今年の科学における最大の発見である、重力波と呼ばれる時空の波紋の観測は、まぐれではありませんでした。レーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) の 2 つの巨大な検出器を使って作業している物理学者が、そのような波のパルスを検出したと、LIGO チームは 6 月 15 日にサンディエゴで開催されたアメリカ天文学会の会議で報告しました。カリフォルニア。 2 つのブラック ホールの合体から再び波が発生しました。これは、大質量の星が無限の点に崩壊したときに残された超強力な重力場です。新しい観察結果は、微調整の後、LIGO は、他の方法では検出できないイベントを毎年数十または数百も発見することを示唆しています。
ルイジアナ州立大学バトン ルージュ校の物理学者であり、1000 人のメンバーからなる LIGO Scientific Collaboration の議長を務める Gabriela González 氏は、次のように述べています。 「完全に納得するには、もう 1 つ必要です。これで終わりです。」メリーランド大学カレッジパーク校の天体物理学者で、共同研究のメンバーではない Cole Miller は、この新しい発見は、LIGO が「真に宇宙への新しい窓」であることを示していると述べています。天体物理学者による恒星質量ブラック ホールのカタログは、「LIGO によって圧倒的に増加するだろう」と彼は言います。
新しい観測は、2015 年 12 月 26 日の協定世界時 3 時 38 分 53 秒に行われました。これはクリスマスの夜遅く、ルイジアナ州リビングストンとワシントン州ハンフォードにある LIGO の検出器で行われました。最初のイベントと同様に、検出器は、アインシュタインの一般相対性理論によると、激しい運動をしている巨大な物体の信号である時空の振動伸縮を感知しました。コンピュータモデリングは、その源が約14億光年離れた2つのブラックホールが一緒に渦巻いていることを示しました. (LIGO の研究者は、2015 年 10 月 12 日に、3 回目のブラック ホールの合体である可能性がある弱い信号を確認しました。)
2015 年 9 月に記録され、2 月に世界に公開された LIGO の最初の信号は、太陽の 36 倍と 29 倍の質量を持つ、驚くほど重いブラック ホールから発せられました。それはわずか 0.2 秒続き、物理学者は衝突前のブラック ホールのらせん運動の最後の 10 サイクルだけを垣間見ただけでした。 Physical Review Letters に掲載された論文で LIGO の物理学者が説明しているように、2015 年 12 月の目撃には、太陽の 14 倍と 7.5 倍の重さの小さなブラック ホールが含まれていました。物理学者は、1 秒間に 55 サイクルの死のスパイラルを目撃しました。
最初の観察は謎のままです。これらの 2 つのブラック ホールは、それらに渦巻く高温ガスによって放出された X 線から特定された、比較的近くにある恒星質量ブラック ホールの 2 倍の質量を持っていました。天体物理学者は、このような巨大なブラック ホールがどのように形成されたかを知りません。ウィスコンシン大学マディソン校の天体物理学者である Sebastian Heinz は、新しいイベントのブラック ホールは「はるかにさまざまな種類のものです」と述べています。
それにもかかわらず、最新のイベントは新しい洞察をもたらします。たとえば、物理学者は、ブラック ホールの 1 つが、一般相対性理論で許容される最大回転速度の約 20% で熱狂的に回転していることを突き止めました。また、新しいイベントにはより多くのサイクルが含まれているため、最初のイベントよりも幾分厳密に一般相対性理論の予測をテストします、とゴンザレスは言います。 (アインシュタインの理論はテストに合格しました。)
最も重要なことは、2 番目の観察結果は、今後 LIGO がブラック ホールの合体を大量に収穫できることを示していることです。 2010 年から 2015 年にかけて再構築された新しい LIGO 検出器は、まだ設計感度に達していません。もしそうなら、彼らは 1 日に最大 1 つのブラック ホールの合体を見るはずだ、と推定するのは、イギリスのカーディフ大学の重力波天体物理学者で LIGO チームのメンバーである Stephen Fairhurst です。得られたサンプルは、ブラック ホール連星の神秘的な進化を明らかにするはずであり、ブラック ホールに変化する星のペアとして始まったのか、それとも独立して形成され、最終的にお互いを見つけるブラック ホールとして始まったのかを示している.
設計感度 (現在よりも 2.5 倍優れている) に到達することは、現在、機器が低周波数で「謎のノイズ」に悩まされているため、課題です。パサデナにあるカリフォルニア工科大学の LIGO のエグゼクティブ ディレクターである David Reitze は、物理学者が 2019 年までにノイズを除去し、設計感度に達することができると慎重ながらも楽観的であると述べています。私たちもそうしないとは言いません」と彼は言います.
物理学者は、最終的に LIGO が他の種類の宇宙衝突からの波を検出することを望んでいます。たとえば、中性子星を含む合体は、太陽の 1.5 倍から 3 倍の質量を持つ本質的に巨大な原子核であるこれらの天体の神秘的な物理学を解明するでしょう。 LIGO の物理学者はそのような信号のデータを調べていますが、現在の感度ではそれらを見つけるのは難しいとゴンザレスは言います。
LIGO の次の大きな波は 2017 年に来る可能性が高いです。検出器はチューンアップ後に再起動され、この秋に 2 回目のデータ実行が開始される予定です。また、改良された VIRGO 検出器 (イタリアのピサ近くの干渉計) も加わる必要があります。これは、空のソースを特定し、それらの距離を測定するのに役立ちます。 LIGO にはさらに多くのサプライズが用意されている可能性があり、Heinz 氏は次のように述べています。