初検出の重力波の正体は「原始ブラックホール」から?

Posted by moonrainbow on 14.2016 重力波   0 comments   0 trackback
初検出の重力波の正体は「原始ブラックホール」が生み出した?(東京大学

「原始ブラックホール」

2016年2月12日に世界ではじめて観測された「重力波」。アインシュタインが約100年前に予測した理論が観測によって実証されたというロマンあふれるこの現象ですが、新たに東京大学などのグループがこの重力波は「原始ブラックホールが起源ではないか」という仮説を発表しました
 
Physical Review Lettersに掲載された発表によると、初検出された重力波を生み出した連星ブラックホールは、ビッグバンの直後に形成した原始ブラックホールである可能性があるとしています
 
以前には、初観測された重力波が太陽質量の30倍前後のブラックホールの衝突が生み出したことが報告さています。そしてこのブラックホールの由来については、さまざまな議論がありました。今回の報告では、このブラックホールは宇宙の誕生直後に「特に濃い領域が重力崩壊を起こしてできた原始ブラックホール」ではないか、としているのです

原始ブラックホール連星形成の模式図
距離が非常に近い原始ブラックホール対は、お互いの重力が宇宙膨張より勝り、重力束縛状態になる。このとき、遠方のブラックホールによる潮汐力によって離心率の大きい連星が形成される

原始ブラックホールが連星となった理由については、2つの原始ブラックホールに「潮汐力」をおよぼした他の原始ブラックホールの存在が想定されています。このように原始ブラックホールの質量が太陽の30倍程度でかつ暗黒物質への占める割合が小さいと仮定した場合、初観測された重力波のデータと一致することがわかったのです
 
現在重力波の観測は初観測に成功した米国のLIGOだけでなく、日本の重力波望遠鏡「かぐら」や、宇宙重力波望遠鏡「発展型LISA(eLISA)」も稼働を予定しています。いよいよ本格的に始動を始めた重力波天文学ですが、今後もきっと宇宙の始まりの姿を解き明かしてくれることでしょう

Soraeより
2016年8月8日

2例目となる重力波

Posted by moonrainbow on 18.2016 重力波   0 comments   0 trackback
ブラックホール同士の合体で発生した2例目となる重力波を直接検出

重力波

2015年12月26日、レーザー干渉計型重力波検出器「LIGO」が2例目となる重力波の直接検出に成功しました

2015年12月26日に米国のレーザー干渉計型重力波検出器「LIGO」が重力波を検出したことが、2016年6月16日(日本時間)に発表されました。2016年2月の発表(2015年9月の現象)に次ぐ、史上2例目となる重力波の直接検出となります

LIGOは、3000km以上離れた米・ワシントン州ハンフォードとルイジアナ州リビングストンに設置されている双子の重力波検出器です。1例目の初検出の際はデータ中にはっきりとしたピークが見られましたが、今回の重力波はデータ中に埋もれるような微かなものであり、最新のデータ分析技術を用いて重力波であることが確認されました

重力波をとらえることは、その起源である天体や重力の持つ特質についての情報を得る唯一の方法です。今回の現象では、14億光年彼方で太陽質量の7.5倍と14.2倍のブラックホールが光速の半分ほどの速度で合体し、その最後の瞬間に重力波が発生したとみられています。合体後は太陽の20.8倍の質量を持つ自転するブラックホールができ、残りの太陽質量程度のエネルギーが重力波として放射されたのです

「1例目に続いて重力波を検出でき、実際にブラックホールの連星系という種の天体を観測できているといえるでしょう。今後はもっと頻繁に観測されそうです」(米・マサチューセッツ工科大学 Salvatore Vitaleさん)。

今後観測例が増えれば、どのようにしてブラックホールが合体するのかといった疑問の答えが得られるかもしれないのです。もともと連星であった天体のそれぞれがブラックホールになって合体するという説や、ブラックホールが数多く存在する領域で2つのブラックホールが出会って最終的に合体するという説が考えられています。「両シナリオはかなり異なるものですが、実際どちらがより頻繁に起こっているのかを知りたいです」(Vitaleさん)。

この秋には、LIGOをバックアップする全長3kmの重力波干渉計「Virgo(ヴァーゴ)」が伊・ピサで稼働を始めます。Virgoの感度はLIGOを超えることから、初期宇宙の観測にも期待が高まっています

「宇宙がたった38万歳程度のころは、光さえも直進できず雲のように不透明でしたが、重力波はそのような空間さえも通り抜けることができたはずです。重力波こそ、初期宇宙のさまざまな現象を調べる唯一のツールなのです」(Vitaleさん)。

LIGO again detects gravitational waves



2016年6月16日
Astro Artsより

重力波が検出の発表のその後

Posted by moonrainbow on 23.2016 重力波   0 comments   0 trackback
重力波を発生させたブラックホール連星のなぞ(The Conversation)

パンスターズ望遠鏡
パンスターズ望遠鏡のような光学望遠鏡でも、数十億個もの銀河を捜査して重力波を放出しているブラックホールの発見を目指す(CC BY-SA) .

