2度目の重力波検出：頻発するブラックホール合体

改良型LIGO検出器が2度目の重力波を捉えたのは、2015年12月26日午後12時38分（日本時間）です。今回の重力波源も、初回と同じくブラックホールの合体でした。同年9月に捉えられた重力波信号と比べ、強度は弱かったのですが長く続きました。弱かったにもかかわらず検出システムが信号を抽出できたのは、継続時間が長く、波が特徴的な形状をしていたからです。

信号の継続時間と周波数から、今回のブラックホールは9月のものよりも軽かったことが分かりました。前回は太陽質量の36倍と29倍のものの合体でしたが、今回は太陽質量の14倍と8倍のものでした。衝突時には太陽の質量と等価な量のエネルギーが放出され、観測可能な宇宙全体の光を合わせたよりも明るく輝きました。最終的に残されたブラックホールは、太陽質量の21倍の質量を持ち、コマのように自転しています。

信号の強度から、今回の合体は、地球から13億光年の距離で起きたことが分かります。この距離と検出器の感度から、ブラックホールの衝突合体が宇宙で起きる頻度を推定できます。その結果は、とても有望なものです。より高感度になった改良型LIGOによる観測が今年後半に再開されると、多くの現象が捉えられるでしょう。観測数が増えると、宇宙でのブラックホール分布図を描くことができます。この図は、天体の起源のみならず、宇宙の進化を研究する新しい道具となるでしょう。ダークエネルギーやダークマターのような、宇宙の主要構成物であるにもかかわらず未検出のものについて、何らかの情報が得られる可能性があります。

世界で稼働中の重力波検出器は現在LIGOの2つだけなので、現象が空のどの方向で起きているのかほとんどわかりません。ヨーロッパの改良型Virgoと日本のKAGRA（かぐら）が観測を開始すれば、角度にして数度の精度で方向がわかるようになります。さらに、検出器が増えて感度が上がれば、単独もしくは連星中性子星のような、より弱い重力波源も捉えられるかもしれません。ブラックホールと中性子星から成る連星系も有望です。この場合は合体時に中性子星が破壊されることから、中性子星の内部構造に関してとても貴重な情報が得られることでしょう。そして、このような現象は必ず電磁波を出すので、重力波以外を観測する望遠鏡でも観測できます。天球上での位置を精度良く決定することが、真に多面的な天文学の黎明に不可欠なのです。

1回目の検出は、世界中の何千人もの科学者による不断の努力が結集した印象的な業績でした。2回目の観測により、私たちはまさに重力波天文学の時代に到達したのです。