アインシュタインが予言して100年ついにとらえた重力波

真貝寿明（大阪工業大学）
しんかい ひさあき
科学技術館

2016/5/7

科学ライブショー「ユニバース」

アインシュタインが予言して100年ついにとらえた重力波
2016年2月，LIGOが重力波を初めて検出した，と発表した

四国新聞だけちがった．．．残念（笑）

重力の正体は？
重力の正体は？

「万有引力があるからだ」（ニュートン , 1687）

d2 x
m 2 =Fdt

Mm
F =G 2r「時空のゆがみだ」
http://hikingartist.com/（アインシュタイン , 1915）
一般相対性理論Rµ⌫18⇡GRgµ⌫ = 4 Tµ⌫
2c⌫⇢d2 ⇠ µd⇠d⇠µ=R⇠⌫⇢
2d⌧d⌧ d⌧www.phdcomics.com“gravitational waves explained”

ブラックホール＝光も抜け出せない重い重い重い星

ブラックホール＝光も抜け出せない重い重い重い星

天の川銀河 (our Galaxy)

http://shop.nationalgeographic.com/ngs/product/maps/wall-maps/space-maps/the-milky-way-map%2C-laminated
http://ernstgraphics.wordpress.com/page/2/

銀河系の中心には巨大ブラックホールがある

Zooming in on the centre of the Milky Way
http://www.youtube.com/watch?v=XhHUNvEKUY8 (1:15)

S2 orbit around Sgr A*

銀河系の中心には巨大ブラックホールがある

http://www.extinctionshift.com/SigniﬁcantFindings08.htm
http://www.brighthub.com/science/space/articles/13435.aspx#

www.phdcomics.com“gravitational waves explained”

重力波

幻の発見 (1968/70)
Joseph Weber (pictured), a physicist at the University of Maryland inCollege Park, believed that gravitational waves were real. In 1969, heannounced that he had found them with a detector of his own invention: analuminium cylinder, about 2 metres long and 1 metre in diameter, that ‘rang’
when it was struck by such a wave2. His result was never replicated, andwas eventually rejected by nearly everyone except Weber himself.
Nonetheless, his work drew many other researchers into the gravitational
wave field.

68年に「２台の装置で同時に重力波信号を検出」
70年に「重力波信号はおよそ一日に三回の頻度で検出され、検出装置が銀河の中心に対して垂直方向に向いているときに検出率が高い」と発表したが，他のグループで追試されず．

ウェーバー
Joseph Weber連星中性子星の発見 (1974)

パルサー＝中性子星
半径 10km位
質量 1.4x太陽

Arecibo, Puerto Rico

http://www.nobelprize.org/nobel̲prizes/physics/laureates/1993/illpres/discovery.html

連星中性子星の発見 (1974)

重力波を放出してエネルギーを失うので，星が近づいてゆく．

重力波の存在が間接的に確かめられた．

連星中性子星の発見 (1974)"for the discovery of a new type of pulsar, a
discovery that has opened up new
possibilities for the study of gravitation""重力についての新しい研究を開いた，新種のパルサーの発見に対して"重力波の存在が間接的に確かめられた．

重力波の存在が間接的に確かめられた．
重力波の直接観測をしたい！

連星中性子星連星ブラックホール

1.0

重力波の振幅 × 10−22

ブラックホール形成の重力波波形

0.5

0.0!0.5!1.0

連星のインスパイラル運動からの重力波波形!25!20!15!10

時間 [ミリ秒]!50

合体の時刻

5

LIGO（ライゴ：レーザー干渉計重力波天文台）
Laser Interferemeter Gravitational-Wave Observatory （1992年予算承認)

https://mediaassets.caltech.edu/gwave

干渉計のしくみ

光の重ね合わせで強めあったり弱めあったりする現象（干渉）を利用して，微小な長さを測る

朝日新聞

2015/11/5

LIGO（ライゴ：レーザー干渉計重力波天文台）
Laser Interferemeter Gravitational-Wave Observatory （1992年予算承認)

KAGRA（かぐら：大型低温重力波望遠鏡）
Kamioka Gravitational wave detector, (Large-scale Cryogenic Gravitational wave Telescope)
望遠鏡の大きさ：基線長 3km
望遠鏡を神岡鉱山内に建設
地面振動が小さい岐阜県飛騨市にある神岡鉱山
鏡をマイナス250度（20K）まで冷却
熱雑音を小さくするため鏡の材質としてサファイア
光学特性に優れ、低温に冷却すると熱伝導や機械的損失が少なくなる

http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/plan/history

スーパー・カミオカンデ（ニュートリノ観測装置）
Super-Kamiokande

http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/

直径40m
高さ40m

岐阜県・神岡の鉱山跡の空洞に巨大な水槽をつくり，宇宙から飛来するニュートリノを観測する．
ノーベル物理学賞を受賞

小柴昌俊（2002年）
梶田隆章（2015年）

KAGRA（かぐら：大型低温重力波望遠鏡）
2015年8月

Hisaaki Shinkai

Seiji Kawamura
Kieran Craig
Martynov Denis

KAGRA（かぐら：大型低温重力波望遠鏡）
2016年4月

重力波の波源
sources of gravitational wave
http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/

連星合体を予測が難しい

振幅が小さい振幅が小さいターゲットに重力波は弱いのであらかじめ，波形の予測が必要
ノイズにまみれたデータに，予測した波形があるか探すブラックホールの合体シミュレーション

２つのブラックホールの合体と重力波放出（90年代，NCSAグループ）

ブラックホールの合体シミュレーション

NCSA-AEI group (1998)

重力波の存在が間接的に確かめられた．
重力波の直接観測をしたい！

連星中性子星連星ブラックホール

1.0

重力波の振幅 × 10

−22

ブラックホール形成の重力波波形

0.5

0.0!0.5!1.0

連星のインスパイラル運動からの重力波波形!25!20!15!10

時間 [ミリ秒]!50

合体の時刻

5

2015/9/25

2016/1/11

重力波初検出を発表するライツィLIGO所長
2016年2月11日“We had detected gravitational waves.
“我々は，重力波を検出した.

We did it. ”

やり遂げたのだ. ”

https://www.youtube.com/watch?v=aEPIwEJmZyE2015年9月14日

重力波波形を音にすると．．．

始め2回は実周波数，後の2回は聞えやすいように+400Hz
https://mediaassets.caltech.edu/gwave

www.ligo.org/magazine/LIGO-magazine-issue-8.pdf

GW100916 “Big Dog”

著者1010人
PRL 16ページ

2015年9月14日

太陽の36倍と29倍のブラックホールが合体して，太陽の62倍のブラックホールになった．
3倍の質量が消失

E = mc
13億光年先2東京新聞 2016/2/12

重力波が検出された！
重力波が検出できた！
ブラックホールが存在した！
ブラックホール連星が存在した！
相対性理論，正しかった！

毎日新聞 2016/2/13

重力波天文学で何がわかる？
対応する天体の姿
天体物理学
ブラックホールの存在する強い重力場
一般相対性理論の検証
中性子星連星合体のふるまい
原子核の状態方程式
イベント頻度・統計
星形成モデル・銀河中心ブラックホール
宇宙論パラメータ
背景重力波の存在
星形成モデル・宇宙初期モデル

重力波天文学で何がわかる？
とんでもないこと？

世の中，実は5次元．．とか2016年

重力波天文学の幕開け

重力波が検出された！
重力波が検出できた！
ブラックホールが存在した！
ブラックホール連星が存在した！
相対性理論，正しかった！
光学天文学の幕開け
ガリレイ 1605年

100年もかかったのか．