【ZERO】 「世紀の観測!重力波~アインシュタイン最後の宿題~」 まとめ

下記番組のまとめを書きます。

放送局NHK
番組名サイエンスZERO(サイエンスゼロ)
世紀の観測!重力波~アインシュタイン最後の宿題~
放送日時2016年

目的は、「見逃してしまった人に、概要だけでもお伝えすること」です。

この番組は今でも「U-NEXT」というサイトでオンデマンドで視聴できます。

「サイエンスZERO」のタイトル一覧はこちらです。

導入部より引用

2月11日、宇宙物理学の歴史を変えるビッグニュースが世界を駆け巡りました。アメリカの研究チームが重力波を捉えることに初めて成功したというのです。

重力波とは空間の歪みが波となって伝わる現象。今から100年前、あの天才物理学者アインシュタインが一般相対性理論の中で予言したものです。しかし、これまで誰もその存在を証明できず、「アインシュタイン最後の宿題」と言われてきました。

ついに宿題を解き終えた今回の歴史的観測。ノーベル賞科学者の梶田さんも称えました。

というわけで今日は緊急スペシャル!
重力波っていったい何?どうやって捉えたの?
と思っている皆さん、ZEROが徹底的に解説します。

要点

・重力波は起きる頻度も少なく、大きさも小さいのでなかなか観測できなかった。
・得られた重力波にはたくさんの情報が詰まっている。
・重力波を使った新しい天文学で、ビッグバン直後の宇宙の様子もわかるようになるかもしれない。

詳細

■ 重力波とは?

・一般相対性理論の式は「質量やエネルギーがあると空間が歪む」ということを表している。

・空間は弾性(バネのような性質)があり連続的(隣の空間に伝わる)と仮定しているので、エネルギーが移動すると、空間の振動が波として伝わる。

■ なぜこれまで観測が難しかったのか?

・日常生活スケールのエネルギーの移動でも重力波は発生するが、小さすぎて今の人類の技術では観測できない。なので天体現象で確認することになる。

・観測可能な重力波を発生する天体現象(超新星爆発、連星中性子性の合体、ブラックホールの合体)はなかなか起きない。

・10万個の銀河が見られる、7億光年くらい先の重力波が見られるような感度のいい望遠鏡を作ることで、ようやく捉えられる重力波イベントの頻度が1年に数回になる。

・しかし届く重力波は地球に届くまでに減衰するので、1mのものが10^-21縮む程度(太陽と地球の距離が水素原子1個分伸び縮みする程度)になってしまう

■ 検出の仕組みは?

・直交する2つの経路をレーザー光に往復させる。戻ってきたとき、通常は両者は打ち消し合って消える。しかし重力波が通ると完全には打ち消し合わなくなる。それを検知する。

・ノイズの可能性を排除するため、
 ・理論から得られる波形と比較する
 ・遠く離れた2箇所で同じ波形が得られることを確認する。
 ・想定しうるあらゆるノイズと得られた波形の相関がないことを確認する

■ どんな波?

・①超新星爆発、②連星中性子性の合体、③ブラックホールの合体 のそれぞれで予想される波形が異なる。
・2016年に初めて観測された重力波は③ブラックホールの合体で、時間は0.2秒間。

■ 今回の重力波から何がわかる?

・ブラックホールが存在すること

・そのブラックホールが連星をなしている系が存在すること

・それが合体して重力波を出したこと

・ブラックホールの合体の様子
 ・0.2秒間に4回転している
 ・合体直前には光速の半分くらいの速度が出ていた
 ・合体したブラックホールの質量
 ・合体が起きた位置

■ 今後は?

・ビッグバンから38万年は電磁波では観測できない。重力波やニュートリノなら観測可能。

感想、個人の意見

少し前の番組ですが、手元の録画番組の中で重力波についてコンパクトにまとまっていたので載せました。

2017年には連星中性子星の合体からの重力波も検出されましたね。

人間ってすごいなぁってつくづく思います。金魚鉢の中の金魚が、水のわずかな振動を元に「今 1 km 離れたところを大型トラックが通ったな」って推測するようなものだと思うので。

そしてその礎を築いてくれたアインシュタインにも感謝。

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