第23章恒星の死The Death of Stars

From observations of the pulsars discovered so far, astronomers have concluded that one new pulsar is born somewhere in the Galaxy every 25 to 100 years, the same rate at which supernovae are estimated to occur. Calculations suggest that the typical lifetime of a pulsar is about 10 million years; after that, the neutron star no longer rotates fast enough to produce significant beams of particles and energy, and is no longer observable. We estimate that there are about 100 million neutron stars in our Galaxy, most of them rotating too slowly to come to our notice.

これまで発見されたパルサーの観測から、天文学者は、銀河のどこかで25～100年に一つ、新しいパルサーが生まれると結論している。これは、超新星が起こると推定される頻度と同じである。計算によれば、パルサーの典型的な寿命は約1000万年。その後は、中性子星の回転が遅くなり、はっきりした粒子とエネルギーのビームを作れず、観測できなくなる。私たちの銀河には約1億個の中性子星があると推定されるが、その大半は回転が遅すぎて、私たちに気づかれない。

The Crab pulsar is rather young (only about 960 years old) and has a short period, whereas other, older pulsars have already slowed to longer periods. Pulsars thousands of years old have lost too much energy to emit appreciably in the visible and X-ray wavelengths, and they are observed only as radio pulsars; their periods are a second or longer.

かに星雲のパルサーは、年齢がまだ約960年とかなり若く、周期も短い。一方、もっと古いパルサーはすでに減速し、周期が長くなっている。数千年たったパルサーは、可視光やX線で目立った放射を出すにはエネルギーを失いすぎており、電波パルサーとしてだけ観測される。その周期は1秒以上である。

There is one other reason we can see only a fraction of the pulsars in the Galaxy. Consider our lighthouse model again. On Earth, all ships approach on the same plane—the surface of the ocean—so the lighthouse can be built to sweep its beam over that surface. But in space, objects can be anywhere in three dimensions. As a given pulsar’s beam sweeps over a circle in space, there is absolutely no guarantee that this circle will include the direction of Earth. In fact, if you think about it, many more circles in space will not include Earth than will include it. Thus, we estimate that we are unable to observe a large number of neutron stars because their pulsar beams miss us entirely.

銀河のパルサーの一部しか見えない理由は、もう一つある。灯台モデルをもう一度考えよう。地球では、どの船も海面という同じ平面の上を近づいてくる。だから、灯台はその面に光を巡らせるように作ればよい。しかし宇宙では、天体は三次元のどこにでも存在できる。あるパルサーのビームが空間の中で円を描くように巡っても、その円が地球の方向を含む保証は、まったくない。考えてみれば、地球を含む円より、含まない円のほうがはるかに多い。そのため、ビームがまったくこちらを向かず、観測できない中性子星が多数あると推定される。

At the same time, it turns out that only a few of the pulsars discovered so far are embedded in the visible clouds of gas that mark the remnant of a supernova. This might at first seem mysterious, since we know that supernovae give rise to neutron stars and we should expect each pulsar to have begun its life in a supernova explosion. But the lifetime of a pulsar turns out to be about 100 times longer than the length of time required for the expanding gas of a supernova remnant to disperse into interstellar space. Thus, most pulsars are found with no other trace left of the explosion that produced them.

同時に、これまで見つかったパルサーのうち、超新星残骸を示す可視のガス雲に埋まっているものは、わずかしかないとわかった。初めは不思議に思えるかもしれない。超新星が中性子星を生むと知っている以上、どのパルサーも超新星爆発の中で生まれたはずだからである。しかし、パルサーの寿命は、超新星残骸の膨張するガスが星間空間へ散ってしまうのに要する時間の、約100倍も長い。そのため、ほとんどのパルサーでは、それを作った爆発のほかの痕跡が残っていない。

In addition, some pulsars are ejected by a supernova explosion that is not the same in all directions. If the supernova explosion is stronger on one side, it can kick the pulsar entirely out of the supernova remnant (some astronomers call this “getting a birth kick”). We know such kicks happen because we see a number of young supernova remnants in nearby galaxies where the pulsar is to one side of the remnant and racing away at several hundred miles per second (Figure 23.17).

さらに、あらゆる方向で同じようには起こらない超新星爆発によって、外へはじき出されるパルサーもある。爆発が片側で強ければ、パルサーを超新星残骸の外へ完全に蹴り出せる。一部の天文学者はこれを『誕生時のキックを受ける』と呼ぶ。実際にそうしたキックが起きることは、近隣の銀河のいくつもの若い超新星残骸からわかる。パルサーが残骸の片側にあり、毎秒数百マイルで遠ざかっているのである（図23.17）。