ハノーファー出身の科学者が重力波を発見した経緯

重力波

重力波は光速で宇宙を伝播する。アルバート・アインシュタインは、1915年に相対性理論によってその存在をすでに予言していた。

しかし、彼はその影響がごくわずかであると考え、決して実証することはできないだろうと確信していた。それは誤りだった。100年にわたる研究の軌跡をたどり、今世紀における物理学界最大の快挙に至るまでの物語。

1916

重力波の存在

アルバート・アインシュタインは、「重力場方程式の近似的な積分」と題する論文を発表した。その中で、彼は初めて重力波の存在を予言した。彼は、1915年に発表した一般相対性理論の方程式から、重力波を導き出したのである。

1918

新しい数式

アルバート・アインシュタインは、重力波の放射に関する式を導き出したが、この式は今日に至るまで、科学界においてほぼ変更されることなく有効であると見なされている。

1936

重力波は存在するのか、しないのか？

アインシュタインは、自身の理論の妥当性に疑問を抱くようになった。彼は共同研究者のネイサン・ローゼンと共に論文を執筆し、その中で重力波の存在を否定すると主張した。ある査読者がその論証に誤りを見出し、結局、論文は全く異なる結論を導き出した形で発表された。重力波が存在するかどうかについては、依然として疑問が残っている。

1957

「スティッキー・ビード」――思考実験

ノースカロライナ州チャペルヒルで、アインシュタインの相対性理論に関する国際会議が開催されている。その中心となるのは、リチャード・ファインマンによる有名な「スティッキー・ビード」という思考実験だ。この実験で、ファインマンは、棒の上で上下に動きながら摩擦によって熱を発生させている小さな球体に、重力波が及ぼす影響について説明している。研究者たちは、重力波は存在しなければならないという結論に達した。

1960

物理学者のヨーゼフ・ウェーバーは、重力波の微小な影響を検出するための最初の実験に着手した。

1969

証明は成功したか？

ウェーバーは、重力波の検出に成功したと発表した。このニュースは大きな反響を呼び、世界中の科学者たちに追試を行うきっかけとなった。しかし、これらの実験のいずれも、ウェーバーの発見を裏付けることはできなかった。

1974

間接的な証拠

米国の天文学者ジョセフ・テイラーとラッセル・ハルスの2人は、重力波の間接的な検出に成功した。彼らは、2つの恒星の公転周期が極めて緩やかに、しかし着実に短くなっていることに気づいた。つまり、この系は明らかにエネルギーを失っていることになる。研究者たちがこの現象について導き出した唯一の説明は、重力波の放射である。

1992

米国で、研究者たちがLIGO観測所（レーザー干渉計重力波観測所）の運用を開始した。この新技術は、従来のシステムに比べて感度が4倍高い。しかし、重力波を検出しようとする最初の試みは失敗に終わった。

1993

米国の天文学者テイラー氏とハルス氏は、重力波の間接的な検出により、ノーベル物理学賞を受賞した。

2015

LIGOの検出器が重力波を検出した

2015年9月14日、LIGO観測所の研究者たちは、測定機器を用いて、13億年前の宇宙からの決定的な信号を捉えた。2つのブラックホールが合体したのである。1秒にも満たない最終段階で、この巨大なブラックホールは極めて強力な重力波を放射し、地球上のLIGO検出器がそれを検知することができた。科学者たちはデータの解析に着手した。

2016

科学界を震撼させた発見

研究者たちはデータの解析を終えた。そして今、彼らは確信している。2015年にLIGO検出器で受信した信号は、99.99999％の確率で重力波によるものである。これは科学界におけるセンセーションだ。

2019

5億2000万光年先からの信号

重力波検出器の国際ネットワークが、中性子星の合体による2つ目の信号を観測した。LIGOリビングストン検出器とVirgo検出器は、2019年4月25日に「GW190425」と名付けられたこの信号を「極めて有意な事象」として特定した。この信号は、約5億2000万光年離れた場所から届いたもので、2017年8月に観測された最初の中性子星合体による重力波よりも4倍遠い距離にある。ハノーファーのアルバート・アインシュタイン研究所の研究者たちは、この発見において、信号の検出および解析手法の開発に貢献した。彼らは、中性子星の合体から予想される重力波のモデルを作成した。

2020

かつてないような信号

重力波研究者の期待は現実のものとなった。重力波の発見は、今や彼らの日常業務の一部となっている。しかし今回、彼らはこれまでに見たことのないような信号を発表した。GW190412は、質量が大きく異なる2つのブラックホールが合体する様子を初めて示している――太陽の約8倍の質量を持つ小さなブラックホールが、太陽の約30倍の質量を持つ大きなブラックホールに飲み込まれているのだ。この観測により、この系の天体物理学的特性をより正確に測定できるだけでなく、LIGO-Virgoの科学者たちは、これまで検証されていなかったアインシュタインの一般相対性理論の予測を裏付けることも可能になった。