2017年07月17日

◆ 土星サイズのミニ恒星を発見

 土星サイズのミニ恒星を発見したというが、謎だ。

   ※ 最後に 【 追記 】 あり。正解を示す。

 ──

 土星サイズのミニ恒星を発見したという。
 《 直径は太陽の10分の1 土星サイズのミニ恒星を発見 》
 英ケンブリッジ大などの研究チームは、直径が太陽の10分の1以下の極めて小さな恒星とみられる天体を発見したと発表した。大きさは太陽の惑星である土星とほぼ同じで、これまで知られている恒星の中で最小になるという。
 連星の大きい方の前を横切るときの光の変化などの分析から、質量が土星の約280倍と重く、太陽の約8%にあたることが判明。恒星が光や熱を発するエネルギー源となる水素の核融合反応が起きる条件を満たすことを確認した。
( → 朝日新聞 2017-07-17


mini-sun.jpg
出典:ケンブリッジ大


 大きさが土星とほぼ同じなのに、重量は280倍もある。とすれば、太陽や土星のような水素でできたガス星ではなく、鉄などの重元素をもつ固い星だと見なせそうだ。
 とはいえ、記事には、そういう話は一切、書いてない。重さと体積の比較から、元素の話に移って良さそうなのに、何も書いてない。
 ちょっと調べてみたが、他の記事はこうだ。
  → 史上最も小さな恒星を発見。土星と同等サイズ、地球から600光年の場所で別の恒星を周回 - Engadget 日本版

 これは、海外ニュースの翻訳記事。それでも、ろくに情報はない。となると、他の英語記事を調べても、同様だろう。

 元素の話まで書いてあるのは、世界を探しても、本項だけかもね。
 


 [ 付記 ]
 具体的にはどんな元素が予想されるか? 
 安定的な元素 というものがある。それは、鉄やケイ素などだ。
 太陽の8倍よりもさらに重い恒星は、核融合を繰り返して「鉄」と「ケイ素」をつくると、これ以上核融合を進めることができず、星の一生を終えます。そういう意味では「鉄」と「ケイ素」はとても安定した元素です。
( → Yahoo!知恵袋

 この意味で、重い星の内部にある元素は、(最も安定的な)鉄やケイ素が多いと予想される。
 おおざっぱに言えば、地球や火星の組成に似た組成だろう。ただし、水素や窒素や酸素などのガスもあるはずだ。
 ちなみに、地球の組成は、下記だ。
 組成は地表面からの深さによって異なる。
 地殻に存在する元素は、酸素(質量比49.5%)とケイ素(同25.8%)が主体で、以下アルミニウム・鉄・カルシウム・ナトリウム・カリウム・マグネシウムなどの金属元素が含まれる。
 対照的に、中心部分は鉄やニッケルが主体である。
 地表面の71.1%は液体の水(海)で被われており、地表から上空約100kmまでの範囲には窒素・酸素を主成分とする大気がある。
( → 地球 - Wikipedia



 【 追記 】
 コメント欄に情報が寄せられた。これが正解らしい。
土星の280倍の質量をもつ水素が集まったら、土星と同じサイズになるということはありえません。

https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q11111814701 で質問に対する回答でこう書かれていました。

 例えばガス惑星は木星質量までは質量とともにサイズもデカくなるが木星質量を超えた辺りからサイズに変化が出なくなる。
 自身の重さで惑星が潰れ始めて体積がまったく増えなくなるためで増えないどころかむしろゆっくりと縮みはじめる。
 質量を増やしても体積が増えないので、表面重力と平均密度が増加し続ける。核融合の始まる直前質量では金の密度を超え表面重力は100倍にも達する。
 天体密度は恒星と惑星の中間である褐色矮星で最大値を記録したあと核融合が始まって恒星化すると反転し、急速に低下していく。

Posted by nb at 2017年07月19日 04:59

 これによって、本項の「謎」は解決したことになる。

 ※ 
 つまり、木星型のガス惑星も、太陽型の恒星も、どちらも密度は低いのだが、その中間の質量では、密度がとても高くなる領域がある。(褐色矮星・準褐色矮星 と呼ばれるもの。)
 この領域では、領域外とは異なって、特別な高密度にある。領域外の両側の中間値とはならないわけだ。そのせいで、「謎」に見えるわけだ。そして、それをもたらしたのは、特別な事情である。

posted by 管理人 at 09:40| Comment(14) | 物理・天文 | 更新情報をチェックする
この記事へのコメント
単に太陽の8%の質量の水素が集まると、自重で土星とあまり変わらないサイズまで押し固まるかのでは?

