LIGO

LIGO（レーザー干渉計重力波観測所）とは

LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）は、アルベルト・アインシュタインが1916年に提唱した重力波を検出するための、大規模な物理学実験施設です。日本語では「レーザー干渉計重力波観測所」と訳されます。このプロジェクトは、カリフォルニア工科大学のキップ・ソーン、ロナルド・ドリーバー、マサチューセッツ工科大学のレイナー・ワイスによって1992年に共同設立され、世界中の900人以上の科学者が参加する国際的な共同研究です。

LIGOの目的

LIGOの主な目的は、宇宙に存在する重力波を直接観測することです。重力波とは、アインシュタインの一般相対性理論で予言された、時空の歪みが波のように伝わる現象です。1916年の発表当時は、その検出に必要な技術が存在しませんでした。しかし、1974年にパルサー連星系の軌道減衰が観測され、間接的に重力波の存在が確認されました。この発見は、ラッセル・ハルスとジョゼフ・テイラーにノーベル物理学賞をもたらしました。

重力波の直接検出に向けた研究は、長年にわたり続けられてきました。1960年代には、ジョセフ・ウェーバーが共振型質量バー検出装置を用いた先駆的な研究を行いました。1970年代には、ロバート・L・フォワードらの研究により、レーザー干渉法が重力波測定に応用されるようになりました。

LIGOの仕組み

LIGOの中核となるのは、マイケルソン干渉計です。この干渉計は、10の-21乗という極めて微小な相対ひずみを検出することができます。これは、地球と太陽の距離に対して、水素原子の直径程度の歪みに相当します。具体的には、レーザー光を二方向に分割し、それぞれ4kmの真空パイプを往復させて再び合流させます。重力波が通過すると、時空の歪みによって光の経路がわずかに変化し、この変化を干渉縞のずれとして捉えます。

LIGOの観測所

LIGOは、アメリカの2箇所に観測所を設置しています。

リビングストン観測所（ルイジアナ州）
ハンフォード観測所（ワシントン州）

これらの観測所は、3002km離れており、重力波が到達する時間に約10ミリ秒の差が生じます。この時間差を利用することで、三角測量の原理で重力波の発生源を特定することができます。

観測の歴史

LIGOは、2002年から観測を開始しましたが、初期の運用では重力波を検出することができませんでした。その後、2015年に検出感度を大幅に向上させたAdvanced LIGOにアップグレードされました。2015年9月14日には、Advanced LIGOによって、初めて重力波が直接検出されました。この重力波は、13億光年離れた場所で発生した、太陽質量の36倍と29倍のブラックホール同士が合体した際に生じたものです。

観測成果

LIGOの観測成果は、以下の通りです。

ブラックホール連星の合体の初観測
恒星質量ブラックホール連星系の存在の実証
一般相対性理論の検証
重力波天文学という新たな分野の開拓

Advanced LIGO

Advanced LIGOは、初期型LIGOの10倍の感度を持つように設計されています。これにより、より遠くの重力波源を観測できるようになり、宇宙の理解を深めることが期待されています。

将来の展望

LIGOの研究は、今後も継続され、より高感度の検出器の開発が進められています。また、インドに新たな観測所を建設する計画も進められており、国際的な観測ネットワークの構築が目指されています。これにより、より多くの重力波を観測し、宇宙の謎を解明することが期待されています。

注釈

重力波は、時空の歪みが光速で伝わる波のことです。
マイケルソン干渉計は、光の干渉を利用して微小な距離変化を測定する装置です。
ファブリ・ペロー干渉計は、光を多重反射させて干渉を強める装置です。
ブラックホール連星は、ブラックホールが二つペアになっている状態です。
チャープとは、重力波の振動数が時間とともに変化する現象です。これは、連星ブラックホールが合体する際に見られます。
バーストとは、短時間でエネルギーが放出される現象で、重力波のバーストは、超新星爆発などの激しい宇宙現象で発生すると考えられています。
準固有振動鳴響は、天体が振動した際に発生する特有の振動です。
指数関数的減衰は、振動が時間とともに減衰していく現象です。

外部リンク

LIGO科学コラボレーション
LIGO 研究室
LIGO ニュースブログ
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