中性子

質問

科学好きのおじさんからの質問です。
中性子星なる星があるそうですね。これは肉眼で見えるんでしょうか？
また、仮に、中性子だけからできたボウリングのボールくらいの大きさの物があったとします。これは大変重いそうですが、目の前にあった場合、これは見えるんですか？もし見えたとしたら何色だしょうか？
（ついでに、もしこんな物が目の前にあったらものすごい重力で何か影響がでそうですが、何かおもしろいことが起こるでしょうか？）
できれば高校生レベルでの優しい言葉使いで、説明していただけるとありがたいのですが・・・お願い致します。

回答No.14

noname#108554 · ベストアンサー

再度の登場です。

>中性子には電荷がないから、触った時、どんな感じなのだろう？。触ろうとした手はどうなるのだろう？

まったく自信がないのですが、中性子爆弾ってのがあります。
これは中性子を大量に発生させて、DNAを傷つけ、生物を殺傷する兵器ですが、
中性子に触ろうとするとかなり危険なのでは？

つまり、中性子は中性のため、そして電子より圧倒的に重いので、
電子を押しのけ人体を構成する原子の原子核にまで到達してしまうので
人体内の炭素原子などは放射性原子に変わってしまうと思います。

見ているだけでも、危険です。
中性子は10分ほどの寿命で崩壊し、電子を放出します。
β崩壊というやつで、これはβ線という放射線です。

見かけたら、直ちにその場を離れたほうが・・・＾＾

お礼

何度もありがとうございます。
触るどころか見ているだけでも危険なのですね。
あっ、でも、見えないんでしたね。
身の回りにたくさんある物なのに、それだけ集まると危険なんて不思議な気がします。
繰り返しのご回答ありがとうございました。
この辺で締め切らせていただきます。

回答No.13

noname#108554

ようやくsai1958さんの疑問の意図がわかりました。
要は、「中性子を巨視的に（10^23個ぐらい）集めてきて
中性子星ぐらいの圧力をかけたらどういう風に見えるのか？」
あるいは、「中性子星から塊を取ってきたら、それはどんな感じに見えるのか？」
ってことですか？
って最初からそう言ってますね・・・すみません。

物理の言葉でいえば、「超高密度中性子物質と可視光の相互作用」になるかと思いますが、
たぶんこの疑問に答えられる可能性を持つのって米軍ぐらいしかないと思うんです。

超高密度中性子物質の性質は理論的によく分からないところがあって、
今のところ、実験的に確かめるしか無いと思うんですが、
そんな超高密度を扱えるデータは米軍しか持っていないのでは？
彼らは計算で核兵器の開発を行えるような技術を持ってますから、
そういうデータを持っている可能性はあると思います。
・・・と大学時代、教授が話していました。

当然機密でしょう。
とーとつにブラックになってしまいました。

それと、蛇足ですが、残念ながら中性子物質をそれだけ集めておくのは、
不可能のようです。
中性子星から取り出すと、中性子をまとめていた重力がなくなってしまうので、
空気中に拡散（爆発に近いかも？）してしまうそうです。

>そのものは透けて、後ろが見えるのに、

こちらは、中性子です。

>重力レンズ効果で周りがゆがんで見え、また、途方もない潮汐力で近くにある物を引き裂いてしまう・・・と、こんな感じでしょうか？

これは中性子星の性質です。

お礼

繰り返しのご回答ありがとうございます。
もし中性子の塊が有れば、それは透けて後ろが見えるわけですね。
そしてそれを触ろうとすると、・・・ムムッ・・・、中性子には電荷がないから、
触った時、どんな感じなのだろう？。触ろうとした手はどうなるのだろう？
あっ、そんな塊はたぶん存在できないから、考える必要もないですね。
ありがとうございました。

回答No.12

noname#108554

>光と相互作用をしないと言うことは、後ろの物が透けて見える？のでしょうか？

光=可視光であるなら、中性子は相互作用しないので
透けて見えます。

ほら、あの、ラザフォードの実験ってのはご存知ですか？
金箔にα線をぶつけたら、10万個に1つ程度α粒子が
跳ね返ってきたというやつですが、
逆に言えば、99999個はそのまま素通りです。
透けて見えるかどうかというのは、程度問題で、
この実験だって、金の延べ棒をつかったら
素通りなんぞできません。吸収されてしまいます。

光=電磁波（ガンマ線も含む）という意味なら
光-中性子相互作用もあるはず・・・（自信なし）
さらに高エネルギー反応を目指して、
中性子内部のクオークを狙い撃ちするなら、
光-中性子相互作用も考えてもいいかもしれません。

現代物理って、用語を拡張の上に拡張しているので、
光といっても
1.古典的な電磁場なのか
　それなら、波長はどのぐらいを考えているのか。
2.量子論的にガンマ線、X線ぐらいを考えているのか。
3.単に可視光のつもりなのか。
いろいろ可能性が考えられますので、回答者のうちでも混乱が見られるのだと思います。

