アインシュタインが予言して100年ついにとらえた

重力波とブラックホール

真貝寿明（大阪工業大学）
しんかい ひさあき
2016/7/10

大阪科学館

2011年2月刊

2015年10月刊『ブラックホール・膨張宇宙・重力波
一般相対性理論の100年と展開』
光文社新書
2015年9月刊

2016年7月11日発売

アインシュタインが予言して100年ついにとらえた

重力波とブラックホール
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？

http://hikingartist.com/

重力の正体は？
重力の正体は？

http://hikingartist.com/

重力の正体は？
重力の正体は？

ニュートン
万有引力＝すべてのものは引力で引き合う

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⌧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

夏の星座

http://www.study-style.com/index̲seiza.html

はくちょう座

X-1

見えないけれど，ブラックホールがあるにちがいない！
http://www.study-style.com/index̲seiza.html

http://www.astroarts.co.jp/alacarte/2016/07/index-j.shtml

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#

「宇宙のつくり方」ギリランド著 真貝・鳥居訳（丸善，2016年12月発売）

www.phdcomics.com“gravitational waves explained”

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

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

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

2016年7月20日発売

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 1609年

100年もかかったのか．