物理学者は、2 つの巨大なブラック ホールの合体によって発生する重力波 (宇宙そのものの波紋) を 4 回目に発見しました。しかし今回は、米国の2つの検出器だけでなく、ヨーロッパの3番目の検出器であるイタリアのピサ近くの乙女座検出器でも波を検出しました. 3 方向検出により、研究者は以前より 10 倍高い精度で空のブラック ホールの位置を突き止め、新しい方法で重力波の分極を調べることができました。この結果はまた、2 年前に行われた重力波の大ヒット発見を独自に裏付けています。
「おとめ座はゲームに参加しており、それは非常に重要です」と、ゲインズビルにあるフロリダ大学の重力理論家 Clifford Will は言いますが、彼はこの研究には関与していません。
重力波は、アルバート アインシュタインの重力理論、一般相対性理論の壮大な予測です。アインシュタインは、巨大な物体が空間と時間をゆがめるために重力が発生すると説明しました。これらの物体がバーベルをくるくる回すようにお互いの周りを回転すると、光速で広がる時空に波紋または重力波を生成するはずであると彼は予測しました。
その予測は 2015 年 9 月に実現しました。レーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) で作業している物理学者は、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 2 つの機器を持ち、ブラック ホールからの重力波のバーストを 29 回と 36 回発見しました。 13 億光年離れた場所で互いにらせん状に衝突した太陽と同じくらい巨大です。それ以来、1000 人のメンバーからなる LIGO チームは、干渉計と呼ばれる非常に感度の高い L 字型の光学機器を使用して、他の 2 つのブラック ホールの合体を発見しました。干渉計は、レーザーとミラーを使用して、空間の 1 方向への伸縮と垂直方向への伸縮を比較します。 LIGO は、1999 年に 4 キロメートルの長さのアームを備えた 2 つの干渉計を完成させました。
しかし、重力波を探しているのは LIGO だけではありません。 2003 年、ヨーロッパの物理学者は、フランスの国立研究機関 CNRS とイタリアの国立核物理学研究所 (INFN) から資金提供を受けて、長さ 3 キロメートルのアームを持つ 3 億ユーロの干渉計である乙女座の建設を完了しました。 2007 年、LIGO と Virgo の研究者はデータ共有契約に署名し、8 月 1 日、5 年間の 2,400 万ユーロのアップグレードの後、Virgo は重力波の探索で LIGO に復帰しました。
おとめ座が科学的な金を手に入れるのに、それほど時間はかかりませんでした。 8 月 14 日午後 12 時 30 分 43 秒。イタリアでは、2 つの LIGO 検出器のシステムと同様に、検出器の自動トリガー システムが刺激的な震えを感知しました。 「実行開始からわずか 2 週間後にイベントが開催されたことは、本当に大きな驚きです」と、Virgo チームのメンバーであり、フランスのアヌシー素粒子物理学研究所の物理学者である Benoit Mours は言います。その後の分析により、信号がブラック ホールの合体によるものであることが示されました。おとめ座の研究者は、本日、イタリアのトリノで行われた記者会見で発表しました。
この観察結果は、ほんの数か月前まで機械の技術的な問題に対処していた約 280 人の乙女座の科学者を安心させるはずです。 「トンネルの終わりに光を見なければならないので、実験者にとっては途方もないことです」と、特定の技術的問題に取り組んだローマの物理学者であり、ローマのINFNのVirgoチームメンバーであるEttore Majoranaは言います. 8 月 25 日に終了した観測実行中、乙女座は LIGO の 4 分の 1 から 2 分の 1 の感度で実行されたと Mours は言います。
新しいブラック ホールの合体は、LIGO によって最初に見られたものと似ています。その中には、太陽の 25 倍と 31 倍の質量を持つブラック ホールが、18 億光年離れた銀河の中で螺旋状に渦を巻いています。ミリ秒単位で異なる3つの検出器すべてに信号が到着するタイミングを計ることにより、研究者はブラックホールの合体が南半球の60平方度の空のパッチ内のどこかで発生したと判断することができました.これは空の大きな塊です — 満月は 0.2 平方度しかカバーしていません — しかし、LIGO 検出器だけで決定できた範囲よりも 10 分の 1 小さい領域です。
このようなポインティング機能は、重力波のパルスに伴う閃光を見つけるのに重要であることが証明される可能性があります。ブラック ホールの合体からはそのような閃光は予想されませんが、2 つの中性子星の合体では予想されます。先月、天文学者が特定の銀河でいくつかの異なる望遠鏡を訓練した後、そのようなケースが発生したという噂が渦巻いています.
新しい観測では、重力波自体の重要な特性である偏光もテストされます。一般相対性理論によれば、光波は電磁場の揺れ方に応じて水平または垂直に偏光することができるのと同じように、重力波は2つの方法で偏光することができます. 1 つの方法では、対向する重力波が空間を垂直方向に圧縮し、水平方向に引き伸ばすことができ、その逆のサイクルが繰り返されます。 2 番目の方法は、そのパターンを 45° 傾けることです。
しかし、もしアインシュタインが間違っていて、一般相対性理論が間違っていたとしたら、原則として、重力波は他の 4 つの分極パターンを伴う可能性があるとウィルは言います。 「他の 4 つのいずれかが見られると、一般相対性理論が失われます」と彼は言います。 3 つの検出器からのデータを使用して、物理学者は 4 つの許容できない方法のうちの 3 つで分極の証拠を見つけられなかった、と Will は言います。したがって、一般相対性理論は別の日に戦うために生きています。
おそらく最も重要なことは、最新の結果は、重力波の初期領域が科学者の非常に高い期待に応え続けていることを示している、とウィルは言う. 「自然は私たちを吹き飛ばしました。」
