宇宙重力波望遠鏡

宇宙重力波望遠鏡LISAとは

宇宙重力波望遠鏡（Laser Interferometer Space Antenna; LISA）は、欧州宇宙機関（ESA）が中心となって進めている重力波観測のための宇宙ミッションです。アメリカ航空宇宙局ジェット推進研究所（NASA-JPL）との共同プロジェクトであり、重力波天文学の新たな地平を切り開くことが期待されています。

観測のしくみ

LISAは、3機の人工衛星を、地球・太陽軌道系（黄道面）に対して20度の傾きを持った軌道に投入し、各衛星間を500万km離して周回させます。この3機の衛星を、レーザー光を用いた干渉計として機能させ、レーザー光の微弱な干渉縞を観測します。500万kmという長大な基線長により、地上では捉えることが難しいMHz帯の重力波を検出することができます。衛星間の同期は、原子時計を搭載したマスタークロックによって行われます。重力波は、レーザー光の経路を通過する際に生じる、光子の微細な振動として観測されます。

計画の経緯

宇宙におけるレーザー干渉計の構想は、1980年代に遡ります。地上でのレーザー干渉計は、基線長を長くすればするほど莫大な費用がかかります。しかし、重力波観測においては、基線長が長いほど、微弱な振動を捉えることが可能になります。ESAとJPLは、ハッブル宇宙望遠鏡の技術を応用し、正確に天体を長時間露光する技術を用いて、重力波観測を実現しようとしています。

重力波天文学におけるLISAの役割

重力波は、電磁波と同様に波動の性質を持ち、宇宙膨張による赤方偏移の影響を受けます。そのため、遠方の天体からの重力波を観測するためには、長い基線長を持つ重力波望遠鏡が不可欠です。例えば、TAMA300は基線長が300mであるため、銀河系内で起こる重力崩壊などの現象によって生じる重力波しか検出できません。LIGOは基線長が4kmおよび2kmと長いため、おとめ座銀河団内で起こる現象も捉えることが可能です。LISAは、さらに長い基線長によって、銀河系誕生時に生じたと考えられる活動銀河核（クェーサー）など、より遠方の宇宙で発生する重力波を検出することを目指しています。

恒星の終末と重力波

恒星は、超新星爆発を起こし、その内部に中性子星を残すことがあります。その臨界質量はチャンドラセカール質量と呼ばれています。太陽質量の2.3倍程度の恒星は超新星爆発を起こし、4倍を超える質量を持つものは、中心部の鉄原子が重力崩壊し、中性子星として残ります。ブラックホールになるためには、残った中性子星がさらに重力崩壊を起こす必要があります。重力波は、このような宇宙の激しい現象を観測する上で重要な役割を果たします。

先行機と後継機

LISA計画に先立ち、2015年12月3日には、技術実証機としてLISA パスファインダーが打ち上げられました。また、LISAの後継機として、ビッグバンオブザーバーが計画されています。

参考文献

中村 卓史, 大橋 正健, 三尾 典克 (著), 重力波をとらえる―存在の証明から検出へ, 京都大学学術出版会, 1998
日本物理学会(編), 宇宙を見る新しい目, 日本評論社, 2004.
日本天文学会(編), シリーズ「現代の天文学」第8巻 -ブラックホールと高エネルギー現象-, 日本評論社, 2007
柴田大(著), UT-Physics 第3巻 - 一般相対論の世界を探る 重力波と数値相対論 -, 東京大学出版会, 2007

関連項目

重力波天文学
重力波 (相対論)
LISA パスファインダー - LISAの先行機
ビッグバンオブザーバー - LISAの後継機

外部リンク

LISA計画オフィシャル：NASAジェット推進研究所
LISA計画オフィシャル:ESA
* LIGO_web/about/factsheets/ligo_fact_sheet_v4.pdf'>技術及び科学資料：カリフォルニア工科大学 (Internet Archive)

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