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 史上初めて、科学者は衝突する2つの中性子星の姿を写真におさめることに成功したそうだ。1億3000万光年先で起きたこの現象は「GW170817」と呼ばれている。

 それもすべて重力波天文学のおかげである。この天文学の一分野の専門家によって同現象が検出され、観測すべき場所が特定された。ゆえに光と重力波で同時に観測された初の事例でもある。

 この発見は重力波の5度目となる検出だ。それだけでも素晴らしいことであるが、特筆すべきは重力波の発生源を初めてピンポイントで特定できたことだ。
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重力波検出器の増設と中性子星の衝突が重なる好条件


 以前の4度にわたる検出は、連星ブラックホールの衝突(あるいは融合)で放たれた重力波を捉えたものだった。それがピンポイントで観測できなかった理由は主に2つある。

 まず今年の初めまで検出器が2ヶ所にしかなかった。米ルイジアナ州リビングストンとワシントン州ハンフォードのLIGO(レーザー干渉計重力波天文台)だ。このため3番目の発見までは空のかなり広い範囲までしか特定できなかった。

 しかし、そこへイタリアのVirgo加わり、位置を特定する精度が10倍に向上した。何しろ4回目の検出からほんの数週間しか経っていない。

 2つめの理由は、ブラックホールが本質的に見えないということだ。あらゆる光を吸収するため、周囲の空間の変化からその存在を推測することしかできない。一方、中性子星はよく見える。ゆえに中性子星同士の衝突は待ちに待たれたイベントであった。

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 今回の観測にはおよそ70もの地上および宇宙空間に設置された天文台がLIGOとVirgoに加わり、レンズ状銀河「NGC 4993」の右隣にあるうみへび座内の狭い領域を調査した。

 最初の検出器が反応したのは日本時間で8月17日21時41分のことだ。

 その1.7秒後、NASAフェルミガンマ線宇宙望遠鏡とESAインテグラルが強いガンマ線バーストを同じ空で検出した。

 だが、その”さえずり”はこれまでとは違った。それは音声データに変換された波なのだが、ブラックホールの衝突の場合はほんの一瞬しか続かない。

 ところがGW170817の場合は100秒近くも続いた。世界中の科学者が大慌てでうみへび座へ望遠鏡を向け、中性子星であるらしいことが判明した。

5_e7

 中性子星は超大質量星がその一生の最後のサイクルで見せる姿だ。超大質量星の核が崩壊すると陽子と電子が圧縮され、中性子とニュートリノに変わる。

 ニュートリノはそこから逃げ出すが、中性子は10〜20キロの直径の核にとんでもない密度で詰め込まれる。もしこの核が太陽質量のおよそ3倍未満であれば、この密度によって生じる圧力が崩壊を防ぎ、中性子星となる。しかしそれより大きくなると崩壊し、ブラックホールになる。

 GW170817の2つの中性子星は太陽質量の1.1倍と1.6倍程度で、約300キロの距離のところを内側へ向かう螺旋軌道を描きながらお互いに周回。両者の速度が高まるにつれて、周囲の時空が歪み、宇宙へ向けて波紋を広めていった。

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image credit:P.S.cowperthwaite/E.Berger/DECam

 
 専門家が観測している距離であれば、最後に起きた衝突は極めて明るいもので、強烈なガンマ線の”火の玉”として観測された。その様子は下の動画で見ることができる。中央の大きく明るい点がNGC 4993銀河で、その少し左上にあるのがGW170817である。


Changing colour time-lapse from VISTA

 その衝突は太陽と比べてもさほど大きいものではない。1億3000光年で発生し、目で見ることができる。

 しかし先ほどから述べているように、ガンマ線バーストが観測されているのだ。これまでガンマ線バーストは中性子星に起因するのではないかと疑われてきた。

 今、LIGOとVirgoが素晴らしいデータをもたらし、我々はその答えを得ることができた。重力波によって合体した天体は中性子星に相当する質量があり、ガンマ線がそれはブラックホールではないことを告げている(ブラックホールなら光を放たないと予測されるため)。