お礼

私の疑問の核心をつくご回答ありがとうございます。
ラザフォードの実験、思い出しました。
１０万回に１回のできごとを見つけるなんて、スゴイ辛抱強さですね。
測定の間違いだ・なんて思わなかったのかしら？
可視光とかガンマ線とか、波長のことはあまり深くは考えていませんでした。
中性子は目で見えるのかな？と言う素朴な疑問が出発点です。
今までのご回答を整理すると、もし、中性子の塊が目の前にあった場合、常識を越えたことになりそうですね。
そのものは透けて、後ろが見えるのに、重力レンズ効果で周りがゆがんで見え、また、途方もない潮汐力で近くにある物を引き裂いてしまう・・・と、こんな感じでしょうか？

回答No.11

AF2

そういえば説明してませんでした・・・

中性子星の構造は、中心に中性子が固まった物があり、その外側に軽元素の層、そのまた外には重元素の層があるといわれています。

お礼

再度のご回答ありがとうございます。
中性子星の構造も知らないで、ピンぼけの質問をしてしまい申し訳ございませんでした。中性子星といえど、中性子だけから出来ているわけではないのですね。
元素が存在するなら、当然電磁波もだしますよね。
ありがとうございました。

回答No.10

noname#108554

横やりです。

>中性子の塊（中性子星）は十分近づいた場合、どう見えるのでしょうか？

中性子と中性子星とはまったく別です。

以下でみなさんが語っている「中性子星が見える」というのは、
中性子星が自分で光るという話です。
中性子は自ら光ることはありえませんが、
中性子星は自ら光ることがありえます。

お礼

再度のご回答ありがとうございます。
素人の悲しさ、中性子と中性子星が別物とは知りませんでした。
そのため、元々の疑問は「中性子（の塊）はどう見えるか？」というものを、
「中性子星はどう見えるか？」としてしまいました。
今までの皆さんのご回答を整理すると、中性子星は自ら光るので、十分近づけば見える、しかし、中性子の塊は光と相互作用をしないので、見ることが出来ない。
その替わり、そのものすごい重力で、重力レンズ効果などが起こり、存在自体は解る・・・・・と、こんな解釈でよいのでしょうか？

光と相互作用をしないと言うことは、後ろの物が透けて見える？のでしょうか？

回答No.9

SCNK

３回目の回答です。
ちょっと自信がありませんが、中性子は光とは相互作用を起こしません。磁気に対しては僅かに中性子線が曲がりますが光とは関係なかったと思います。そもそも光の波長は原子より大きいものです。それより遥かに小さい中性子に作用するとは思えません。質量のある物質線なら考えられますが。

ゆがみで存在が分かるというのはブラックホールのことで、中性子の塊ならばそれ自体も何らかの形で見えるでしょう。私はそれは黒いものだと思います。光を発するメカニズムがどうしても考えられません。

ブラックホールの場合には向こう側が透けてというより、レンズのような作用によりその向こう側が見えるのでしょう。したがってブラックホールのすぐ後ろは見えないとおもいます。いずれにせよ周りのゆがみしか見えないと思いますよ。

お礼

３度もご回答をいただきましてありがとうございます。
私の疑問の原点は、「中性子は見えるか？」と言うことでした。
中性子１個だけでは小さすぎますので、中性子だけで出来た物質＝中性子星なら見えるのかな？という質問を、出させていただいたわけです。
確か中性子星は密度も高く、それ自体が大きな１個の分子（誤解を招くような言い方ですみません）のようなもので、少なくとも可視光線の波長では通り越せないのかな？と思いました。
今まででは、多くの方から「見える」というご回答をいただきましたが、ＳＣＮＫ様から「光とは相互作用をしない」と教えていただき、またまた、良く解らなくなりました。
はたして、中性子の塊（中性子星）は十分近づいた場合、どう見えるのでしょうか？

回答No.8

AF2

パルサーは既に燃え尽きた星なので、熱エネルギーで発光する可能性があります。もし、パルサーのちょうど後ろに赤い点があるとしたら、それがパルサーの回りに帯状になって見えると思います。ブラックホールの後ろにあるはずの星が、重力で曲げられてブラックホールの近くに見えると言う話を聞いた事ありますか？それと同じ事です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
ブラックホールの重力レンズの話、聞いたことがあります。
中性子星でも似たようなことが起こるわけですね。
ところで、
>熱エネルギーで発光する可能性があります。
とありますが、電荷を持たない物質（中性子）が加速度運動をした場合、電磁波を出すのでしょうか？（実は今回の質問ではこの点が聞きたかったのです（＾＾；）

