中性子星の衝突により5度目の重力波を検出、発生源を初めてピンポイントで特定

　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。

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。



　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。



　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。



　
　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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