初の重力波トリプル検出!|ノーベル賞は「重力波発見」か?かぐらKAGRA,Virgo,LIGOの由来も

アインシュタインが約100年前に存在を予言した「重力波」

重力波の初観測は2年前の米国で
今回が4回目にあたります。

朝日新聞によると、

28日、イタリアなどの国際共同研究チームが
初の重力波の観測に成功したと発表したとのことです。

ヨーロッパで観測されたのは初めてとなります。

今回の発表では、
米国2カ所にある観測施設「LIGO(ライゴ)」に加え、
イタリアにある観測施設「Virgo(ヴィルゴ)」
3カ所同時のトリプル検出に成功、ということです。

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そもそも、重力波とは?

引用:http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/plan/aboutu-gw

 アインシュタインの一般相対性理論によれば、質量をもった物体が存在すると、それだけで時空にゆがみができます。さらにその物体が(軸対称ではない)運動をすると、 この時空のゆがみが光速で伝わっていきます。これが重力波です。重力波はすべてを貫通し、減衰しないと考えられています。

引用:http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/plan/aboutu-gw

今回の重力波の観測が意味するものは?

今回の観測は8月14日で、分析が進められてきました。

2015年に初めて重力波をとらえた
米国2カ所にある観測施設「LIGO(ライゴ)」に加え、
イタリアにある観測施設「Virgo(ヴィルゴ)」
3カ所同時に観測されました。

地球から18億光年離れた場所で
太陽の31倍と25倍の重さの二つのブラックホールが、
互いの周囲を回りながら合体して発生したとみられています。

ということは、18億年前に合体した二つのブラックホールが存在し、
合体時のすさまじい衝突によって放射された重力波が18億年かかって
私たちの銀河系、太陽系、地球に到達し、
時空のさざ波を立てて検出されたのですね。

想像の翼を広げて思いを馳せるだけで壮大なロマンを感じます。

重力波の観測、検出に
研究者の方々が狂喜乱舞するのも至極当然ですね

 観測施設「Virgo」


引用:Wikipedia

フランス、イタリアなど欧州の20カ国が参加して
イタリアのピサ近郊に設置された「Virgo」は、
長さ3キロのパイプをL字型に直交させ、
内部に通したレーザー光を使って重力波ととらえる巨大な装置です。

観測開始からわずか2週間後に重力波をとらえることに成功しました。

G7科学大臣会合が開かれている
イタリア・トリノで会見した共同研究チームは

LIGOの2カ所と欧州の計3カ所で同時に観測できたことで、
発生源を精度良く分析できた」

と説明しました。

ちなみに、LIGO(ライゴ)が
英語: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)の略に対し、

「Virgo」とはおとめ座という意味ですよね。

どういった由来なのでしょう? 気になります。

アメリカの実用的な名前に対し、

イタリアのロマンチックな名前。

お国柄でしょうか?

対照的でおもしろいです。

重力波の発生源について

 重力波は質量を持った物体が加速度運動することで放射されます。しかし観測できるほどの大きな振幅の重力波を発生させるには、高密度で非常に大きな質量の物体が加速度運動する必要があります。したがって重力波の発生源としては以下のような天体運動、天体現象が挙げられます。
  • コンパクト連星(中性子星やブラックホール、白色矮星など)の公転
  • コンパクト連星の衝突合体
  • 中性子星の自転
  • 初期宇宙からの重力波
  • 超新星爆発
引用:国立天文台
これらの波形を観測することで、
一般相対論の検証をするとともに
天文学に貢献することができるそうです。
今回の観測の発生源は、
「地球から18億光年離れた場所で
太陽の31倍と25倍の重さの二つのブラックホールが、
互いの周囲を回りながら合体して発生したとみられている」
とのことなので
コンパクト連星の衝突合体」
という天体運動、天体現象でしょうか。

日本での観測はいつから?

