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重力波

太陽質量の1.6億倍?銀河中心から移動する超大質量ブラックホール発見!重力波の反動で飛び出した模様

 成長するブラックホール

 質量が太陽程度から太陽の数倍までの星の場合には、主系列星の後に赤色巨星の段階を経て、白色矮星となり次第に冷却して一生を終える。星が若い間は、水素の原子核が互いに結合してヘリウムが生まれる。この時のエネルギーによって星は自らの大きさを支えている。

 質量が太陽の約8倍よりも重い星の場合は、巨星に進化した後も中心部で核融合によって次々に重い元素ができ、最終的に鉄からなる中心核が作られる。鉄の原子核は結合エネルギーが最も大きいため、これ以上の核融合反応は起こらず、星の中心部は熱源を失って重力収縮する。収縮が進むと鉄の原子核同士が重なり始め、陽子と電子が結合して中性子へ変化し、やがて星の中心部がほとんど中性子だけからなる核となる。

 この段階では核全体が中性子の縮退圧によって支えられるようになるため、重力収縮によって核に降り積もる物質は激しく跳ね返されて衝撃波が発生し一気に吹き飛ばされる。これが超新星爆発で、爆発の後には中性子からなる核が中性子星として残されるが、中性子星が光やX線を激しく放出するパルサーとなることもある。


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およそ太陽の10億倍!「重力波」の反動で、銀河の外に弾き飛ばされた「超巨大ブラックホール」を発見

 2016年の最大の発見「重力波」

 質量を持つ物体が存在するとその周囲の時空はゆがみ、物体が運動することで時空のゆがみが光速で広がっていく。この「時空のゆがみの伝播=重力波」の存在はアインシュタインが1915年から1916年にかけて発表した一般相対性理論によって予測され、中性子星の連星の合体や超新星爆発、ブラックホールなどから発生すると考えられてきたが、これまで直接検出されたことはなかった。

 その予測からほぼ100年となる2015年9月14日、米・ワシントン州ハンフォードとルイジアナ州リビングストンに設置されているレーザー干渉計型重力波検出器「LIGO」によって、ついに重力波が世界で初めて検出された。

  検出された重力波は、約13億年前に太陽の29倍の質量と36倍の質量を持つブラックホール同士が合体して1つのブラックホールが作られた際、太陽3個分の質量がエネルギーに変換され放出されたものだ。重力波源の方向は特定できていないが、リビングストンではハンフォードに比べて7ミリ秒早く現象が記録されていることから、南半球がわの空域と思われる。


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いよいよ「重力波天文学の時代の華々しい幕開け」 LIGOチームが2度目の重力波を観測 ブラックホールが合体

LIGOチームが2度目の重力波を観測 ブラックホールが合体

 重力波を世界で初めて観測した米大学などの「LIGO」研究チーム が、ブラックホールの合体により生じた重力波を再び捉えることに成功した。 研究チームが日本時間16日未明発表した。ブラックホールの合体が宇宙で比較的頻繁に起きている現象であることを示し、日本の研究者も期待する「重力波天文学」の発展、確立につながる成果といえる。  

 LIGO研究チームによると、チームは2015年12月26日に重力波の信号を捉えた。地球から14億光年離れたところで、太陽の14倍と8倍の質量を持つ二つのブラックホールが合体した際の膨大なエネルギーが重力波となって放出されたという。

 同じチームが15年9月14日に初観測(発表は2月11日)した重力波は太陽の29倍と36倍の質量を持つ二つのブラックホールの合体により生じたとされる。今回観測された重力波を生んだエネルギーはこれよりは小さいが、LIGOの重力波望遠鏡は再び重力波を捉えた。


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米国「LIGO」が重力波初観測!アインシュタインの予言から100年、わずか水素原子1万分の1のゆらぎ

 「重力波が発見された」噂は本当だった

 今年に入って話題になっていた「重力波」が発見されたかもしれないという噂は本当だった。

 日本時間の2月12日午前0時半から始まった米国の「LIGO」の研究チームの会見では、研究者が一人ずつ交代で登場し成果を発表した。説明を終えるたびに、聴衆から拍手が起きた。

