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日本の観測チームが「重力波」の源を世界で初めて光で捉えた

掲載日:2017年10月17日

今年のノーベル物理学賞は、「重力波」の観測に世界で初めて成功した米国の3氏に決まった。ただし、その重力波を発するもとになった天体現象を、この目できちんと見たわけではない。観測でわかった重力波の性質などから、「二つのブラックホールの合体」による重力波だと推定されている。広島大学、国立天文台、東京大学などの研究者が参加する日本の重力波追跡観測チームは16日、重力波を出した「二つの中性子星の合体」を、人間の目で見える可視光や赤外線などを使った観測で特定することに成功したと発表した。重力波の発生源を可視光や赤外線などの「電磁波」で確認した、世界初の成果だという。

この重力波は、今年の8月17日に、米国の重力波観測装置「LIGO(ライゴ)」とヨーロッパの「Virgo(バーゴ)」で捉えられた。ブラックホールの合体では光は出ないが、LIGO-Virgoチームは、今回の重力波は別の天体現象によるものとみられることを、世界の研究者に向けてすぐさま発信。これを受けて日本の観測チームは、ハワイにある国立天文台の「すばる望遠鏡」を始めとするさまざまな望遠鏡で観測を開始した。

そのデータを分析した結果、8月17日の重力波を生み出した天体現象からは、さまざまな波長の電磁波が放出されたことがわかった。これは、ブラックホールではなく中性子星が合体した際の特徴だという。中性子星は、1立方センチメートルあたりの重さが10億トンにもなる高密度の星だ。中性子星の合体でも重力波が出ることは、理論的に予想されていた。

合体の詳細も明らかになった。地球からの距離は1億3000万光年。観測された可視光は、重力波の到着から日を経るごとに急に弱くなっていったのに対し、赤外線はなかなか減らなかった。中性子星の合体により、金やプラチナ、レアアースなどが生まれる「キロノバ」という現象が起きれば、可視光や赤外線はこのような減り方をするはずだ。それが、実際に観測されたのだ。

かつて、金やプラチナなどの「重い元素」は、星がその最期に起こす「超新星爆発」でできると考えられていた。しかし、近年の研究で、その可能性は薄いとみられるようになった。新たな候補となる中性子星の合体が実際に確認されたことは、重い元素の起源に迫る一歩になるという。

今回の研究成果には、重力波の観測だけでなく、可視光や赤外線、ガンマ線の観測、星がさまざまな元素を生み出す過程の理論的研究など、多くの分野が横断的にかかわっている。今回の現象は、海外でも多くの望遠鏡が観測している。LIGO-Virgoチームは、世界中の天文学者たちの協力による成果として発表した。私たちがついに手にした重力波の観測をきっかけに、新たな「重力波天文学」がすでに育ち始めているのかもしれない。

図1 日本の観測チームが観測に成功した重力波の発生源。1億3000万光年のかなたで中性子星が合体した。これを「すばる望遠鏡」などで観測し、そのデータを合成した。左図から6日たった右図では、少し赤みが増している。(国立天文台・名古屋大学提供)
図1 日本の観測チームが観測に成功した重力波の発生源。1億3000万光年のかなたで中性子星が合体した。これを「すばる望遠鏡」などで観測し、そのデータを合成した。左図から6日たった右図では、少し赤みが増している。(国立天文台・名古屋大学提供)
図2 中性子星が激しく合体し、「重い元素」を生み出す反応が起きている現象の想像図。(国立天文台提供)
図2 中性子星が激しく合体し、「重い元素」を生み出す反応が起きている現象の想像図。(国立天文台提供)

動画 中性子星が合体し、しだいに赤っぽくなっていく様子のシミュレーション。合体から15日分を示した。(国立天文台提供)

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