の計画では、パルサーからの正確なタイミング技術を使用して、重力波背景をさらに調査する可能性があります。 2023年、NANOGravは15年間のデータの結果を発表し、重力波背景の存在を予備的に示し、ヘリングス・ダウンズ曲線を初めて測定しました。この結果は、重力波の検出に対する強力な実験的証拠を提供しました。
ミリ秒パルサーの研究は、宇宙に対する理解を深めるだけでなく、多くの未解決の謎を解明する可能性もあります。では、これらの謎に満ちた高速回転する天体は、どのような新しい発見をもたらすのでしょうか?
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