偉大な科学の発見の後には、多くの新たな疑問がつきものです。ブラックホール同士の合体によって生じた重力波が検出されたという発表以降、研究者は今回の重力波の検出が何を意味するのかなど、あれこれ考え始めています。とくに、太陽質量の30倍前後のブラックホールの作られ方が問題です

Two black holes collide
Two black holes collide. University of Glasgow

初めて検出された重力波は、太陽36個分と29個分の質量を持つブラックホール同士の合体によって生じたものとみられています。この質量は重力波の周波数から見積もられた値ですが、こうした質量を持つブラックホールがどうやって作られるのかは、はっきりしていません

ブラックホールは大質量星が超新星爆発を起こした後に誕生しますが、天の川銀河内において、伴星を持つブラックホールのうち最も大質量のブラックホールは太陽の10~20倍の大きさです。宇宙最大の恒星は太陽の約100倍の質量を持って誕生しますが、恒星風によって物質が宇宙空間に吹き飛ばされてしまうため、星の一生の最終段階では質量が太陽質量の10倍程度となってしまいます。つまり、今回レーザー干渉計型重力波検出器「LIGO」が検出したような大質量ブラックホールは形成されないのです。

では、LIGOが検出したブラックホールはどうやって大質量になったのだろうか。その疑問については早くも論説が発表されており、2つの崩壊する大質量星からできたと仮定すれば説明がつきます。この大質量星は、金属(ホウ素より重い元素)がとても少ない小さな銀河にあるはずだと考えられています。金属が少ない星は一生のうちにあまり質量を失わず、質量を多く残して一生を終え大きなブラックホールを形成します

この天体についてもっと多くのことを調べるため、研究者たちは重力波源を様々な波長の電磁波で観測して特定しようとしています。LIGOの観測では「満月2000個分の広さの領域のどこか」としか方向がわかっておらず、しかもブラックホールの合体では相当量の電磁波は生成されないと予測されているため、観測は容易ではないのです

ガンマ線天文衛星「フェルミ」は、LIGOによる重力波検出の0.4秒後から1秒間続いたガンマ線を検出しています。非常に興味深い現象ですが、フェルミもこのガンマ線がどこから発せられたのかはわからないので、重力波とガンマ線との関連は確かなものではないのです。ブラックホール同士が一定の条件で合体するとガンマ線バーストを起こすという理論予測はあるので、両者の関係性をはっきりさせるためにも、高エネルギー現象の観測と重力波信号の検出とを同時に実施することが望まれます

2016年2月19日
Astro Artsより

重力波の直接観測に成功!

Posted by moonrainbow on 12.2016 重力波   2 comments   0 trackback
13億年前のブラックホール衝突の余波検出で観測

two Black Holes
LIGOより

重力波1
アルベルト・アインシュタイン研究所が行ったブラックホール合体のシミュレーション。(Image Credit: Werner Benger / Wikimedia)

アルベルト・アインシュタインが一般相対性理論の中でその存在を予言した重力波(Gravitational Waves )。彼自身、それを直接観測することは無理だろうと言っていたのですが、LIGO(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory)がなんとそれに成功しました

LIGOが2016年2月11日(現地時間)記者会見を行ない、重力波の直接観測成功を正式発表しました。彼らはこの数カ月、昼夜を問わず重力波の存在を示すシグナルの検証を行なってきました。以前、意図的にフェイクのシグナルが仕込まれていたこともあったので、噂はちょろちょろ出回っていたものの、LIGOは発表までに念には念を入れた確認をしてきたものと思われます

LIGOによると、重力波が観測されたのは現地時間2015年9月14日午前5時51分、米国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2台の検出器両方でした。重力波の元となったのは13億年前に起きた超巨大なブラックホールの衝突だそうです。それが起きた時点では、太陽の3倍の質量が一瞬でエネルギーに変換されたと言います

LIGOは2002年から重力波観測に挑んでいましたが、最初の8年間はほとんど成果がありませんでした。そこで彼らは2010年から2015年にかけてアップデートを行ない、去年の秋に検出感度を高めたAdvanced LIGOをデビューさせていました。今回の重力波観測は2015年9月14日ということなので、Advanced版を立ち上げるやいなやすぐに見つけたという感じです。そしてその後の約5カ月間、彼らは検証に検証を重ねてきました

今回発見された重力波の元となったブラックホールの衝突は、それぞれ太陽の29倍と36倍の質量を持つブラックホールによるものでした。LIGOではそのときのエネルギー出力は、目に見える宇宙全体の50倍もあったと推定しています

「今回観測されたことについては、100年前のアインシュタインの一般相対性理論の中で美しく説明されています。これはまた、強重力に関する同理論の最初のテストとなっています」とLIGOでの重力波検出を1980年代に初めて提案したRainer Weiss氏は言います。「今この発見をアインシュタインに報告できたら、どんな顔をするか見てみたいですね」

重力波検出の意義について、専門家からもコメントが来ています。マサチューセッツ工科大学の天体物理学者、Scott Hughes氏は米Gizmodoに対し電話インタビューで「重力波は、通常光のないブラックホールや中性子星といった謎の天体の観測に利用できる」と言っています。つまり、宇宙の観測手段が一気に広がります

Hughes氏はまた「重力波にはリッチな情報がたくさん埋め込まれている」と言い、重力波の波形によって、それを作り出した物体の大きさや動きを推定できると指摘します。さらに彼は、検出器の感度が高まって重力波を定常的にキャッチできるようになれば、宇宙で起きてきた巨大エネルギーを伴う出来事についても調査ができるとしています。「(宇宙の出来事の)デモグラフィックデータを取得することが、重力波検出の時代にぜひやりたいことのひとつなのです。」

重力波の「音」が20秒目あたりから聞けます


2016年2月12日
GIZMODOより
 

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