恒星と言っているからには核融合しているのでしょう。軽いのに核融合しているということは水素が主元素でしょう。鉄は核融合しないし、鉄やケイ素を生みだせる段階まで核融合できるのは太陽の何倍も思い星だけですよね。
Posted by ななし at 2017年07月17日 12:05
>恒星と言っているからには核融合しているのでしょう。
これを赤色矮星と呼んでいいのですか?
小さいので、太陽の10倍近く(1000憶年)燃えると聞いていますが
・・・
様々なことよくわかりません。
Posted by yomoyamapage at 2017年07月17日 12:35
> 単に太陽の8%の質量の水素が集まると、自重で土星とあまり変わらないサイズまで押し固まるかのでは?

 土星の組成は、太陽とほとんど同じです。水素を中心としたガス惑星。
 したがって、土星の質量のガスが集まると、土星サイズのガス天体になる、というのが現実です。その証拠が土星。
 現実には、土星の質量の 280倍の質量があります。つまり、「ガスだけでも自重で圧縮される」という説は否定されます。

 太陽との比較は、いちいちするまでもなく、土星との比較だけで、280倍の謎は成立します。

Posted by 管理人 at 2017年07月17日 13:49
謎って程でなく密度が高くなっているだけではないの?

土星の280倍の質量をもつ水素が集まったら自重で圧力が高まるでしょう。中心部は核融合が進むほど密度になっていると考えられるので、水素でできているとしても、地球上の鉄なんぞよりずっと重い。(太陽の中心部だと1cm3で156gもある。太陽の中心は鉛より重いのだがいったい何の元素でできているのでしょうか。)

だから質量が太陽の8%の恒星の直径が太陽の1/10くらい(≒土星ほどの大きさ)と推定されても不思議ではないのでは?(遠くの星の直径の推定値なんて倍半分でも当たれば上出来くらいのレベルだし)
Posted by ななし at 2017年07月17日 14:36
ちなみの土星の平均密度はたしか水の7割ほど。つまり質量が緩く集まっている惑星。核融合している恒星に比べると平均密度は随分低そうだ。
Posted by ななり at 2017年07月17日 14:41
>土星の組成は、太陽とほとんど同じです。水素を中心としたガス惑星。
>土星の280倍の質量をもつ水素が集まったら自重で圧力が高まるでしょう。

両者の意見を参考にすると、
本恒星は、ビックバン後の初期の星で水素のみで構成されていたと読めますが・・・
Posted by yomoyamapage at 2017年07月17日 14:51
>土星の280倍の質量をもつ水素が集まったら自重で圧力が高まるでしょう。

 土星の280倍の質量をもつ水素が集まったら、土星と同じサイズになるということはありえません。
  ※ さもないと、(1倍の質量が1倍の体積であるほかに)279倍の水素が体積ゼロだということになる。矛盾。

 圧力じゃなくて、サイズ(体積)が問題。
Posted by 管理人 at 2017年07月17日 17:24
>土星の組成は、太陽とほとんど同じです。水素を中心としたガス惑星。
まあそうなんだけど、太陽にも木星にもコアが有ると考えられているよね。
太陽のコアについてはWikiで
『太陽の中心には半径10万kmの核(中心核)があり、これは太陽半径の約2割に相当する。
 太陽全体の2%ほどの体積の中に約50%の質量が詰まった状態』
とある。
つまり、ガス星の場合、コアの組成と大きさがその星の質量を決める大きな要素と
なるんじゃないかな??
新発見の恒星にもコアがあると見るのが自然で、なにもそのコアの大きさが木星
と同等の割合の大きさと決めつける必要は無いわけで・・・

仮に当該恒星に太陽と同じ組成のコアが有ったとした場合、
太陽の8%の質量(の50%)のコアの大きさは、
  半径≒43000km
となるかな〜 (コアの密度を一定とした大雑把な計算だよ)

