チャンドラセカール限界

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チャンドラセカール限界(チャンドラセカールげんかい、: Chandrasekhar Limit)またはチャンドラセカール限界質量[1]とは、縮退した絶対零度電子の圧力により支えられる白色矮星質量の上限値である。1930年代にこの限界を提唱した英領インド出身の物理学者スブラマニアン・チャンドラセカールの名前に由来する。白色矮星と恒星の連星系において、恒星からの降着でガスを獲得した白色矮星の質量がこの限界を超えるとIa型超新星爆発に至るとされる[2]

概説[編集]

白色矮星は、自らの質量による重力で収縮しようとする力と、構成物質の電子の縮退圧英語版とが釣り合ってその大きさを保っている。ところが、ある程度以上に天体質量が大きいと、天体としての構造を縮退圧では支えきれないため、白色矮星としては存在し得なくなる。チャンドラセカールは、その限界質量について1931年から1935年に掛けて以下の式を導き出し、その結果から太陽の1.26倍以上の質量を持った白色矮星は存在しないと結論付けた[3][4][5][6][7]

上式で、M白色矮星の質量、M太陽質量である。μ原子核核子の数をその原子の電子数で割った値(電子1個当たりの核子数)である。ここで μ の値として、恒星で主に合成される原子核の中で最も安定な原子核である鉄の同位体鉄56の原子核の核子の数56と、その鉄原子の電子数26を与えると

となる。チャンドラセカールは、この先駆的な研究が評価されて1983年ノーベル物理学賞を受賞している。

電子の平均分子量を2、白色矮星内部の温度をゼロと仮定したとき、チャンドラセカール限界質量は太陽質量の1.46倍程度となるが[8]、実際の白色矮星はガスが圧縮されて熱を持っているため、この質量に到達する前のおよそ1.38Mで核融合反応が始まってIa型超新星として爆発するものと考えられている[9][10]

Ia型超新星[編集]

Ia型超新星は、連星をなす白色矮星が伴星からのガス吸収により質量がチャンドラセカール限界を越えたために水素の核融合反応が暴走し超新星となったものである。よって質量は一定となり光度も等しくなると考えられ、見かけ上の明るさから距離を割り出せるため標準光源として利用されている[11]

しかしながら、SN 2003fgSN 2006gzSN 2007ifSN 2009dcのように、明るすぎる特異なIa型超新星も複数見つかっており[12]、如何なるメカニズムで白色矮星がチャンドラセカール限界を超える質量を持てるのかについては未だ十分に解明されていない[13]。超高速の自転による遠心力に因って重力が減じられているとする説[13]、強力な磁場で支えられているとする説などがある[12]

脚注[編集]

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  1. ^ 天文学辞典≫チャンドラセカール限界質量”. 天文学辞典 (2018年3月6日). 2019年2月13日閲覧。
  2. ^ 野本憲一, 定金晃三 & 佐藤勝彦 2009, pp. 271-273.
  3. ^ Chandrasekhar, S. (1931-3-13). “The Highly Collapsed Configurations of a Stellar Mass”. Mon. Notices Royal Astron. Soc. (RAS) 91 (5): 456-466. Bibcode 1931MNRAS..91..456C. doi:10.1093/mnras/91.5.456. ISSN 0035-8711. LCCN sf85001279. OCLC 10340650. 
  4. ^ Chandrasekhar, S. (1931). “XLVIII.The density of white dwarf stars”. Philos. Mag.. Series 7 (Taylor & Francis) 11 (70): 592-596. doi:10.1080/14786443109461710. ISSN 1941-5982. LCCN 2003249007. OCLC 1778882. 
  5. ^ Chandrasekhar, S. (July 1931). “The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs”. Astrophys. J. (IOP Publishing) 74: 81-82. Bibcode 1931ApJ....74...81C. doi:10.1086/143324. ISSN 0004-637X. OCLC 888451127. 
  6. ^ Chandrasekhar, S. (December 1934). “Stellar Configurations with degenerate Cores”. The Observatory 57: 373-377. Bibcode 1934Obs....57..373C. ISSN 0029-7704. OCLC 818997270. 
  7. ^ Chandrasekhar, S. (1935-1-1). “The Highly Collapsed Configurations of a Stellar Mass (second paper)”. Mon. Notices Royal Astron. Soc. (RAS) 95 (3): 207-225. Bibcode 1935MNRAS..95..207C. doi:10.1093/mnras/95.3.207. ISSN 0035-8711. LCCN sf85001279. OCLC 10340650. 
  8. ^ 野本憲一, 定金晃三 & 佐藤勝彦 2009, pp. 191,273.
  9. ^ 野本憲一, 定金晃三 & 佐藤勝彦 2009, p. 273.
  10. ^ Mazzali, P. A. et al. (2007). “A Common Explosion Mechanism for Type Ia Supernovae”. Science 315 (5813): 825-828. arXiv:astro-ph/0702351v1. Bibcode 2007Sci...315..825M. doi:10.1126/science.1136259. ISSN 0036-8075. PMID 17289993. 
  11. ^ 蜂巣泉 (2005). “Ia型超新星の新しい進化経路”. 日本物理学会誌 60 (4): 262-270. doi:10.11316/butsuri1946.60.262. https://doi.org/10.11316/butsuri1946.60.262. 
  12. ^ a b Das, Upasana; Mukhopadhyay, Banibrata. “New Mass Limit for White Dwarfs: Super-Chandrasekhar Type Ia Supernova as a New Standard Candle”. Phys. Rev. Lett. (APS) 110 (7). arXiv:1301.5965v1. Bibcode 2013PhRvL.110g1102D. doi:10.1103/PhysRevLett.110.071102. ISSN 0031-9007. LCCN 59037543. OCLC 1715834. 
  13. ^ a b Yamanaka, Masayuki et al. (18 May 2016). “OISTER optical and near-infrared observations of the super-Chandrasekhar supernova candidate SN 2012dn: Dust emission from the circumstellar shell”. Publ. Astron. Soc. Jpn (The Astronomical Society of Japan) 68 (5): 68. arXiv:1604.02800v2. Bibcode 2016PASJ...68...68Y. doi:10.1093/pasj/psw047. ISSN 0004-6264. LCCN 59045041. OCLC 01518489. 

参考文献[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]