 さらに、またもやアインシュタインが1915年に発表した予言が正しかったことも証明された。重力波の速度が光と同じことを実証しているからだ。

 今後数週間から数ヶ月、専門家はキロノヴァの詳細を探るため、衝突の観測を続けることになる。衝突で残された物質はまだ明るく輝きながら宇宙空間を広まっている。詳細が明らかになれば、いずれ論文として発表されることだろう。まだまだ研究すべきことはたくさんある。

via:NASA / nytimes / forbesなど/ translated by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1.

  • 2017年10月18日 10:07
  • ID:wL5ZtSp80 #
2

2. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 10:44
  • ID:T7cZ7Dif0 #

うーーーん、難しいね!
何度聞いてもよくわからん

3

3.

  • 2017年10月18日 11:11
  • ID:G5gkFGn00 #
4

4. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 11:12
  • ID:iTQHGAjZ0 #

重力津波てなもんも、あるのかねぇ

5

5.

  • 2017年10月18日 11:40
  • ID:cZ25dfxs0 #
6

6. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 11:51
  • ID:QHDk3p2B0 #

重力波関連のニュースを聞くたびに「凄い」と思うのは、アインシュタインが1916年に予言していたということ。今年は2017年だから、100年以上前ということになる。本物の天才だったんだなぁ、と感服してしまう。

7

7. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 12:09
  • ID:sxY.j8En0 #

ぐらびとーん

8

8. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 12:37
  • ID:a8PGFXHv0 #

> 重力波が本質的に見えないということだ。
> あらゆる光を吸収するため、周囲の空間の変化からその存在を推測することしかできない。
> 一方、中性子星は〜

ここの説明は、重力波じゃなくて、ブラックホールの間違い?

9

9. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 13:03
  • ID:hzQOtMWZ0 #

KAGRA はどうなんだろう?

10

10. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 13:31
  • ID:hWt9nQpW0 #

宇宙で最も重い物質と言ってもいい中性子星なので地球と比べても極小サイズの中性子星2つの衝突は、太陽が一生かけて出すよりも多いエネルギーを一瞬で放出すると同時に、金等の重い金属を宇宙空間にぶちまける
衝突した後の中性子星はそのまま融合してブラックホールになる可能性が高い(少し大きな中性子星になる可能性もある)
ちなみに中性子星という名前でも構成物質の全てが中性子ではなく、表層には陽子や電子も存在している

11

11. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 16:21
  • ID:27s1YFVe0 #

※8
ですね。
内容的にも文脈的にも「ブラックホール」ですね

12

12. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 16:38
  • ID:iEi4hWcu0 #

金の元素って今回の星レベルじゃなくて銀河同士が衝突しないとできないんじゃなかったっけ?

13

13. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 16:42
  • ID:5YeWTZio0 #

はじめの方高年前ってなってる
光年

14

14. じょん・すみす

  • 2017年10月18日 18:55
  • ID:87N3oBHp0 #

しかし、新しく重力波検出器を稼働させたすぐ後に、重力波が検出されるなんて
話が出来過ぎてる様な気もするな。
しかも、このような事象はこれが初めてじゃないんだ。
世界初の重力波検出器が稼働を始めた時も、その直後に
重力波と思われる反応が出たんで、大騒ぎになったとか言う話。
もっともこれは、ただのノイズだと言われてますがね。

15

15.

  • 2017年10月18日 20:40
  • ID:A61Oz4Sk0 #
16

16.

