宇宙論と天体物理学
重力波とマルチメッセンジャー天文学
重心まわりを回る緻密連星がひずみ の重力波を出す様子を観察し、重力信号と光・ニュートリノを組み合わせるマルチメッセンジャー天文学を理解します。相対距離と視点角を変えてさざ波の振幅を比較します。
器具
- 重心を回る二つの緻密天体の3Dモデル
- 二天体の相対距離スライダー
- 視点角スライダーと一時停止ボタン
- 重力波のさざ波リングと同時の光信号
手順
距離に対する波振幅を読む
相対距離スライダーを遠くから近くへ動かすと、二天体の公転が速まりさざ波リングが濃くなります。軌道が縮むと重力波振幅が急増します。これはアインシュタイン方程式の時間変化する四重極の帰結です。
ひずみ h を見積もる
ひずみ は波が検出器を通るとき空間がどれだけ伸縮するかを示します。実際の事象では h ~ なので、シミュレーションではリングを誇張しています。一時停止して公転1周期あたりのさざ波を数えます。波の周波数は公転周波数の2倍、 です。
異なる使者を組み合わせる
重力波のさざ波と同時に光信号が出るのを観察します。二つの「使者」は相補的情報を運び、重力波は質量と軌道を、光は組成と正確な位置を与えます。視点角を変え、波面が軌道面に沿って全方向へ広がる様子を見ます。
シミュレーション
実験の歴史
重力波はアインシュタインが1916年に予言しましたが、最初の間接証拠は1974年にラッセル・ハルスとジョセフ・テイラーが発見した連星パルサー PSR B1913+16 からでした。公転周期が重力波によるエネルギー損失通りに縮み、1993年のノーベル賞となりました。
2015年9月14日、二台の LIGO 検出器（1970年代にレイナー・ワイス、キップ・ソーン、ロナルド・ドリーバーが構想、バリー・バリッシュが指揮）はブラックホール合体 GW150914 を記録し、2017年のノーベル賞に。二年後の GW170817 はマルチメッセンジャー時代を開き、重力信号はガンマ線より約1,7秒早く届き、世界中の望遠鏡が「キロノヴァ」を追い、ニュートリノ検出器が第三の使者を探しました。