重力波について初心者向けに解説

2016 年 2 月 11 日、科学界は歴史を作りました。 **Advanced LIGO 天文台は初めて重力波からの信号を検出することに成功しました**。 3か月後、研究者らは2回目のブラックホールの衝突から重力波を測定することに成功した。この発見は何を意味するのでしょうか？重力波はどのように定義できるのでしょうか?なぜ気にする必要があるのでしょうか?初心者向けに重力波の概念を説明するための 4 つの鍵:

重力波とは何ですか?

池に石を投げたと想像してください。落下する場所では小さな乱れが発生しますが、それは水面を穏やかに伝播する波を観察することで簡単に特定できます。

同様のことが重力波でも起こります。ビッグバン、超新星爆発、2 つのブラック ホールの衝突など、宇宙で最もエキゾチックで暴力的な出来事も、宇宙を希薄に伝播する波を生成します。このため、重力波は、これらの爆発的で未知のイベントの一部を聞くことを可能にする「エコー」とも説明されています。

その存在を提案したのは誰ですか?

アルバート・アインシュタインは、 1916 年に一般相対性理論を開発した際に、重力波の存在も提案しました。しかし、彼は重力放射線について語った最初の科学者ではありませんでした。 UCM の理論物理学 I 教授であるアントニオ・ロペス・マロト博士が私たちに説明しているように、アンリ・ポアンカレはすでに 1908 年に「重力場自体からの放射線の放出により惑星軌道はエネルギーを失うはずである」と提案していました。 1776 年のピエール＝シモン・ラプラスでさえ、同様のアイデアをすでに検討していました。

アインシュタイン自身も重力波の検出の難しさを認識していました。 1936年、物理学者はネイサン・ローゼン*とともに「重力波は存在するのか?」というタイトルの論文をフィジカル・レビュー誌に送り、そこで逆説的に否定的な結論に達した。この記事には重大な誤りが含まれていたため、編集者によって拒否されたようです。それ以来、重力波の直接探索は物理学の大きな課題の 1 つとなっています。

なぜ気にする必要があるのでしょうか？

バレアレス諸島大学の研究者であるアリシア・シンテス博士の言葉を借りれば、重力波は「知識への新たな窓を開く」可能性があります。それが検出されれば、宇宙で最も暴力的で爆発的な現象について、より多くの情報が得られるでしょう。たとえば、超大質量ブラックホールがどのように形成されたのか、そして銀河の誕生との関係を知ることができます。

言い換えれば、宇宙を伝播する微弱な波を「聞く」ことができれば、その波を引き起こした擾乱についてさらに詳しく知ることができるということです。池に喩えて言えば、水面の波を見ることができれば、石が落ちた場所や、投げられたときの大きさや勢いなどをより詳しく知ることができるでしょう。

波はどこでどのように検出されるのでしょうか?

1973 年、科学者のラッセル A. ハルスとジョセフ H. テイラーは、お互いの周りを「踊る」一対の星である連星パルサーを発見しました。しかし、旋回するたびにエネルギーが徐々に失われ、周回速度はますます速くなっていきました。この発見は、重力波または「漫画のささやき」が存在することを示す最初の間接的な証拠であり、これが研究者らが 1993 年のノーベル物理学賞を受賞した理由です。

波は「非常にかすかなエコー」なので、それを聞くには「非常に敏感な耳」が必要です。そこで 1997 年に、重力波が存在することを示す最初の直接証拠を見つけることを目的とした LIGO 科学共同研究が開始されました。 2015年9月に活動を再開した先進LIGO検出器は、それ以来、 VIRGO （イタリア）やGEO600 （ドイツ）などの他の天文台と協力して、これらの「宇宙のささやき」の探索に取り組んでいる。昨年末、欧州宇宙機関もその役割を果たすことを目的として **LISA Pathfinder** を立ち上げました。課題は複雑であり、期待は最大です。