彼らは予期せぬ起源の新たな重力波を発見する

イタリアの天文学者エレナ・ピアンは、「科学に専念する私たちにとって、新しい時代の始まりを目撃する機会に恵まれる例外的な機会がある」と語る。研究者は、史上5番目の重力波の検出に成功した国際科学者チームのメンバーである。研究者らは、重力波の発生源である2つの中性子星の合体から来る光を初めて観察した。

信号がGW170817と名付けられた重力波は、2017 年 8 月 17 日 12:41:04 にAdvanced LIGO (米国) とVIRGO (イタリア) の天文台によって同時に検出されました。 2秒後、 NASAのフェルミ衛星と欧州宇宙機関のINTEGRAL研究所は、空の同じ領域でガンマ線の短いバーストを観測した。

地球に最も近い重力波

研究者の推定によると、2つの中性子星の合体は地球から1億3000万光年離れた、うみへび座にあるレンズ状の銀河NGC 4993の非常に近いところで起こった。科学者によって行われた計算によると、これはこれまでに検出された中で最も近い重力波であり、最も近いガンマ線バーストであることが示されています。

ここ数カ月間に聞こえた他の重力波と比較して、両方の出来事が地球から近い距離にあるという事実により、この新しい信号の予期せぬ起源を特定することが可能になりました。その理由は、中性子星の合体によって生成される重力波が、上で検出された 4 つの信号の源であるブラック ホールの衝突によって引き起こされる重力波よりも弱いためです。

この発表は、ジャーナル「 Physical Review Letters」 、 「Nature」および「Astrophysical Journal Letters」の一連の記事を通じて行われ、キロノバに関する予測を裏付けるものとなっています。これらの現象は、2 つの中性子星の合体後に発生する、古典的な新星よりも 1,000 倍明るい強力なバーストです。わずか 30 年ほど前に理論家によって予測されたこの種の爆発は、これまで直接観測されていませんでした。この研究はまた、短命ガンマ線バーストの起源に関する最も強力な証拠を示しています。

中性子星とは

中性子星は非常にコンパクトで巨大な天体であり、非常に速く回転します。巨大な星が燃料を使い果たして崩壊すると、それを構成する物質の光崩壊プロセスが発生し、電子と陽子が結合して中性子とニュートリノが発生します。その結果、中性子星は宇宙に存在する最も密度の高い天体となります。

メキシコ国立自治大学の説明によると、このタイプの天体は「半径 10 km の球体に含まれる太陽質量の数倍の質量を持つ」とのことです。巨大な質量と小さな半径のため、中性子星の表面重力は巨大です。これらの天体には非常に強力な磁場もあり、その高い回転速度と相まって、中性子星が一種の光の標識のように振る舞うという特徴があります。

現在検出されている 5 番目の重力波は、約 100 億年前に死んだ可能性がある2 つの中性子星の合体から生じています。互いに軌道を周回する中性子星は徐々にエネルギーを失い、重力波を放出します。アルバート・アインシュタインの有名な方程式 (E=mc2) で説明されているように、それらが最終的に出会い合体すると、これらの恒星の残骸の質量の一部は重力波の激しい爆発でエネルギーに変換されます。

「ほぼ 30 年前、2 つの中性子星の合体により、ガンマ線、重力波、そしてキロノバの短いバーストが生成されると予測されました。キロノバは超新星に似た現象ですが、そのエネルギーの一部は放射性種の崩壊から得られます。ありがとうございました。」 GW170817 の研究により、このシナリオは確認されました」とアンダルシア天体物理学研究所 (IAA-CSIC) の研究者クリスティーナ トーネ氏は説明します。

「私たちがこれまでに得たデータは、理論に信じられないほど良く適合しています。これは理論家にとっての勝利であり、LIGO-VIRGOの出来事が絶対に現実であることの裏付けであり、キロノバに関する驚くべき一連のデータを集めたESOにとっての成果です。」今日公開された記事の 1 つの主著者であるStefano Covino を強調します。

一方、この研究により、この種の事象と鉄より重い化学元素の生成との関係を確立することができました。科学者たちは、2 つの中性子星の合体後、キロノバによって化学種が光速の 5 分の 1 で分散されたことを発見しました。これらのプロセスは、鉄より重い元素の形成と、非常に高密度の恒星内で起こる核反応、つまりこれまで直接観察されたことのない中性子捕獲プロセスと呼ばれるメカニズムを関連付けています。これまで、超新星がこれらの化学元素の供給源であるかどうかについて議論が行われてきたが、最新の研究では、これらの化学元素の主な製造元が中性子星であることが指摘されている。

ノーベル賞の後に起こる発見

第 5 の重力波の発見は、2017 年のノーベル物理学賞がライナー・ワイス、キップ・ソーン、バリー・バリッシュの研究者に授与された数日後に行われました。 3人の研究者は、数か月前に亡くなったロナルド・ドレバーとともに、これまでに行われたすべての重力波観測に参加してきた天文台であるAdvanced LIGOの設計と開発の中心人物でした。スペイン人のアリシア・シンテスも参加したこの歴史的な結果は、1世紀以上前にアルバート・アインシュタインの一般相対性理論によって仮定された予測を裏付けるものとなった。

重力波について初心者向けに解説

サイエンス誌によると、昨年の最高の科学的進歩として認められた重力波は、時空で発生する非常に弱い波紋です。池に石を投げると、石が落ちると小さな乱れが起こり、水中を伝わる柔らかい波を観察することで検出できます。同じことが宇宙でも起こります。超新星爆発、2 つのブラック ホールの衝突、ビッグバンなどの最もエキゾチックで暴力的な現象のいくつかは、非常にかすかな宇宙のささやきを生成し、アドバンスト天文台のような大規模な天文台のおかげで私たちはそれを聞くことができます。ライゴまたは乙女座。その検出により、今日発表された中性子星とそれに対応する光星の合体など、この種の現象を理解するための新たな窓が宇宙に開かれました。