1,865 マイル離れた 2 つの大きな「L」字型の装置が、宇宙で最も極端な出来事を盗聴しています。
ルイジアナ州とワシントン州にある 2 つのレーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) サイトは、深宇宙で衝突するブラックホールによって宇宙に送られるかすかな兆候を捕捉する任務を負っています。
これらの衝突は非常に極端で、まるで川に石が落とされるかのように、周囲の空間と時間の構造を文字通り歪めます。しかし、重力波として知られるこの波紋を検出するのは非常に困難です。
MITで働くLIGOの科学者ネルギス・マヴァルバラ氏は、「重力波は非常に弱いため、検出するのが非常に難しい」と電子メールで語った。 「ブラックホールが衝突すると膨大なエネルギーが放出されるが、10億年後の地球上での波の影響はごくわずかだ。」
彼らに不利な可能性があるにもかかわらず、科学者たちはすでに衝突を検出するLIGO地球から数十億光年の距離にある 2 つの異なるブラック ホールのペア。そうすることで、彼らは 1 世紀以上前にアルバート アインシュタインが最初に提唱した理論の最後の部分の 1 つを確認しました。
では、LIGO はどのようにしてそれを行うのでしょうか?
LIGOの仕組み
とき重力波地球を通過する際、天文台のアームは陽子のほんの一部だけ伸縮しますが、LIGO の機器の感度が非常に高いため、科学者にとってはその小さな動きでさえ、重力波が存在したことを知るのに十分です。
光の速度は一定であるため、周囲の時空の歪みの影響を受けません。つまり、重力波が通過しているかどうかに関係なく、光は通常の速度で動き続けることになります。
重力波が地球の宇宙の一部を通過する場合のように、物質が光の周りで歪むと、特定の点に到達するために光が移動する必要がある距離が変化します。
科学者たちは、LIGO の設計においてこれを考慮し、それぞれを通過するレーザーを備えた 2 つの同一のアームを構築しました。
各天文台の両腕の長さは 4 キロメートル、または 2.5 マイルです。国内の 2 つの異なる地域に 2 つの同じ天文台があるのは無駄に聞こえるかもしれませんが、重力波の研究には実際に必要です。
マッシュ可能な光の速度
1 台の LIGO 機器だけが波動信号を受信した場合、それは実際には重力波によるものではない可能性がありますが、両方の機器が同時に同じものを観測した場合は、重力波が通過した可能性が高くなります。
天文台を運営している研究者は、各レーザーの端がいつアームの端に当たって跳ね返り、中心に向かって戻るかを正確に知っています。レーザーの 2 本のアームが正確に一致していない場合、それは重力波を捉えたことを意味します。
これは、波が地球を通過するときにアームがわずかに伸縮するために起こります。つまり、レーザーが中央で正確に一致しないことを意味します。
「LIGOが波を検出するためにしなければならなかったのは、単一の陽子よりも小さい（重力波の通過による）鏡の動きを測定することでした」とマヴァルバラ氏は語った。
「想像してみてください。鏡を 4 キロメートル（2.5 マイル）離して配置し、陽子のサイズの 1,000 分の 1 の距離で鏡が近づいたり遠ざかったりするのを観察してください。これは LIGO の技術的偉業であり、[そして]波の弱さ。」
あなたを通して波紋が広がる
この作戦全体の中で最も気が遠くなる部分は、おそらく、重力波が私たちの体も通過するという事実でしょう。
重力波が宇宙に波紋を広げると、時空の構造が歪むため、天文台の腕が変わるだけでなく、周囲の他のすべての物質も同様に変化します。
さて、重力波が地球の宇宙の一部を通過するときにそれを感じることができるかというと、そうではありません。波紋は時空の構造をわずかに変えるだけなので、それが起こっていることを私たちが認識できるものではありません。
言い換えれば、地球を揺るがす大規模な爆発で衝突したブラックホールによって宇宙に放たれた波紋は、私たちの体を通過し、私たちは気付かないのです。
LIGO は、検出器が最初の重力波を検出した 2015 年 9 月 14 日に、これらのブラックホール衝突の兆候を初めて捉えました。その波が音に変換されると衝突音が鳴る鳴き声のようなもの。
その日、私たちの周りで時空が歪み、高感度の機器が宇宙にさざ波を立てているのを発見することができました。
LIGOチームのメンバーは、この波が約13億年前に太陽の約30倍の質量を持つ2つのブラックホールが衝突してできたものであることを突き止めた。
科学者たちは、重力を生み出す物体がどのように機能するかを理解するために、これらの重力についてさらに詳しく知りたいと考えています。
研究者らは、ブラックホールの内部の仕組みについてはまだほとんど何もわかっていないため、ブラックホールが重力とどのように相互作用するかを研究することで、これらの神秘的な天体やそれに似た他の天体がどのように適合するのかをもう少し解明できるだろう。私たちの宇宙の構造。
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