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重力波は、宇宙においてある最上級に激しくかつ高エネルギーのプロセスによって生じる時空の布地の歪みすなわち「さざ波」である（訳者注：４次元時空を２次元空間である布地(fabric)のように見立てると、その歪みを「さざ波(ripples)」のように視覚的に想像しやすい）。 アルバート・アインシュタインは、1916年に彼の一般相対性理論のなかで重力波の存を予言した。 アインシュタインの数学は、加速している重い物体(互いの周囲を軌道を描いて回る中性子星またはブラックホールなど)により時空が乱れ、そのため、歪んだ空間の「波」が発生源から放出されるであろうと示していた。 また、このさざ波は、宇宙全体を光速で移動し、その激しい変化の起源に関する情報を、重力自体の性質の謎を解く非常に貴重な手掛かりとともに、運んでくることになる。 The strongest gravitational waves are produced by catastrophic events such as colliding black holes, the collapse of stellar cores (supernovae), coalescing neutron stars or white dwarf stars, the slightly wobbly rotation of neutron stars that are not perfect spheres, and the remnants of gravitational radiation created by the birth of the Universe itself. 最も強い重力波は、ブラックホール同士の衝突や、星の核の崩壊(超新星)や、中性子星または白色矮星の合体や、完全な球体ではない中性子星の軸がぶれる回転や、宇宙自体の誕生によって生成された重力放射の残影といった激しい変動によって発生する。 Though gravitational waves were predicted to exist in 1916, actual proof of their existence wouldn't arrive until 1974, 20 years after Einstein's death. In that year, two astronomers working at the Arecibo Radio Observatory in Puerto Rico discovered a binary pulsar--two extremely dense and heavy stars in orbit around each other. This was exactly the type of system that, according to general relativity, should radiate gravitational waves. Knowing that this discovery could be used to finally test Einstein's audacious prediction, astronomers began measuring how the period of the stars' orbits changed over time. After eight years of observations, it was determined that the stars were getting closer to each other at precisely the rate predicted by general relativity. This system has now been monitored for over 40 years and the observed changes in the orbit agree so well with general relativity, there is no doubt that it is emitting gravitational waves. For a more detailed discussion of this discovery and work, see Look Deeper. 1916年に重力波の存在が予言されたが、その存在の実際の証拠がアインシュタインの死後20年の1974年まで得られることはなかった。その年、プエルトリコにおけるArecibo Radio Observatoryで働く2人の天文学者が、互いの周囲の軌道を回る２つの非常に高密度で重い星連星パルサーを発見したのだった。 これは、一般相対性理論によれば、まさに重力波を放射するはずの系のタイプであった。この発見がついにアインシュタインの非常に奇抜な予言を調べることに使えることが分かって、天文学者らは２つの星の軌道が時間とともにどのように変わるかを測定し始めた。8年間の観察の後、２つの星が、一般相対性理論によって予測された割合で正確に互いに近付き合っていると確認された。この系は今も40年以上にわたって観測されており、その観測された軌道の変化は一般相対性理論とよく一致しており、この系が重力波を放出しているということは疑う余地がない。 この発見と研究に関するより詳細な解説はLook Deeperを参照されたい。 Since then, more astronomers have studied the timing of pulsar radio emissions and found similar effects, further confirming the existence of gravitational waves. But these confirmations have come indireclty and mathematically and not through actual 'physical' contact. LIGO and other facilities like it around the world will be the first to 'feel’ gravitational waves. その時以来、より多くの天文学者が、パルサー電波放出のタイミングを研究し、同様の効果を見つけて、さらに重力波の存在を確認した。しかし、こうした確認は、間接的で数学的に確認されたに過ぎず、実際「物理的な」観察によって確認されたのではなかった。LIGOや世界中の他の似た施設が重力波を「感じた」第一号となるはずである。 Although their origins can be extremely violent, by the time gravitational waves reach the Earth they are millions of times smaller and less disruptive. In fact, by the time gravitational waves reach LIGO's detectors, the amount of space-time movement they will generate is thousands of times smaller than an atomic nucleus! This inconceivably small measurement is what LIGO and other interferometers like it around the world are designed to make. To find out how LIGO can make such impossibly small measurements, visit LIGO's Interferometer. その起源は非常に激烈となる可能性があるが、重力波が地球に到着までには、数百万分の一よりも小さくなり、それほど破壊力はない。実際、重力波がLIGOの検出器に達するころには、重力波が生じる時空移動量は原子核より数千分の一より小さい！この想像もできないほど小さい測定を行うために、LIGOや世界中の他の似た施設は設計されているのである。 LIGOがどのようにそのような信じ難い微小な測定を行うことができるのかを知りたいのであれば、LIGO's Interferometerをご覧いただきたい。 (From LIGO) |
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(C) Takuji Terada |
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