史上初、ブラックホールが衝突したときに生じる音色の抽出に成功（米研究）※要音声

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　鐘をハンマーで叩けば、金属の振動が反響してカーンと鳴り響く。例えば格闘技の試合で使われるゴングや、打楽器の銅鑼（どら）などがそうだろう。

　実はブラックホールとブラックホールが衝突して新しくブラックホールが誕生したときも似たような現象が生じるらしい。

　だが、それは音波ではなく、宇宙に波紋のように広がる重力波だ。そうした重力波はいくつかの音で構成される和音のようなものなのだとか。

　一般相対性理論によれば、そこにはブラックホールの質量やスピンをうかがい知るための情報が含まれている。

　今回、また新たなる相対性理論の試金石となった研究において、和音を構成する個々の音色を解析する方法が考案されたとのことだ。

　そして史上初めて、和音からふたつの音を検出することに成功。これは既存の技術では不可能とされてきた快挙であるそうだ。

「ブラックホール無毛定理」を直接検証した初の実験的測定

　突然だが、ブラックホールには毛がないそうだ。はて、いったい何のことだろう？

　一般相対性理論によれば、ブラックホールで観測可能な量は、質量とスピン（正確には質量、電荷、角運動量）のみである。

　この特性のことを「ブラックホール無毛定理」という。

　これは米物理学者ジョン・アーチボルト・ホイーラーが「ブラックホールには毛がないので、それぞれを区別できない」と表現したことにちなんだものだ。

　今回の研究で質量とスピンがブラックホールの唯一検出可能な特性であると推測することができたようで、やはりブラックホールには毛がないらしい。

　そして、このことは一般相対性理論の正しさがまたも証明されたということでもある。

　米マサチューセッツ工科大学の物理学者マキシミリアーノ・イシ氏は、

私たち全員が一般相対性理論は正しいだろうと予測していたが、こうしたやり方で理論が確認されたのは初めてのこと。これは「ブラックホール無毛定理」を直接検証することができる初めての実験的測定だ。

でも、ブラックホールには絶対に毛が生えないことを意味するわけではない。ブラックホールは毛のない状態でまた一日を過ごしたということだ

と語る。

衝突したブラックホールの音は？

　さて、話題の “衝突” は、2015年9月に史上初めて検出された重力波「GW 150914」を生じさせたもの。この重力波を音波に変換してみたところ、水中で気泡が弾けたかのような音になったという。その音は以下の動画で確認することができる。

　ふたつのブラックホールがひとつに合体したちょうどそのとき、新しく誕生したブラックホールはほんの束の間だけ振動し、微かな重力波を周囲に投げかける。

　この現象はリングダウンと呼ばれているのだが、これまでは衝突で発生した重力波がピークを迎えた後では、微弱すぎて検出も解析もできないだろうと考えられていた。

　以前、イシ氏らはシミュレーションを通じて、重力波がピークを迎えた直後、リングダウンには耳障りな倍音が含まれているだろうと予測した。

　そして、この倍音という文脈において衝突で発生した音を解析したところ、新ブラックホールが鳴り響かせている音色を抽出することができた。

　そこでイシ氏らは、この成果を「GW 150914」に応用してみた。すると、やはり鳴り響く音色の抽出に成功し、それどころかふたつの別個の音（別個の振動周波数）まで特定することができた。

　米コーネル大学のサウル・テウコルスキー氏によると、

これは驚くべき結果だ。従来の常識ならブラックホールの余韻が落ち着いてしまえばどんな音を検出できても倍音はほぼ完全に消失してしまっているだろうとされていたのだから

とのこと。

　だが、実際はメインの音が可視化される前であっても、倍音を検出可能であることがわかったのだ。

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次世代のテクノロジーをでリングダウンの検出がさらに容易に

　アインシュタインは、リングダウンの音の高さと減衰は新しく誕生したブラックホールの質量とスピンの直積であろうと予測している。

　そこで研究チームが、ふたつの音の高さと減衰から質量とスピンを算出してみたところ、従来の計測値と一致した。

　つまりブラックホールのリングダウンの倍音検出は、既存の技術によって可能であることが証明されたのだ。

　今後登場する次世代のテクノロジーならば、いっそう容易にリングダウンを検出できるようになるだろう。

　イシ氏は、

将来的には、地上や宇宙にもっと高性能の検出器が設置されるようになるだろう。そうなれば、ふたつどころか、数十もの検出が可能で、その特性をピンポイントで特定できるようになるはず。

もしこれらがアインシュタインが予言したようなブラックホールではなく、なおかつワームホールやボソン星のようなエキゾチックな天体がたくさんあるのならば、同じようには鳴らないかもしれないが、それを見るチャンスだってあるだろう

とコメントしている。

　この研究は『Physical Review Letters』（9月12日付）に掲載された。

References:MIT News / written by hiroching / edited by usagi

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