とすると、当該恒星の大きさが木星とほぼ同じとしたならば、
半径70000kmのガス星の中に半径43000kmのコアが存在するとなるねぇ〜
構成としては成立するんだけど、うん、こりゃ管理人さんが言うように確かに謎に近いなぁ〜

(どら猫は天文関係はど素人なので空想の産物だけど)もしかして、最初はもっと大きい
恒星だったけど、ブラックホールが近くを通ってガス部分をごっそり持って行ったとか・・・


余談:
上記の計算では当該恒星のコアの質量を恒星全体の50%(太陽と同じ)としたけど、
実際には太陽に比較して(水素)ガス部分の体積割合が少ないことを考えれば
コアの径はもっと大ききなるかなぁ〜
Posted by どら猫 at 2017年07月18日 01:50
Wikiの『恒星』https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%81%92%E6%98%9F
こんな記述があったよ。
・質量が太陽の8%程度より小さい天体は、中心部が軽水素の核融合反応が起きるほど高温にならないので、恒星ではなく褐色矮星に分類される。この値は恒星質量の下限値といえる
・褐色矮星と恒星の境界付近の質量を持った恒星では、半径は太陽の10分の1程度になる。

もしかして、今回の恒星にどんぴしゃり??
Posted by どら猫 at 2017年07月18日 05:24
> 太陽にも木星にもコアが有ると考えられている

 木星の核については、水素以外の元素があると見なされています。以下、Wikipedia から。

  ̄ ̄
 木星の内部構造は、中心に様々な元素が混合した高密度の中心核があり、そのまわりを液状の金属水素と若干のヘリウム混合体が覆い、その外部を分子状の水素を中心とした層が取り囲んでいるものと考えられる。ただしこの構造ははっきりと分かっていない。
 中心核はケイ素など岩石質ではないかと想像されているが、その構造は温度・圧力の状態と同じく分かっていない。1997年に重力測定から予測された中心核の規模は様々に言われるが、地球の10〜45倍の大きさを持ち、木星全体の3%〜15%程度の質量を占めると考えられる。
 仮に木星成分が太陽と同じならば、岩石質の中心核は地球の5倍程度になるが、密度から計算するとその大きさは15倍程度となる。これは、巨大ガス惑星といえど太陽系の元素組成よりも水素やヘリウムが少ないことを示す。
 この中心核は、惑星形成モデルから予測される原始太陽系星雲からの水素やヘリウムの集積が行われた際、同様に岩石や水の氷も木星の初期形成時に集まったと考えられる。

 ※ 木星の質量は地球の 317.8 倍。
Posted by 管理人 at 2017年07月18日 07:44
>土星の280倍の質量をもつ水素が集まったら、土星と同じサイズになるということはありえません。

https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q11111814701 で質問に対する回答でこう書かれていました。

 例えばガス惑星は木星質量までは質量とともにサイズもデカくなるが木星質量を超えた辺りからサイズに変化が出なくなる。
 自身の重さで惑星が潰れ始めて体積がまったく増えなくなるためで増えないどころかむしろゆっくりと縮みはじめる。
 質量を増やしても体積が増えないので、表面重力と平均密度が増加し続ける。核融合の始まる直前質量では金の密度を超え表面重力は100倍にも達する。
 天体密度は恒星と惑星の中間である褐色矮星で最大値を記録したあと核融合が始まって恒星化すると反転し、急速に低下していく。
Posted by nb at 2017年07月19日 04:59
nb さん、ご教示ありがとうございました。
これが正解みたいですね。
これで「謎」の解決ができました。

 ※ 本文の最後に加筆しておきます。
Posted by 管理人 at 2017年07月19日 05:30
>土星の280倍の質量をもつ水素が集まったら、土星と同じサイズになるということはありえません。

正解は分かって良かったのだが、ありえないと断言した理由(メカニズムにあらず)も気になる。
Posted by ななし at 2017年07月22日 09:48
「ありえない」→「ありえそうにない」
が正しい表現。
流行語の「ありえなーい」と解釈してもいい。

理由は説明済み。
ある特定の範囲で、量が増えれば体積が減る、というふうになること。
x → f(x) が、中間値にならずに、窪んでいること。
非線形になること。常識はずれになること。
Posted by 管理人 at 2017年07月22日 09:57
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