重力波とは何か?

Report
アインシュタインの奏
でる宇宙からのメロ
ディー
イラスト:Sora
JGW-G1201364-v1
東京大学柏キャンパス一般公開
サイエンスカフェ
平成24年10月26日
東京大学宇宙線研究所
川村静児
いったい何の話なんだろう?
重力波の話です。
2
重力波とは何か?
その前に
重力とは何か?
奥義:一般相対性理論の巻
(3分間コース)
Sora
重力とはあってなきがごとし!
綱の切れたエレベーター
5
しかし、りんごが上下左右に
4個あると?
綱の切れたエレベーター
6
地球
7
観測者から見ると
りんごは潮汐的な力を受ける
潮汐力
8
重力の本質:潮汐的な空間のひずみ
伸び
縮み
縮み
伸び
9
潮の満ち引き
月
満潮
干潮
地球
干潮
満潮
地球
月
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重力波とは?
潮汐的な空間のひずみが
光速で伝わっていく波
重力波とは?
潮汐的な空間のひずみが
光速で伝わっていく波
重力波のプロファイル
 アインシュタインが一般相対性
理論で存在を予言
 光速で伝わる
 真空中でも伝わる
 何でもすり抜ける
 まだ見つかっていない
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重力波は何から出るか?
電磁波
重力波
電荷
質量
14
重いものが速く動くほど
重力波がいっぱい出る!
天体現象
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重力波のイメージ
連星中性子星の合体
超新星爆発
連星ブラックホールの合体
CG/KAGAYA
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重力波は存在する!
テイラーとハルスの連星パル
サー の観測
 重力波を放出してエネルギーを
失い、軌道周期が変化
 1993年ノーベル賞

Taylor et al., ApJ.345(1989) p435
17
重力波で宇宙の始まりを観る!
人類究極の夢
宇宙誕生
10 -43 秒
(プランク時間)
重力波
ニュートリノ
1秒
(陽子、中性子の形成)
電磁波
38万年
(晴れ上がり)
137億年
(現在)
重力波天文学
背景放射
赤外線
電波
?
X線
重力波
ガンマ線
ガンマ線バースト
重力波によって想像を絶するような、新しい天
体が見つかることも期待できる
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余剰次元
• 重力波は余剰次元方向にしみだす
• すると重力波はその分弱く観測さ
れる
余剰次元の存在の検証
重力波は聞こえるはず?
鼓膜
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しかしその振動は・・・
重力波
10-24メートル
原
子
直接聞くのは不可能!
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超高感度の補聴器があれば・・・
中性子連星の合体
ブラックホール(太陽質量の
10倍)連星の合体
超新星爆発
耳をすませば?
音シミュレーション:
辰巳大輔(国立天文台)
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レーザー干渉計による
重力波検出
ミラー
ミラー
ビームスプリッター
レンズ
干渉光
スクリーン
レーザー
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鏡
アーム長が長いほど
感度が高い
鏡
鏡
レーザー
光検出器
鏡
レーザー
光検出器
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望遠鏡との違い
こっちから来ても・・・
あっちから
来ても・・・
ミラー
ミラー
ビームスプリッター
光検出器
こんなところから
レーザー
来ても・・・
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しかも・・・
雨の日でも・・・
昼間でも・・・
地球の裏側から
来ようとも・・・
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重力波源の方向は?
時間差から
方向が分かる!
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世界の大型干渉計
LIGO (4 km)
GEO (600 m)
TAMA (300 m)
KAGRA (3 km)
CLIO (100 m)
LIGO (4 km)
VIRGO (3 km)
KAGRA
重力波を検出し
重力波天文学を創成する
神岡
茂住
富山空港
車で40分
新跡津
空間のひずみ
KAGRAの特徴
周波数
神岡地下
低温鏡
先進的干渉計
KAGRAによって期待される
重力波の検出
• 中性子連星の合体:7億光年遠方、年回10
個?
• ブラックホール連星の合体:太陽質量の20倍
程度で65億光年遠方、年回1~30個???
• 超新星爆発:330万光年遠方???、数十年に1
個
• パルサー:銀河系内、???
トンネル掘削
新跡津
Y-エンド
防振システム
Top filter
Inverted
pendulum
2nd Floor
Rock
Rock
~13m
Prototypes
Top filter
4 - stage GASF
Standard
filter
1st Floor
Mirror
Rock
低温鏡用真空層
低温鏡用真空層
熱シールド
サファイア鏡
直径22 cm, 厚さ15 cm
KAGRAのスケジュール
Calendar year
プロジェクト
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
スタート
開発・設計
トンネル掘削
常温KAGRA
低温KAGRA
観測
インストール・
調整
インストール・調整
観測
さらに将来は?
問:もっと大きく?
答:宇宙へ!
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Sora
スペース重力波アンテナDECIGO
鏡
光検出器
レーザー
1,000 km
DECIGOの目的
• 宇宙誕生直後の世界を見る
インフレーションからの重力波を観測
• ダークエネルギーの性質を調べる
• ダークマターの正体を探る
• 一般相対性理論の高精度の検証
重力波の
夜明けは近いぜ
よ!
イラスト:
Sora

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