理論物理学者は、アルバート アインシュタインの重力理論、つまり一般相対性理論をテストする新しい方法にたどり着きました。おそらく、遠く離れた宇宙で、小さくて検出が難しい物体を調べます。重力波 (ブラック ホールなどの巨大な物体が渦を巻いて衝突するときに発生する空間の波紋) は、他の巨大な物体で跳ね返り、地球に直接到達する信号のエコーを生成するはずである、と理論家は予測しています。このような「重力のきらめき」は、白色矮星、中性子星、および銀河の外では見るのが難しいその他の恒星の死体を検出するための一種のレーダーとして機能する可能性があります。
一般相対性理論が正しければ、反響はあるレベルで存在しなければならない、とケース ウェスタン リザーブ大学の理論物理学者で論文の筆頭著者である Craig Copi は言う。それでも、彼は「それが観測可能であることを保証するものではありません」と警告します。
一般相対性理論によれば、恒星や惑星などの巨大な物体は時空をゆがめ、重力と呼ばれる効果を生み出します。一対のブラック ホールなどの 2 つの巨大な物体が一緒に渦を巻くと、衝突によってあらゆる方向に重力波が放射されるはずです。
2015 年以来、科学者たちは、ルイジアナ州とワシントン州にあるレーザー干渉重力波天文台 (LIGO) の 2 つと近くの乙女座検出器など、干渉計と呼ばれる巨大な L 字型の光学機器を使用して、これらの信じられないほど微弱な波を検出することができました。ピサ、イタリア。一緒に、検出器は数十のつかの間の重力波信号を観測しましたが、そのほとんどは 2 つのブラック ホールの合体によるものです。
しかし、場合によっては、そのような信号には、数分の一秒後に来るかなりのエコーが伴うはずであると、Case Western の理論家である Copi と Glenn Starkman は予測しています。彼らは、白色矮星や中性子星などのコンパクトな天体が、合体するブラック ホールの視線上ではなく、その近くにあると考えています。彼らは、一般相対性理論を使用して、物体から散乱する重力波が発生源から直接来る信号を再現できると計算し、今週 Physical Review Letters で報告しています。 .
物理は微妙です。波は物体の物質から散乱するのではなく、物体の重力場から散乱します。理論家たちは以前、ブラック ホールのような非常に小さな点のような物体からの散乱は、非常に弱い散乱しか生じないと計算していました。これはおそらく、点源の場の特定の数学的性質によるものであり、その強度は点までの距離の 2 乗に反比例することで有名です。
点の代わりに、Copi と Starkman はボウリング ボールのような密度の高い球体からの散乱を分析しました。彼らは、検出するには小さすぎるエコーも生成すると予想していました。 「私たちが発見した衝撃的なことは、そうではないということです」とコピは言います。この効果の鍵は、球内で、重力場が点源の形から変更されることです、と彼は説明します.
他の種類のエコーが発生する可能性があります。一部の物理学者は、一般相対性理論が量子力学によって特定の方法で変更された場合、2 つのブラック ホールの合体からの信号の末尾がパルスの反響を示すはずであると計算しました。しかし、その効果には新しい物理学が必要であり、一連の不完全なエコーが生成されます。ケニオン カレッジの重力波物理学者である Madeline Wade は、重力の輝きが信号全体の 1 つの忠実なエコーを生成すると指摘しています。 「このような予測は聞いたことがありません。[エコー] は、信号のコピーと貼り付けのようなもので、時間の遅れがあります。」
モンタナ州立大学の重力波天文学者であるニール・コーニッシュは、複数の信号を生成する標準的な方法がもう 1 つあります。高密度の物体が重力波の発生源への視線に正確に沿って位置している場合、レンズのように機能して、イベントの複数の「画像」を生成できます。しかし、彼は、そのようなレンズ現象が見られる可能性ははるかに低いはずだと言います.
中性子星、白色矮星、およびその他のコンパクトなオブジェクトの名目上の人口を仮定すると、元の信号の 3 分の 1 のサイズのエコーが、225 回の重力波イベントごとに約 1 回発生するはずである、と Copi と Starkman は推定しています。そのため、LIGO と Virgo がすでに発見した 90 のイベントには、1 つまたは 2 つの大きなエコーが隠れている可能性があると、LIGO のメンバーでケニオンの重力波物理学者である Leslie Wade は述べています。それで、ウェード人は彼らのためにトロールする準備をしています。 「これらのものを探すためのコストは小さいですが、勝利は大きいです」とレスリー・ウェイドは言います。
同じく LIGO のメンバーであるコーニッシュ氏は、改良を続ける検出器によって、今後 10 年間で何千ものイベントが検出されるはずであると述べています。 1 つまたは 2 つのきらめきを見つけるだけで、科学者は中性子星や白色矮星などのコンパクトな天体が銀河系のはるか彼方にいくつ存在するかを大まかに見積もることができます。 「それは盲人がゾウを感じているようなものです」とコーニッシュは言います。 「ここでは非常に鋭いプローブのようにはなりませんが、そうでなければ得られない情報が得られるでしょう。」