回答No.7

noname#108554

まず、状況を設定する必要があります。
1.その中性子星は誕生後、何年ぐらいたっているのか？
2.まわりに物質が存在するか？

まず、2について
まわりに物質が存在すると、
落下するときに放出するエネルギーやら、核融合反応やらで、
普通に光る場合がありえます。
降着円盤と呼ばれるものです。
ですが、おそらく質問者の意図はこちらではないですよね？

次に1の場合ですが、十分「冷えてしまった」中性子星は、
おそらくかなり近づかないと見えないでしょう。
しかし、誕生直後の中性子星はかなり熱く、
だいたい10万度程度にはなるらしいです。
ついでに、この星が、肉眼で見えるような距離ってのは
どのぐらいかを算出してみましょう。

まず、絶対等級M（32.6光年から見た明るさ)を求めます。
太陽の絶対等級はだいたいMs～5等ぐらいなので、

公式：M=Ms-2.5*log10(R^2T^4/Rs^2Ts^4)
R,Tはそれぞれ星の半径、表面温度
添え字sは太陽の量であることを示す。

にあてはめると、R～10km、Rs～70万km
T～10万度、Ts～6000度なので
M～17等ぐらいになります。

そこで、
公式：見かけの等級=M-5+5log10(距離/32.6光年）
より、肉眼で見える星の明るさ=6等級
M～17等級を代入すると、
距離～0.2光年程度になります。

相当近づかないと肉眼では見えないですね。やっぱり。

お礼

詳しいご回答ありがとうございます。
私の意図は、電荷のない「中性子」は見えるのかな？ということでした。
中性子は小さいし、それだけで出来た物は何かあるかな？・と考えていたら、昔読んだ本に中性子星というのがあったな・思い出して、質問をしてみました。
中性子だけで出来た物でも、十分近づけば「見える」訳ですね。
ありがとうございました。

回答No.6

SCNK

２度目の回答です。
熱いので光っているというのは、一般的な物質には電子の振動が生じるので光を放射するとおもうのですが、なにしろ電子を持っていないのですから、どうなるのか私にも良くわかりません。
ただし、中性子は中性子単独では寿命が数分程度であり、通常は電子を放出して陽子に変わります。これは中性子が崩壊するときに１個のクオークが置き換わることにより、入れ替わった１個のクオークが電子となって、通常は近くの陽子に取り込まれて中性子となるのですけれど、中性子だけだとこのような相互作用がなく、そのまま電子を放出するので、この核内電子がどのような振る舞いをするのか疑問です。
それから見えるといったのは、反射というよりも、むしろ反射しないので黒体のように見えるだろうとの予想です。この点ブラックホールの場合であれば黒ではなく、見えないのであって、人間が普段、自らの盲点を意識していないのとおなじように、見えないのだとおもいます。しかし周囲がゆがむのでそれでわかるでしょう。それと電磁波などが中性子星から発せられるというのは、中性子星そのものが放射するのではなく、吸い込まれた物質が破壊されて放射するものです。
本当のところは私も身近で見たのでないのでわからないのが事実です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
中性子は光とは相互作用をしないと言うことでしょうか？
つまり目の前に中性子星のかけら（塊）があったとしても、周りの空間がゆがんでいるので、あることは解るが、そのものは見えないのでしょうか？
後ろの物が透けて？見える？

回答No.5

noname#21649

東京天文台野辺山分室の内容のどこかに書いてあったかと思います。
どなたかが．アドレスを書いていますので．探してください。

お礼

ご回答ありがとうございます。
東京天文台のＨＰを見てみましたが、それらしき物を見つけることができませんでした。もう少し探してみます。

回答No.4

AF2

太陽の重さの３０倍を基準として、それより重い星が超新星爆発をすると、ブラックホールになり、
１０～３０倍ぐらいでは中性子星、それより軽い場合は白色わい星になります。密度で言えば、原子核だけが固まったブラックホール＝中性子星で、白色わい星はそれより軽いです。
星間物質が集まり、星が誕生して、太陽の十倍以下では赤色巨星、それ以上なら赤色超巨星となり、赤色巨星は白色わい星へ、赤色超巨星は表面の水素が飛び去り、青色超巨星へとなり（ならない場合もある）、超新星爆発を起こし、ブラックホールか中性子星になります。
中性子星は、電波やＸ線がパルス状に出ており、パルサーとも呼ばれます。このパルサーの大きさは、直径１０km程、重さは太陽と同じ位です。要するに、ブラックホールと中性子星は、”成分”は同じですが、大きさが違うのです。
もし中性子星があると、その重力によって周りの光が曲げられます。よって、中性子星の後ろの物の見え方が変わります。
ちなみに、地球も半径約1cm以下にまで縮めれば中性子星(?)になります。

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
そう言えば、パルサーという言葉を昔聞いたことがあるのを思い出しました。
電磁波が出るくらいですから、可視光線も多かれ少なかれ出ているのでしょうか？