日本でも東大宇宙線研究所などのグループが、
岐阜県・神岡鉱山の観測施設「KAGRA(かぐら)」
の運用を計画しています。

2019年度に観測態勢が整う予定だそうです。

重力波の発生方向、発生源を厳密に知り、
精度の高い分析を進めるには
地球上の少なくとも3地点、できれば4地点
同時に観測する必要があるとされています。

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プロジェクトリーダーであり、
東大宇宙線研究所所長の梶田隆章氏は

「Virgoの参加で重力波の発生方向が今まで以上に精度よく決まった。
KAGRAも国際的に大きな役割が期待できる」

とコメントしています。

KAGRA(かぐら)の名前の由来は?

設置場所である岐阜県の神岡鉱山の「KA」と
重力波(Gravitational Wave)の「GRA」をあわせて
命名されたそうです。

重力波を捕らえる意義

引用:http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/plan/history

人類は、太古よりつい最近まで可視光でしか自然を観察できませんでした。しかし19世紀に入って電波やX線が発見されると、遠くに一瞬で情報を伝えたり、人体や物質の中の様子が観察できるようになりました。そのため今まで全く未知だった世界への扉が開かれ、人類の知識の増大・世界観の変化に大きく役立ちました。 その後も赤外線・紫外線やガンマ線など、次々と新しい「観測手段」が発見されるごとに、未知なる世界が人類に解き放たれています。これらはすべて「波動現象」を利用した情報伝達による自然観察と言うことができます。従って電磁波と同じ「波動現象」である「重力波」も、この歴史にならって新しい観測手段となり人類に未知なる世界を垣間見ることを可能にするであろうと期待されるのです。

ここで大事なことは、「重力波」は「波動現象」ですが、人類が今まで発見し道具としてきた「電磁波」の仲間とは大きく異なる特徴を持つという点です。その名が示すとおり、重力波は「重力」を発生する起源である「質量」が運動することで発生します。

その「質量」というものは、「時空」の構造という物理学の一大テーマを決定するために非常に重要な要素です。このことが「重力波」を使った自然の観察が、「電磁波」の仲間を使った観察と根本的に異なる世界(それがなんだかわからないところがもどかしいですが)を切り開くという期待をより一層高める要因ともなっています。

科学者たちが期待しているものは、

  • アインシュタインの一般相対性理論の検証
  • 宇宙誕生のより初期の情報の取得、および宇宙重力波背景放射の検出
  • 非常に強い重力場での物理現象の観察

などです。

引用:http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/plan/aboutu-gw

つまり、

重力波はブラックホールなど未知の天体の実像に迫る切り札とされており、
その研究は、新たな天文学の道を拓くと期待されているのですね。

そういった経緯を知ると、
重力波の初観測に貢献した米国の研究者

10月3日に発表される今年のノーベル物理学賞
最有力候補とされていることもまた納得です。

2017年ノーベル物理学賞最有力候補


Photo by Jon Rou

左: キップ・ソーン(Kip S. Thorne)博士(1940年生まれ)
カリフォルニア工科大学 名誉教授。
重力の理論をはじめとした相対論的宇宙論に貢献。

右:レイナー・ワイス(Rainer Weiss)博士(1932年生まれ)
マサチューセッツ工科大学 名誉教授。
レーザー干渉計によって重力波を検出する方法を提案。

実は、もうお一方候補に挙げるべき方がいらっしゃいます。

干渉計に用いるレーザーの安定化技術に貢献された
英国の物理学者、ロナルド・ドレーバーさんです。

2015年に世界で初めて重力波を観測した国際研究チームの創始者の一人であり
「LIGO(ライゴ)」の技術に貢献し、
キップ・ソーン博士、レイナー・ワイス博士お二人とともに
ノーベル物理学賞の受賞が確実視されていました。

けれども、受賞を待たずして大変残念なことに今年の3月に永眠されました。

ここに謹んでご冥福をお祈りするとともに
きっと受賞の報告を楽しみにされている、そんな気がします。

いよいよその日も近づいてまいりました。

10月3日の発表が待ち遠しいですね。

日本人は4年連続受賞なるか!?

そちらも楽しみですね!

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