LIGOによる重力波の直接検出について

全米科学財団と国際研究チームは2016年2月12日(日本時間)、アメリカの重力波望遠鏡LIGO(ライゴ)を用いて、2つのブラックホールの合体によって発せられた重力波の検出に成功したと発表しました。重力波の存在は100年前にアルバート・アインシュタインによって予言され、これまで間接的な証拠は見つかっていましたが、重力波が直接検出されたのは今回が初めてのことです。この成果は、重力波を使ってこれまで見ることのできなかった宇宙を調べることが可能になったという点で、天文学における記念碑的業績といえます。

重力波のイメージ
質量が大きくコンパクトな天体からなる連星系が接近し、重力波を放出する様子のイメージ画像

アメリカ物理学会発行の物理学専門誌『フィジカル・レビュー・レターズ』に掲載された論文の共著者の一人である、ラファエレ・フラミニオ教授(国立天文台重力波プロジェクト推進室長)は以下のようにコメントしています。

ラファエレ・フラミニオ教授のコメント

ラファエレ・フラミニオ教授

アルバート・アインシュタインによる一般相対性理論が確立されてから約1世紀後の本日、LIGO科学グループとVIRGOグループが2つのブラックホールの合体現象の観測を発表しました。

初めて地球上で検出された時空のさざ波・重力波は、10億光年以上離れている2つのブラックホールの合体によって発生しました。今回の現象は人類史上、最も高エネルギーな天文現象の一つです。2つのブラックホールが合体した瞬間には、太陽全質量の3倍と同等のエネルギーが放出されました。この時のエネルギー放出率は、全宇宙の可視光によるエネルギー放出率よりも大きなものでした。合体した2つのブラックホールは太陽の60倍もの質量の1つの新しいブラックホールになり、その直後、新しいブラックホールの振動も続けて重力波を発生しました。この重力波も今回観測されました。

研究者は今回の成果のため、数十年間研究を続けてきました。

初代のレーザー干渉計型重力波望遠鏡である国立天文台のTAMA300とヨーロッパにあるGEO600は、1960年代にジョー・ウェーバー(Joe Weber)が開発した共振型重力波検出器の感度を大きく上回りましたが、重力波の検出には感度がまだ足りませんでした。新世代の重力波望遠鏡の時代が到来して、初めてアメリカのAdvanced LIGO、その後、ヨーロッパのAdvanced VIRGO、最後に日本のKAGRAと、ようやく検出が可能な重力波望遠鏡の時代となりました。どんな感度を達成すれば最初の重力波が検出可能なのか正確にはわかりませんでしたが、目的に近づいていることはわかっていました。最近20年間での重力波観測装置の進歩や正確な理論的なモデル、そして他の天文観測結果が今回の歴史的な重力波の観測に貢献したのです。

そして、まさにその日が来ました。

今回の観測は物語の終わりではなく始まりです。重力波天文学の誕生です。私たちは今まで星や銀河や星間物資からの電磁波放射を観測することで宇宙を研究してきました。宇宙からの他の情報として宇宙線とニュートリノがすでに検出されています。そして、重力波によって、他の方法では見えない銀河中心や星の内部で起こっている激変現象を観測できるようになります。中性子星やブラックホールの遭遇や合体の研究、ブラックホール誕生の観測、そして、宇宙の始まりが重力波によって観測できるようになるかもしれません。重力波望遠鏡は宇宙の謎を解く上で以前からの装置とはまったく異なる道具なのです。それだけではなく、今まで見えなかった重力と時空の状態を調べることができるでしょう。そして、まだ解明されていない一般相対性理論と量子力学の世界との関係について、新しい手がかりが得られることを期待しましょう。

国立天文台重力波プロジェクト推進室 室長 ラファエレ・フラミニオ
イタリア・ピサにて 2016年2月11日

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