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LIGOとVirgoにとって、忙しい数週間でした。 2 つの干渉計天文台は 4 回目の重力波の検出を発表しただけでなく、研究者の 3 人がその努力によりノーベル物理学賞を受賞しました。
今回、ワシントンでの記者会見を通じて、LIGO（レーザー干渉計重力波天文台）とVirgoのチームは、70の組織の研究者とともに、新たな重力波源と天体の形での最新の「前例のない発見」を発表した。 「キロノバ」と呼ばれる、2 つの中性子星の衝突による宇宙爆発です。
キロノバは、2017 年 8 月 17 日に検出された重力波のバーストを使用して発見されました。カリフォルニアとイタリアの LIGO と乙女座天文台による検出後、天文学者は可能性のある発生源に望遠鏡を向け始め、NGC4993 と呼ばれる近くの銀河でこの天体を発見しました。地球から数百万光年。
中性子星の衝突後に重力波が検出されたのはこれが初めてであり、ビッグバン理論、宇宙、さらには重力についての私たちの理解に比類のない洞察を与えてくれます。
「天文学者にとってこれほど興奮することはありません」とポーツマス大学宇宙重力研究所（ICG）所長でダークエネルギー調査（DES）のメンバーであるボブ・ニコル氏は語った。 「日没に、DES チームは新しい発生源を求めて重力波の位置をスキャンする準備を整えていました。」
ダーク エネルギー サーベイ (DES) は、数億の銀河の地図を作成し、超新星を検出し、宇宙の膨張を引き起こしていると言われている謎のダーク エネルギーを発見する国際的な取り組みです。
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(出典: 「中性子星の合体とそれが生成する重力波」、NASA ゴダード宇宙飛行センター)
アインシュタインの一般相対性理論によれば、重力は宇宙の膨張の減速につながるはずです。しかし、1998 年に天文学者らは、宇宙の膨張がむしろ加速していることを発見しました。考えられる説明は 2 つあります。宇宙の 70% が「エキゾチックな形」で存在しており、その重力が目に見える物体にどのような影響を与えるかによって確認できるダーク エネルギーと呼ばれるか、一般相対性理論が間違っており、代替法に置き換える必要があるかのどちらかです。新しい重力理論。
中性子星とキロノバ
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重力波が新たな発生源、すなわち中性子星によって検出されたという噂は、先月の発表に先立って広まり始めた。
中性子星は、巨大な星（太陽質量 10 ～ 29 個）の核が崩壊し、質量の陽子と電子が融合して中性子を形成するときに生成されます。ブラックホールの衝突によって生じる重力波とは異なり、中性子星の合体によって可視光が生成され、科学者に前例のない観測能力が与えられます。
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キロノバは中性子星の合体であると長年理論化されてきたが、そのような現象が観測されたのは今回が初めてである。
検出直後、天文学者らはガンマ線から電波に至る電磁スペクトル全体にわたってキロノバ現象を研究した。重力波源は GW170817 と名付けられ、光源は Swope Supernova Survey 2017a (SSS17a) と名付けられました。 1週間以内に、この源は退色し、可視光では見えなくなりましたが、それが見えていた間、天文学者はこの現象に関するデータの宝庫を収集することができました。 ICGの研究者クリス・フローマイヤーは、カリフォルニア工科大学とバークレーが率いるチームの一員で、このキロノバの速度と光曲線、特に局所宇宙でどれだけの数が予想されるか、そして爆発が時間の経過とともにどのように変化したかを知りたいと考えていた。
本日サイエンス誌に掲載された彼らの研究は、長年の問題に対する予期せぬ解決策につながりました。キロノバエは宇宙の重元素の半分の供給源である可能性があります。これらの調査結果については合計 7 つの論文が発表されています。
宇宙に欠けている元素を探す
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2 つの中性子星の激しい合体には、この図に示す 3 つの主要なエネルギー伝達プロセスが関与すると考えられています。
周期表の鉄までの化学元素が、ビッグバン、星の核、または超新星爆発のいずれかで生成されることは十分に確立されています。しかし、金、プラチナ、ウランなど、鉄より重い元素の半分の起源は謎のままです。
「チームの誰かは、予想されるキロノバ現象の発生率と、爆発ごとのウラン、金、プラチナなどの重元素の収量を掛け合わせると、かなり大きな数値が得られ、基本的にはそのような元素の存在量の半分を説明するのに十分であると指摘しました。」宇宙の中で」とフローマイヤー氏は説明した。
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カリフォルニア大学サンタクルーズ校のチームは、銀河 N4993 の新しい画像 (右) と 4 か月前にハッブル宇宙望遠鏡によって撮影された画像 (左) を比較することにより、SSS17a を発見しました。矢印は、SSS17a がハッブル画像には存在せず、スウォープ望遠鏡からの新しい画像で見える場所を示しています。
「それは、まさに夢のような瞬間の一つです」とフローマイヤー氏は付け加えた。 「天文学のこれほど異なる分野がひとつに集まるのは素晴らしいことです。私はキロノバの速度を研究し始め、宇宙の金の半分を発見しました。」
キロノバの発見と、重力波が天文学者をそのような出来事に導く可能性があるという事実は、宇宙に対する新しい窓を開きます。 LIGO+Virgo と他の望遠鏡の観測力を組み合わせることで、天文学者はさらなる奇妙な現象を発見し、宇宙に残された謎を解明することができるでしょう。
「記者会見は、LIGO、Virgo、および世界中のパートナーからの最新の発見の概要から始まり、続いて、宇宙の極端な現象を研究するためにLIGOとVirgoの協力と連携している望遠鏡の詳細が続きました。パネルディスカッションで講演した人の中には、LIGOのエグゼクティブディレクターであるデビッド・ライツェ氏、NASAゴダード宇宙飛行センターのフェルミプロジェクト科学者であるジュリー・マッケナリー氏、そしてヴァーゴ・コラボレーションの広報担当者であるジョー・ヴァン・デン・ブランド氏が含まれていた。
重力波とは何ですか?
