中性子星での音速は？

Question

音速は、伝わる物質の密度や硬度により速くなると思うのですが、

では、超高密度な中性子星を叩いたら、中性子星内部を伝わる音速はどのくらいの速度になるのでしょうか？

Tacosan · Accepted Answer

ちと調べると, 中性子星に関して
v_s/c ～ 10^-1
(v_s は音速, c はもちろん光速)
としているものが見付かったりします. これに従えば, 音速は光速の 10 % から数十% ということになります.

tadys · Answer

No.１です。
ブラックホールは物質というよりは時空間の状態と言ってよく、何か物質が有るわけでは有りません。
物質が無いので、音速というものは考えられません。
ブラックホールの中心には何かが有りますが、それは特異点と呼ばれていて相対性理論では計算できません。
相対性理論では特異点の大きさはゼロになるので、大きさがゼロの領域での音速というものが意味を持つかどうかを考える必要があるでしょう。

ブラックホールに対し自由落下をしている物質の場合、中心に近い部分は遠い部分よりも強い力(重力）で引っ張られます。これは潮汐力です。
潮汐力は中心に近づくほど大きくなり特異点では無限大になってしまいます。
潮汐力の影響を除くとブラックホールの中でも特別の事は起こらないと考えられます。
もっとも、ブラックホールの中（事象の地平線内）に入ってしまうと後戻りはできず、有限の時間で特異点に吸い込まれます。

ブラックホールの中心については相対性理論では不十分であって、何か新しい理論が必要です。
超弦理論などが考えられていますが、いまだに十分に納得できる理論にはなっていません。

cozycube1 · Answer

知られている限りでは、固体であれば密度の高いほうが、その音速は速くなります。物性物理学も、これを支持しています。

しかし中性子星は、電子すら原子核に取り込んで中性子だけで構成された星です。この中性子星の物性は、未だ分かっていません。そこまでの過程につていは、もっと分かっていません。

もし分かっていれば、たとえば超新星爆発について、もっとはっきりしたことが言えます。
　超新星爆発は、恒星が赤色巨星となり、同時に内部では高密度になって行き、そのため高温になり、あるとき、その中心部からのある距離で爆発的に核融合反応が起こります。

それが超新星爆発です。これはその恒星の中心から「ある距離」で一斉に起こるから、爆破るになります。

普通に考えると、収縮は凹凸はできてしまい、ある距離を表面としての同時にはなりません。それが同時になるのは、一か所で生じた破壊的な核融合反応が、音速で連鎖反応が起こるからです。

いつ「バン！」となってもおかしくないほと溜まりに溜まったものが、一気に広がる感じといっていいでしょう。それが、星の固体と言える部分の音速で伝わるから、全体での爆発となります。

これは、中性子星になる前の密度で起こります。そこすらよく分からないわけです。そういう高密度の実験は、まだできませんので。

超新星爆発ではなく、新星爆発があります。超新星爆発より、ずっと多く観測されています。中性子星表面で、何度も新星爆発は起こりますから、位置を含めた観測データも、超新星爆発よりずっと多い。

中性子星が、もう一つの恒星と連星で、しかもそのもう一つが赤色巨星化していると、容易に物質が中性子星に流れ込んでくるためです。

中性子星の表面に降り積もった物質の密度が重力で高まり、超新星爆発と同様ですが、規模は低い爆発が起こっています。

これには、その表面を保っている中性子星での音速が深く関わります。

でも、その新星爆発がいつ起こるかも、よく分かりません。新星爆発を起こすには、ほぼ同時に音速で力が伝わるためですが、その中性子星の音速が分からないためです。

これだけでなく中性子星は未知の部分が多くあります。星が中性子で構成されているということが、物理学的にどういうことなのかよく分からない部分が多いためです。特に音速、つまり弾性がどうなのかがまだよく分かっていません。

ですから、中性子星の音速はよく分かっていません。諸説さまざまと言っていいでしょう。共通するのは、硬いから速いだろう、くらいしか言えません。

ブラックホールではどうか。中性子星で止まれずに、「重力崩壊」を起こして、限りなく中心に向かって収縮していく星です。
　実は、表面が「事象の地平面」で覆われ、中心に「特異点」があるという、よくそういう説明があるブラックホールは、この宇宙にはありません。

なぜか。収縮して行くほどにブラックホール候補の恒星の時間はゆっくりになっていきます。無限大の時間が経たないと、本当の、あるいは理論的な意味でのブラックホールにはならないのです。

そういう、なりかけのブラックホールではどうか。充分遠方から見ている限り、音速は「遅く」なります。中性子星より硬いでしょうから、そこは音速を増す要素になります。

しかし、速度とは時間も関係します。ブラックホールなりかけでは、時間が止まりそうなくらい遅いのです。

硬さなどより時間の流れのほうが支配的な意味を持ちます。それならば音速も遅くなります。仮に時間が止まったと考えれば、音など伝わりようがありません。

では、よく言われるように「ブラックホールに自由落下すれば」どうか。自由落下基準では有限の時間で中心まで落ちて行く」ことになります。

実は、これも駄目なのです。事象の地平面を超えると、全てが中心に向かって一方通行になります。そんな領域では「時間と空間の役割が入れ替わる」と表現されるような状態になります。

これでは普通の意味での音速はもちろん、速度の意味も理解できるような定義のしようもないわけです。

Tacosan · Answer

「ブラックホール内部」というのは, どこのことをさしているのでしょうか?

「ブラックホールの本体である特異点」のことなら, そもそも「大きさが 0」なので「内部」が考えられません.

ふつう (?) に「シュバルツシルト半径内部」だと, 確かに「高密度」ではあるけど「中性子星よりもさらに超高密度」というイメージはないなぁ. 中性子星は質量が太陽程度で半径 10 km くらい, シュバルツシルト半径は太陽質量なら 3 km ほどなので, この質量では密度比が 1:30 ってところ.

ただし, 「シュバルツシルト半径内」だからといって特になにがどうということもなく, 情報はたかだか光速でしか伝わりません (もちろん外には出られませんが).

なお, シュバルツシルト半径内の平均密度は質量の 2乗に反比例するので, 銀河系中心にあるブラックホール (410万太陽質量) の平均密度はこの「太陽質量のブラックホール」の平均密度の 1/410万^2, およそ 1/10兆となります.

tadys · Answer

超高密度な中性子星での音速は光の速度に近いものになりますが、音速といえども（真空中の）光速度を超える事は出来ないので、限界が有ります。
限界以上に質量が増えた場合は中性子星から別の状態になるものと考えられています。
別の状態としては、ブラックホールやクォーク星などが考えられています。

http://prints.iiap.res.in/bitstream/2248/2683/1/30.%20523-547.pdf
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%AB%E3%83%9E%E3%83%B3%E3%83%BB%E3%82%AA%E3%83%83%E3%83%9A%E3%83%B3%E3%83%8F%E3%82%A4%E3%83%9E%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%83%B4%E3%82%A9%E3%83%AB%E3%82%B3%E3%83%95%E9%99%90%E7%95%8C

中性子星での音速は？

ちと調べると, 中性子星に関して

No.１です。

この回答への補足

知られている限りでは、固体であれば密度の高いほうが、その音速は速くなります。

「ブラックホール内部」というのは, どこのことをさしているのでしょうか?

超高密度な中性子星での音速は光の速度に近いものになりますが、音速といえども（真空中の）光速度を超える事は出来ないので、限界が有ります。

この回答への補足

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