天文学辞典 | 天文用語をわかりやすく解説

重力波

高

よみ方

じゅうりょくは

英 語

gravitational wave

説 明

一般相対性理論などの相対論的な重力理論一般に予言される重力場の波動的振動。一般相対性理論では、重力波は物質の四重極モーメント以上の高次モーメントの時間変化から放射される横波で、 その伝播速度は光速度に等しい。プラスモードとクロスモードと呼ばれる2つの偏光があり、 振動方向は45度違っている。1984年、中性子星連星系PSR1913+16 における重力波放射による公転軌道周期の減少が観測され、 その減少率が一般相対性理論の予言と一致することから、重力波の存在は間接的に証明されている。
重力波は電磁波を用いた通常の天文学的手段では観測できないブラックホールの形成過程、宇宙初期など超強重力場中における天体現象を 観測する唯一の手段であり、アメリカ、ヨーロッパ、日本、インドなどで大型干渉計を用いた重力波検出器(重力波望遠鏡ともいう)が建設された、あるいは建設中である。
このうちアメリカで建設されたLIGO (Laser Interferometer Gravitational-WaveObservatory)で、2015年9月14日、400メガパーセク(400 Mpc=13億光年)の彼方で太陽質量の約36倍と29倍のブラックホール連星が合体して太陽質量の62倍のブラックホールができた時の重力波が初めて直接検出された。その後2017年8月までにブラックホール連星の合体に伴う重力波が3回観測された。これらの重力波の発生源は、検出の年月日をつけてGW150914、GW151226、GW170104、GW170814と呼ばれている。この4回の重力波の発生源となった連星をなすブラックホールの質量は太陽質量の20倍を超えるものが多く、また合体後のブラックホールの質量はどれも太陽質量の20倍以上、最大のものは62倍である。従来X線で観測されている天の川銀河銀河系)内のブラックホールは太陽質量の10倍以下のものがほとんどなので、このような大質量のブラックホールの形成過程についても謎が生じている。
さらに2017年8月17日には5例目の重力波がLIGOとヨーロッパの重力波検出器Virgoで観測された(GW170817)。これはブラックホール連星の合体ではなく、40メガパーセク(40 Mpc=1.3億光年)という近距離にある銀河の中で、二つの中性子星同士が合体して重力波が発生してキロノバという大爆発が起きたことがすべての波長の電磁波で観測された。
マルチメッセンジャー天文学も参照。


Gravitational wave observation GW150914 with black hole merger simulation

https://youtu.be/-vYJdh8wALg

2018年04月22日更新

関連画像

初めて観測された重力波(GW150914)。ワシントン州の Hanfordとルイジアナ州のLivingstonにあるLIGOの2台の重力波検出器で検出した信号がモデルシミュレーションとよく一致している。色つきの図は、時間とともに重力波の周波数が高くなっていく様子を示している。
https://www.ligo.org/detections/GW150914.php より。
質量既知のブラックホールのデータ。以下の二つのサイトにある図を合体させて製作。
http://www.ligo.org/detections/GW170104.php
http://ligo.org/detections/GW170814.php