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

重力波は加速する質量が生む時空のさざ波です。重力波信号を光・ニュートリノ・宇宙線と組み合わせ、同じ天体現象を異なる使者で調べます。

重力波は加速する質量が生む時空のさざ波です。重力波信号を光・ニュートリノ・宇宙線と組み合わせ、同じ天体現象を異なる使者で調べます。

モデルと観測

strain振幅hは極めて小さな相対変形で、Qは質量四重極モーメントです。レーザー干渉計が腕の相対長変化を測り、望遠鏡は同時または遅れて届く光を探します。

弱い波の近似では、strain $h=\Delta L/L$ は干渉計が測る相対変形で、信号が通過すると直交する腕の長さが相対的に変化します。大質量連星は四重極モーメントが急速に変化すると強く放射し、合体前の軌道縮小は周波数と振幅が増すチャープを生みます。波形を一般相対論のテンプレートと照合してチャープ質量、距離、残骸を推定しますが、軌道傾斜角と距離の縮退が精度を制限します。

マルチメッセンジャー天文学では、重力波の到来時刻と天球位置を、同じ天体からの光、ニュートリノ、宇宙線と組み合わせます。2017年の連星中性子星事象GW170817ではガンマ線対応天体とキロノバが観測され、重元素の起源や光に対する重力波速度を検証できました。電磁波信号は母銀河を特定し、独立な距離測定を可能にしました。赤方偏移と組み合わせれば $H_0$ を制約できます。ただし対応天体が見えなくても光がないとは限らず、距離、遮蔽、視野、感度が重要です。

クイックチェック