  • 2017年10月18日 20:43
  • ID:Y0Ys6Exf0 #
17

17. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 21:05
  • ID:bhic7jiv0 #

※6
実は未来人だったりしてな

18

18. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 21:37
  • ID:.eM3nD.G0 #

※4
恐らく人間でも異常を感知できるほどの重力波なんて宇宙壊滅規模じゃないとこないんじゃないかな。
逆を言えば「もし」この宇宙がビッグクランチ宇宙であればその末期に味わう事もあるかも知れない、そこにそれを感知できる生命体がいればの話になるけれど…

或いは地球の側をまるでいつもの小惑星のように通り過ぎるブラックホールの余波とかで…まぁ重力波より物理的壊滅の方が先だろうけど…w

19

19. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 22:53
  • ID:37FkeRvy0 #

記事を読み返してもほぼ理解できないが、重力波という字面がひどく気に入った
重力波通信とか重力波レーダーとか重力波投射砲とか、いかにも何かに出てきそう

20

20. 匿名処理班

  • 2017年10月18日 23:05
  • ID:7G7uzk2D0 #

※12
理論的には、核融合で創られる元素は鉄までで、鉄より重い元素が創られるほど、パウリの排他原理に従いそれだけの陽子・中性子が結合できるだけの高密度・高エネルギーが生まれるには超新星爆発のような、大規模なエネルギー放散の内部が必要、と考えられてます。

で、今回の中性子星合体については、質量の一部がエネルギーに変換され、いわば核融合をしのぐ大爆発が起きてるわけで、その際に重元素の生成が起きるわけです。

そして銀河の衝突についてですが、銀河系中心部を除くと(太陽から最も近い恒星ケンタウルス座アルファ星まで4.3光年も離れてるように)星間密度は極めて低いので、星同士がぶつかる、ということはほとんどありえません。ただ銀河が衝突すると銀河同士の重力の相互作用で星間ガスが圧縮され、爆発的に星が誕生しますが。ただそれが重元素生成につながるか、といえば、銀河中心部を別にすればほぼ関係ないでしょう。

ブラックホールの合体とはどのようなものか?というのを考えるのは楽しいものですが、事象の地平面の内側で起こっていることは外部には出てこない、が原則なので、これについては分かりません。(超弦理論的に考えれば、事象の地平面内部では排他原理によりいわゆる素粒子も構成されなくなるので、素粒子を構成する ひも になる、ということになるんでしょうけど、どうなんでしょうね……)

21

21. 匿名処理班

  • 2017年10月19日 07:24
  • ID:n1ZwK.700 #

※19
「SFはどこまで実現するか」って本に重力波通信ネタが載っている
古いハードSFが好きならオススメ

22

22. 匿名処理班

  • 2017年10月19日 09:44
  • ID:X4.5GCey0 #

「速度は…”重さ” ”光”の速度で蹴られた事はあるかい」

23

23. 匿名処理班

  • 2017年10月19日 09:49
  • ID:.CRBZ9nJ0 #

アインシュタイン「俺言うほどドヤ顔してるかぁ〜?」

24

24. 匿名処理班

  • 2017年10月19日 10:06
  • ID:Kkd3QHP00 #

誰か、擬人化して説明してもらえまいか

25

25. 匿名処理班

  • 2017年10月19日 12:40
  • ID:8Y2..uEG0 #

中性子星の衝突って、記事の画像みたいな岩同士の衝突じゃなくて水滴同士がくっつくイメージだったんだけどどうなんだろ

26

26. 匿名処理班

  • 2017年10月19日 17:42
  • ID:To5OaLn40 #

※14
それだけ重力波は宇宙にはありふれた現象って事じゃね

27

27.

  • 2017年10月19日 23:54
  • ID:FOjrldG40 #
28

28. 匿名処理班

  • 2017年10月20日 02:48
  • ID:UMVljPC50 #

コンピュータのコの字もなかった100年前にこれを予測したアインシュタインは未来人としか思えない

もしも彼が現代に生まれていたらどんな偉業を成し遂げたんだろうか

29

29. 匿名処理班

  • 2017年10月21日 10:29
  • ID:v1zC3fxm0 #

ガンマ線バーストの発生原因が中性子星同士の合体により発生するものなら
宇宙空間には意外と中性子星同士の連星系があるということだな。
恒星の連星系はかなりあるようだから、この恒星が両方とも中性子星になるということか?

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