 発表によると、昨年9月14日、地球から13億光年離れた二つのブラックホールが合体したときに出たとみられる重力波を十分な精度で検出できたとしている。物理学誌「フィジカル・レビュー・レターズ」に論文が掲載された。

 「我々は重力波を検出しました」。ワシントンで開かれた記者会見で、研究リーダーの一人が宣言すると会場から大きな拍手がわいた。今後、別の現象や誤検出の可能性も含め、専門家の検証を受けることになる。


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「重力波」発見か?LIGOの公式発表に期待「予言」から100年、直接観測へ

 「重力波検出」のうわさ、科学界に波紋広がる

 今年の初め、ネットに驚くべきニュースが流れた。その一つが「重力波が発見されたかもしれない」というものだ。

 重力波は重力を持つものが移動するときに生じる波、通常は重力が小さいのでその波も観測されない。しかし、ブラックホールなどの巨大な重力をもつ天体が移動するときには大きな波が発生し、時空のゆがみとして伝わってゆくはずである。

 今回、観測されたのはアメリカの重力波研究施設のLIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory/レーザー干渉計重力波観測所)。現段階では、LIGOの公式発表はまだだが、内部から噂が出て、ツイッターなどをにぎわせている。正式には論文の発表を待たねばならない。


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発見すればノーベル賞!アインシュタイン予言の重力波観測装置KAGRAを公開!

 重力波観測装置KAGRA公開

 東京大学宇宙線研究所などは11月6日、岐阜県飛騨市の地下に建設が進む重力波観測装置KAGRA(かぐら)を報道陣に公開した。

 重力波は、物理学者アインシュタインが約100年前に存在を予言したが、今も直接観測できていない。KAGRAは、今年のノーベル物理学賞を受賞する同研究所長の梶田隆章教授(56)らが素粒子ニュートリノを観測した装置「スーパーカミオカンデ」の近くにあり、重力波の世界初観測を目指している。

 装置は、L字形に交わるトンネル内に長さ3キロ・メートルの管2本を渡した構造。管にレーザー光を通し、重力波によって起きると考えられる空間のゆがみを観測する。この日は山頂から約200メートル地下にあるレーザー光の検出装置などが公開された。2017年度から本格的に観測が始まる予定だ。


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私たちは巨大ブラックホールの衝突を目撃する!超巨大ブラックホールはどこまで成長?

 超巨大ブラックホールの成長

 銀河を観測すると、1000万程度の星で成り立つ矮小銀河から、100兆個の星々を持つ巨大な銀河まである。これら星々は恒星系、星団などを作り、その間には星間物質や宇宙塵が集まる星間雲、宇宙線が満ちている。ほとんどの銀河では質量の約90%をダークマターが占める。

 現在では明るい銀河の大部分は超大質量ブラックホールを持っているが、そのうちの多くは質量があまり多く降着せず、活動的でないと考えられている。これは、いくつかの銀河で見つかる活動銀河の根源的な動力と考えられ、銀河系もこの一例にあたると思われる。また、球状星団や矮小銀河の中心に大質量のブラックホールがあるかどうかははっきり分かっていない。

 ブラックホールはどこまで成長するのだろうか?やがて宇宙全体がブラックホールに吸収されることになるのだろうか?


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宇宙膨張の証拠”とされる、原始宇宙重力波の観測結果に“ノイズ”の可能性

 原始宇宙の重力波の行方

 重力波(gravitational wave)は、アインシュタインの一般相対性理論において予言される波動であり、時空(重力場)の曲率(ゆがみ)の時間変動が波動として光速で伝播する現象である。

 重力波は、巨大質量をもつ天体が光速に近い速度で運動するときに強く発生する。例えば、ブラックホール、中性子星、白色矮星などのコンパクトで大きな質量を持つ天体が、連星系を形成し、重力波によってエネルギーを放出しながら、最終的に合体することが考えられる。

 2014年3月17日、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの研究者グループは、南極に設置したBICEP2望遠鏡を用いて宇宙マイクロ波背景放射の偏光を観測し、解析結果から「原始の宇宙を渡ってきた重力波の直接的イメージを初めて得た」と発表したが、この発見の根拠は薄弱であるという新たな研究結果が発表された。


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