重力波は、重力相互作用があるときはいつでも無限小スケールで発生しますが、最も検出しやすいのは、宇宙で爆発的な衝突が起こったときです。これまで、これは主にブラックホールが衝突するときに見られました。波は本質的に時空における大規模な波紋であり、宇宙を認識する全く異なる方法を私たちに提供します。
それらは 1905 年にアルバート アインシュタインによって初めて予測され、1 年後に発表された彼の特殊相対性理論と一般相対性理論の一部を形成しました。この理論は、物体が空間と時間でどのように動作するかを説明するために使用され、ブラック ホールの存在、重力レンズ、さらには水星の軌道の予測にも使用されてきました。
重力波に関して言えば、アインシュタインの理論は、宇宙の「最も強力なプロセス」が時空の曲率に波紋を生み出し、それを生み出した源から外側に伝わり、これらの波紋が一定の速度で宇宙全体を移動すると主張している。光の。
重力波が最初に検出されたのはいつですか?
重力波は、2015 年 9 月に LIGO によって分析されたデータで初めて発見されました。これらの宇宙の波紋は、13億年前に2つのブラックホールが衝突したときに生じました。その後、LIGO と協力している研究者らがこれらの重力波を発見したことを確認するまでに 6 か月かかり、2016 年 2 月に画期的な発表がなされました。同年 6 月に 2 番目の波が確認されました。
最初の波は、太陽の質量の 36 倍と 29 倍の 2 つのブラック ホールが衝突して、太陽の 21 倍の質量の回転ブラック ホールを形成した結果でした。 2番目の波は、今度は太陽の8倍と14倍の質量を持つ2つのブラックホールが衝突したときに発生しました。
これらの最初の発見以来、科学者たちはさらに 2 つの重力波現象を検出しましたが、どちらも同様にブラック ホールの衝突によって引き起こされました。
ライゴとは何ですか？
2015 年の検出とその後の 2016 年の論文には、MIT やカリフォルニア工科大学を含む 15 か国の 90 以上の機関が参加し、LIGO データを扱っており、その干渉計は米国のワシントンとルイジアナの 2 つのサイトに分散されています。
LIGO は本質的に大規模な物理実験であり、天体物理学者が集まって重力波を監視および観察します。このプロジェクトは国家科学基金 (NSF) から資金提供を受けており、同機関が資金提供する最大規模かつ最も野心的なプロジェクトとして知られています。
2015 年 10 月に最初の検出が行われた直後に開始された Advanced LIGO プロジェクトは、長さ 4.5 km の 2 本の「アーム」を備えた干渉計を備えています。レーザービームはこれらのアームを通過し、両端のミラーに当たります。これらのビームがこれらの腕に沿って移動する方法の変化は、重力波の存在を示唆するパターンを生成しますが、これらのパターンの変化は、さまざまな種類の重力波源を示唆する可能性があります。
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最近の 4 回目の検出 (先月発表) では、信号は米国の 2 台の先進的な LIGO センサーによって検出され、初めてイタリアのピサ近郊の Virgo 検出器によって検出されました。
Virgo は LIGO ほど感度は高くありませんが、3 つすべてを組み合わせることで精度が 10 倍に向上しました。Virgo は 2003 年に完成しました。長さ 2 マイルのアームを備えた 3 億ユーロの干渉計が特徴で、フランス国立航空局からの資金提供を受けました。科学研究センター (CNRS) とイタリア国立核物理研究所 (INFN)。
LIGO プロジェクトと Virgo プロジェクトの研究者は 2007 年にデータ共有協定に参加し、その後 8 月に Virgo が重力波の探索で LIGO に加わりました。
なぜ気にする必要があるのでしょうか?
昨年の最初の検出に続き、私たちは重力波について興奮すべき 6 つの理由のリストをまとめました。そして、本当にそうすべきです。しかし、天体物理学者のケイティ・マックは、この最新の発見の重要性を私たちよりもはるかに簡潔に要約しています。
画像: Murguia-Berthier 他、Science/Hubble/UC Santa Cruz & Carnegie Observatories/Ryan Foley
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謎乃吉男異世界冒険譚＿夜空の迎え１