重力波とは？
重力波は、アインシュタインの一般相対性理論によりその存在が予言された、潮汐的な時空のひずみが光速で伝わる横波である。重力波は加速度運動をする質量から放射される。また、重力波がやってくると時空がひずみ、物体間の距離が変化する。
レーザー干渉計による重力波検出
現在考えられている最も有力な重力波検出方法はレーザー干渉計を用いたものである。重力波によって引き起こされる、吊り下げられた鏡の間の距離の変化をマイケルソン・レーザー干渉計を用いて測定するのである。マイケルソン干渉計は、垂直な2本のアーム長の差動成分に感度があるので、空間の潮汐的ひずみを引き起こす重力波の検出に適している。そして、レーザー干渉計型重力波検出器の最大の利点は、アーム長を長くすればするほど感度を向上させることができる点にある。
世界の重力波検出器
大型レーザー干渉計型重力波検出器は、アメリカ（LIGO）、ヨーロッパ（Virgo）、日本（KAGRA）で建設されている。LIGOはアーム長4 kmで、ワシントン州とルイジアナ州にそれぞれ1台ある。Virgoはイタリアのピサの近くにあり、アーム長は3 kmである。KAGRAはアーム長は3 kmで地面振動の小さい神岡の地下に建設されており、熱雑音を抑えるため低温鏡が使われている。
重力波の検出と重力波天文学の幕開け
2015年9月、アメリカのAdvanced LIGOにより重力波が初検出された。これは、地球から13億光年離れたところで起こった、太陽の30倍程度の質量を持つブラックホール連星の合体から発生した重力波だった。これにより、重力波天文学が幕を開けた。その後も、いくつかのブラックホール連星の合体からの重力波が検出された。
そして、2017年8月には、ついに中性子星連星の合体からの重力波も検出された。それとほぼ同時にガンマ線バーストが観測され、さらに、残光がX線、可視光～赤外線、電波などでも観測され、一気にマルチメッセンジャー天文学が花開いたのである。
重力波天文学の発展
重力波源としては、ブラックホールや中性子星の連星合体の他にも、超新星爆発、パルサー、初期宇宙などが考えられる。天体現象から発生する重力波は、その天体現象に特有の情報を持っており、重力波観測によりさまざまな貴重な情報を取り出すことができる。今後も、重力波により、電磁波や宇宙線では見えなかった天体現象が観測され、我々に新しい宇宙の姿を見せてくれることが期待できる。
初期宇宙からの重力波
宇宙が誕生して10-35秒後頃には、インフレーションと呼ばれる爆発的な膨張が起こったと考えられている。この時代に時空の量子揺らぎから原始重力波が発生したと予想される。したがって、もし、この重力波を観測することができれば、インフレーションが本当にあったのか、そしてどのように起こったのかなどが分かり、宇宙誕生の謎を解き明かすことが可能となる。なお、電磁波では、宇宙誕生後38万年以前を直接観測することはできない。
スペース重力波アンテナ DECIGO
将来的には、レーザー干渉計型重力波検出器をスペースに持っていき、さらに感度を高め、重力波天文学をより一層発展させることが考えられている。特に日本の将来計画であるスペース重力波アンテナDECIGOでは、インフレーションからの原始重力波を直接観測し、宇宙誕生の謎を解き明かすことが主目的である。
新しい重力波検出方法の開発
さらに、地上においてもインフレーションからの原始重力波検出を可能にするような全く新しい重力波検出方法も開発できるかもしれない。
宇宙の産声を聞く
このような状況の中、私の夢はインフレーションからの原始重力波を検出する、つまり『宇宙の産声を聞く』ことである。そのために、DECIGOの設計感度を高め、より確実にインフレーションからの重力波の検出が可能になるようにする。また、全く新しい重力波検出方法の開発にも挑戦していく。
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