LIGOは大きなアップグレードを取得し、4月1日に再び重力波の検索を開始します

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2016年2月、レーザー干渉計重力波観測所(LIGO)の科学者たちは、重力波(GW)の初めての検出を発表して歴史を作りました。ブラックホールの融合や白い小人の衝突によって引き起こされる、宇宙そのもののこれらの波紋は、およそ1世紀前にアインシュタインの一般相対性理論によって最初に予測されました。

1年ほど前、LIGOの2つの施設はオフラインになり、検出器は一連のハードウェアのアップグレードを受けることができました。これらのアップグレードが完了すると、LIGOは最近、展望台が4月1日にオンラインに戻ると発表しました。その時点で、科学者たちは、その感度の向上により「ほぼ毎日」の検出が可能になると期待しています。

これまでに、約3年半の間に合計11の重力波イベントが検出されました。これらのうち10つはブラックホールの合併によるもので、残りの信号は2つの中性子星の衝突(キロノバイベント)によるものです。これらの出来事やそれらのような他の出来事を研究することによって、科学者は天文学の新しい時代に効果的に乗り出しました。

そしてLIGOのアップグレードが完了したので、科学者たちは来年に検出されたイベントの数を2倍にしたいと考えています。ルイジアナ州立大学の物理学と天文学の教授であるガブリエラ・ゴンサレスは、何年もGWの狩猟に費やしてきました。

「ガリレオは望遠鏡を発明したか、望遠鏡を初めて使用して400年前に天文学を行いました。そして今日でも、より優れた望遠鏡を構築しています。この10年は重力波天文学の始まりだったと思います。したがって、これは、より良い検出器で、異なる検出器で、より多くの検出器で、進歩を続けます。」

ワシントン州ハンフロドとルイジアナ州リビングストンにある2つのLIGO検出器は、基部で接合された2つのコンクリートパイプで構成され(巨大なL字型を形成)、互いに垂直に約3.2 km(2 mi)延びています。パイプラインの内側では、一連のミラーで反射する2つの強力なレーザービームを使用して、各アームの長さを非常に正確に測定します。

重力波が検出器を通過するとき、それらは空間をゆがめ、長さをごく短い距離で(つまり、原子レベルで)変化させます。ルイジアナ州リヴィングストンにあるLIGO天文台の責任者であるジョセフギアメによれば、最近のアップグレードには、レーザーパワーを高め、測定における「ノイズ」を低減する光学系が含まれています。

今年の後半には、3番目の検出器(イタリアの乙女座干渉計)も観測を行うという事実により、重力波の研究がさらに強化されます。 2016年11月から2017年8月まで続いたLIGOの最後の観測の実行中、乙女座は運用のみを行い、その最後までサポートを提供することができました。

さらに、日本のKAGRA天文台は近い将来にオンラインになり、さらに強力な検出ネットワークが可能になると期待されています。結局のところ、世界中に広大な距離で隔てられた複数の観測所を設けることで、より高度な確認が可能になるだけでなく、GWソースの可能な場所を絞り込むことができます。

次回の観測では、GWの天文学者は、現在の天文学の通常の機能となっている緊急警報システムのメリットも享受できます。基本的に、LIGOがGWイベントを検出すると、チームはアラートを送信して、世界中の観測所が望遠鏡をソースに向けることができるようにします。

これは確かに、2017年に発生したkilnovaイベント(GW170817としても知られている)の場合に当てはまりました。 GWを生成した2つの中性子星が衝突した後、明るい残光が発生し、時間とともに実際に明るくなりました。衝突はまた、物質の超高速ジェットの放出とブラックホールの形成をもたらしました。

MITの重力波研究者であるネルギスマヴァルヴァラによれば、GWイベントに関連する観測可能な現象は、これまでにない珍しい扱いでした。さらに、科学者を困惑させ驚かせてしまうような、まったく予期しないことが発見される可能性は常にあります。

「私たちは、そこに存在する可能性のあるすべてのブラックホールのうち、このほんの一握りのブラックホールを見ただけです。答えがわからない質問がたくさんあります…それが発見の仕方です。新しい楽器の電源を入れ、空に向けると、思いもしなかった何かが存在しているのが見えます。」

重力波の研究は、天文学で最近起こっているいくつかの革命の1つにすぎません。また、他の研究分野(太陽系外惑星の研究や初期宇宙の観測など)と同様に、今後数年間で改良された装置と方法の両方を導入することで利益を得ることができます。

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