中性子星のティースプーン1杯の重さは？

2,000,000,000トン4.41 × 10¹² lb

中性子星の物質をティースプーン1杯（5ml）すくうと、重さは約20億トンになります。実測値ではなく私たちの推定で、典型的な中性子星は太陽約1.4個分の質量を直径約24kmの球に詰め込んでいます。薄い地殻の物質ならずっと軽く、中心核の物質なら最大で約2倍の重さです。

ほかのモノと比べると

中性子星のティースプーン1杯の重さ

深い中心核から推定1m³あたり800兆kg。中心核のことは誰にも確かにはわからない	4,000,000,000トン8.82 × 10¹² lb
PSR J0740+6620の平均知られている中で最も重い中性子星。太陽2.1個分、直径約24.8km	2,600,000,000トン5.73 × 10¹² lb
PSR J0437-4715の平均太陽1.42個分、半径11.4km（NICER、2024年）	2,300,000,000トン5.07 × 10¹² lb
私たちの推定（典型的な中性子星）太陽1.4個分を半径12kmに。丸める前は19億トン	2,000,000,000トン4.41 × 10¹² lb
PSR J0030+0451の平均太陽1.4個分、直径約26km（NICER、2019年）	1,500,000,000トン3.31 × 10¹² lb
外側の地殻から1m³あたり約10億kg	5トン11,000 lb

数字の出どころ

中性子星の物質をすくった人はいないので、この数字は実際に観測された星から計算した私たちの推定です。国際宇宙ステーションに載っているNASAのX線望遠鏡NICERは、太陽の約1.4倍の質量で半径およそ11〜13kmの中性子星を測定しています。私たちは太陽1.4個分の質量と半径12km、つまり直径約24kmの球を使いました。

計算はこうです。1.4×1.989×10³⁰kgで約2.8×10³⁰kg。半径1万2000mの球の体積は4/3×π×1万2000³で、約7.2兆m³。質量を体積で割ると、平均密度は1m³あたり約385兆kgになります。5mlのティースプーンは0.000005m³なので、1杯で約19億トン。これを丸めて20億トンとしています。

NASAはもっと大胆に丸めて、中性子星の物質ティースプーン1杯は地球上で10億トンになるとしています。よく知られる数字の中には50億〜60億トンに達するものもありますが、これは星のもっと深い部分の、より高密度な物質を想定しているためです。どの数字も桁は同じで、スプーン1杯で何十億トンです。

地殻か、中心核か

中性子星は、どこでも同じ密度というわけではありません。密度は深くなるほど高くなり、地殻では1m³あたり約10億kg、中心核では1m³あたり600兆〜800兆kgと推定されています。地殻の物質ならティースプーン1杯はわずか約5トン、中心核の物質なら30億〜40億トンです。

平均密度は原子核とほぼ同じです。中心核が何でできているかはまだわかっていません。NASAは、普通の中性子と陽子でできているモデルや、中心核の一部がクォークでできた奇妙な物質になっているモデルを紹介しています。それを突き止めることが、NICERの一番の目標です。

星が違えば、スプーン1杯も違う

中性子星はどれも同じではなく、体積は半径の3乗で増えるので、半径の違いが大きく響きます。約510光年先にある最も近いミリ秒パルサー、PSR J0437-4715は、半径11.4kmに太陽1.42個分の質量があり、1m³あたり約460兆kg、ティースプーン1杯で23億トンになります。

PSR J0030+0451は質量はほぼ同じですが、直径は約26kmと測定されているので、平均的なスプーン1杯は軽く、約15億トンです。知られている中で最も重い中性子星PSR J0740+6620は太陽約2.1個分で、直径は約24.8km。スプーン1杯で約26億トンです。これらの大きさには数%以上の誤差があり、半径を3乗するので、密度の誤差はその約3倍になります。