2016年2月、アメリカの重力波望遠鏡LIGOが世界で初めて重力波を直接検出したという科学史に残るニュースが世界を駆け巡りました。しかもそれはブラックホールからの信号だと考えられています。一体重力波とは何なのか、どんなことがわかるのか、そしてどんな未来が待っているのか、解説をしていただきました。

概要

日時

平成28年12月10日（土曜日）午後7時～午後8時30分

講師

正田　亜八香（しょうだ あやか）氏
国立天文台 日本学術振興会 特別研究員PD

講演プログラム（当日配布したレジュメより）

1. 重力波とは？
2. どうやってつかまえる？
3. LIGO(ライゴ)がつかまえた信号とは？
4. 初検出重力波、何がスゴイの？
5. 重力波のこれから

聴講者からの質問と講師回答

重力波の速度はどれくらいですか？光と比べるとどうなんでしょうか？ （AHさん　男性・39歳、？さん男性・51歳）

重力波は光速ですすむと考えられています。

なぜ、重力波はさえぎる物質がないのですか？ （SKさん　男性・62歳）

電磁気力（光）に比べて、重力がおよぼす力は非常に小さいからです。

超巨大ブラックホールの重力波が到来した時、検出器が壊れることはないのでしょうか？ （YMさん　男性・50歳）

重力波信号は、地球で起こる地震などによる揺れと比べれば非常に小さなものです。私たちは地震でも（オペレーションは一時中断しても）壊れないように装置を作っていますので大丈夫です。

宇宙で重力波検出器を作る時、設計の精度は保てるのでしょうか？（YMさん　男性・50）

挑戦的な開発ですが、感度に対する要求を満たすように設計を行います。非常に高い精度が必要な部品もあれば、あまり必要のない部分もあるので、バランスが大事ですね。

地下や宇宙で重力波を検知するということについて、水の中に入れたら振動とかは防げないのでしょうか？ （Yさん　女性・22歳）

面白いアイデアですね。しかし、水の中に入れても、その容器が振動していればそれが波を生み、結局鏡を揺らしてしまうでしょう。周りの環境からできる限り分離する、というのが重要かと思います。

雑音を除くのが難しいと聞いていますが、宇宙へ行く以外の良い方法を教えてください。 （Oさん　男性・60歳）

簡単な方法があれば、おそらくもっと前に重力波は検出されていたでしょう。干渉計以外にも様々な方法を使った望遠鏡が開発されていますが、どんな検出方法であれ、雑音との戦いからは逃げられません。

検出器でレーザーが使用されていますが、レーザーにかわる光線はありますか？また、鏡で分光がネックになることはありませんか？（？さん　？・？歳）

中には原子で干渉計を構築する原子干渉計を用いた重力波検出器の開発を行っているチームもあります。また、ご指摘の通り鏡の特性は雑音の元になります。鏡での光の吸収や散乱も雑音の要因になってしまいますので、私たちは鏡の材質やコーティングについても開発研究を行っています。

重力波源がブラックホールなどの連星系の場合、重力波は等方的には放出されないそうですが、最も強く放出される方向と、最も弱く放出される方向は、それぞれどの方向なのでしょうか（公転面の方向か極方向か）？また、その方向は、重力波の振動モード（クロス（×）とプラス（＋））によってどのように異なりますか？ （Tさん　男性・39歳）

極方向にたくさん出ます。公転方向にも少し出ますが、振幅はあまり強くありません。

光・電波は過去を見ることが解像度によってはできますが、重力波はどのように説明するのですか？ （Oさん男性・68歳）

光や電波でも、解像度だけではその星が過去（遠く）のものなのかわかりません。それを判別するためには、その光の強度や赤方偏移といった情報を使っています。重力波でも同様に、重力波振幅の大きさや赤方偏移によってその星がどれくらい遠く、つまり昔に発せられた信号だったのかを判別します。

「時空」という言葉が（講演内で）時々出ていました。空間のゆがみの話は出てきましたが時間の話は出てきませんでした。「時空」の時間の方は、過去の事象について検出しているからという考えでよいでしょうか？ （？さん　女性・？歳）

重力波が導かれる基礎となる一般相対性理論では、時間も「座標系のひとつ」であり、縦横高さといった空間の座標と区別しない、という意味で「時空」という表現をします。例えば、非常に早く動いている人と止まっている人とでは時間の進み方が異なり、時間も空間も人によって変化します。

中性子星が検出されていないのは質量が小さいからではないかと思います。今は、質量の大きな天体の重力波しか検出できないのではと思うのですが…。（Oさん　男性・60歳）

質量の大きい天体の方が振幅の大きい重力波を出すことは確かです。一方、LIGOなどの地上の重力波検出器は100ヘルツ付近で一番いい感度を持っています。これは中性子星連星合体を検出するのに適した周波数です。今のLIGOでも、地球から約100Mpc(約3億光年)以内で中性子星が合体すれば検出できる感度を持っています。

重力波の検出は、ブラックホール、中性子星の合体でしか検出できないのですか？ハッブル宇宙望遠鏡で撮影した銀河同士の合体の写真等を見かけますが、銀河同士の合体で重力波はでていないのでしょうか？ （Nさん　男性・67歳）

重力波は、物体が加速度的に運動していれば何からでも発生します。銀河同士の合体でも、細かく見れば星同士が合体しているので、そこから重力波が発生しているはずです。連星が合体する現象から出てくる重力波は非常に振幅が大きく波形も特徴的なので検出しやすいですが、銀河の合体などでおこる現象からの重力波は、波形がなかなかわからなかったり振幅が小さいことが予想されるので、連星の合体に比べると検出は難しいと思います。ですが、そのような現象も重力波で検出できるような技術が開発できると面白そうですね。