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重力波を発見！LIGO実験で2つのブラックホールの衝突を観測

重力波を発見！LIGO実験で2つのブラックホールの衝突を観測
ブラックホールの合体
コンピューターシミュレーションは、2つのブラックホールが1つに合体する直前の様子を示しています。(クレジット: SXS)

ワシントン D.C.  – 10年以上の観測を経て、科学者たちは2つのブラックホールが合体して1つの大きなブラックホールになったときに放出された重力波を検出したと発表した。

「皆様、重力波を検出しました。やったぞ！」カリフォルニア工科大学の物理学者で、レーザー干渉計重力波観測所の所長であるデイビッド・ライツェ氏は、本日、ナショナル・プレス・クラブで宣言した。

ライツェ氏はLIGOプロジェクトを「科学的な月面着陸」に例え、「我々は月に着陸した」と付け加えた。

このニュースはワシントンでの記者会見、そしてLIGOの何マイルにも及ぶL字型の検出器の一つがあるワシントン州ハンフォードでの科学者やジャーナリストの集会でも拍手をもって迎えられた。

この検出は、ノーベル賞に値する発見となる可能性が高い。これは、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論における1世紀前の主張、すなわち重力相互作用は時空のさざ波という形でエネルギーを放出するはずであるという主張を、これまでで最も強力に裏付けるものだ。

ルイジアナ州ハンフォードとリビングストンにあるLIGOの検出器は、10年以上にわたり、相互干渉するレーザービームを用いて、これらの波紋の特徴を監視してきました。レーザー検出器は非常に精密に調整されており、陽子の幅の1000分の1にも満たない空間次元の歪みも検出可能です。

昨年、科学者たちはLIGOの機器に改良を加え、感度を劇的に向上させました。「Advanced LIGO」観測キャンペーンは昨年9月に開始され、物理学界では、改良された実験装置が重力波を捉えているという噂がすぐに飛び交い始めました。今日、LIGOの広報担当者であるガブリエラ・ゴンザレス氏は、この数ヶ月にわたる噂話を冗談交じりに語ります。

「事実はとても素晴らしいのに、どうして今になって噂を語れるの？」と彼女は言った。

検出は9月14日、キャンペーンの公式開始のわずか数日前に行われました。「実は、データ取得の準備が整ったと宣言していませんでした」と、LIGOプロジェクトの主任科学者であるカリフォルニア工科大学の物理学者スタン・ウィットコム氏はGeekWireに語りました。

LIGOの初期支持者の一人であるカリフォルニア工科大学の理論物理学者キップ・ソーン氏は、この信号は数年前のLIGO初期キャンペーンで検出するには「かろうじて強度が足りなかった」と述べた。しかし、Advanced LIGOが活動を開始したことで、この信号は一際目立つ存在となった。

「私の反応は『わあ、信じられなかった』でした」とライツェさんは語った。

https://www.youtube.com/watch?v=3xVUmmSFxXU

LIGOデータには、科学チームの検証プロセスをテストするために偽の信号が挿入されることがあります。しかし、今回の場合、信号は「ブラインド挿入」システムが導入される前に入力されました。数週間にわたる分析の後、LIGOや他の重力波研究センターの科学者たちは、重力波信号を明確に検証し、統計的信頼水準の下限値のみを推定することができました。（統計マニアの方のために説明すると、その値は5.1シグマです。）

科学者によると、重力波は地球から約13億光年離れた南天のどこかにある2つのブラックホールの合体によって発生したという。ブラックホールの質量はそれぞれ太陽の約29倍と約36倍だった。合体の過程で、アインシュタインの理論によれば、太陽の約3倍に相当する質量の一部が重力波エネルギーに変換された。

「このような現象が観測されたのは初めてだ」とライツェ氏は語った。

この研究はPhysical Review Letters誌に掲載されている。

この検出は一大事件であるが、それはアインシュタインの重要な主張の一つを裏付けるからだけではない。

重力波観測所は、目に見えないブラックホールを研究し、爆発中の超新星の動きを調査し、重力の仕組みをより深く理解するために、宇宙を「見る」まったく新しい方法を提供します。

映画「インターステラー」の架空のブラックホールをデザインしたキップ・ソーン氏は、LIGOのデータの詳細な分析が物理学者が重力子の探索範囲を絞り込むのに役立つかもしれないと語った。重力子は、重力の力を媒介する役割を果たしていると考えられている、まだ観測されていない粒子である。

科学者たちは、イタリアの改良型EGO-Virgo検出器や日本のKAGRA検出器など、さらに多くの重力波観測所が、さらなる発見をもたらすことを期待しています。そして昨年、欧州宇宙機関（ESA）はLISAパスファインダーと呼ばれるミッションを打ち上げました。これは、最終的には宇宙重力波観測所の基盤を築く可能性があります。

ソーン氏は本日のブリーフィングを締めくくり、LIGOの探究における大局的な視点を提示しました。現代の歴史家がルネサンスが芸術、建築、音楽に与えた影響を称賛するのと同様に、未来の歴史家も現代を人類の宇宙理解への貢献として称賛するだろう、と彼は述べました。

「LIGOはその大きな部分を占めています」とソーン氏は述べた。「私たちは、子孫に文化として残したものを誇りに思うべきだと思います。」

Physical Review Letters誌に掲載された「連星ブラックホール合体による重力波の観測」と題された論文には、LIGO科学共同研究グループとVirgo共同研究グループの1,000名を超える研究者が共著者として名を連ねています。アルファベット順で見ると、最初の著者はBP Abbott氏です。

このレポートには、GeekWire 寄稿者の John Stang からの情報が含まれています。