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2014年9月 7日 (日)

重力波検知へ日米欧が競う。アインシュタイン100年前の宿題!

ガリレオの時代から天文観測は目で見る光が主でした。そして20世紀に入って電波やエックス線が使われるようになると太陽や星雲、ブラックホールなど宇宙の新しい姿が次々明らかになってきました。ニュートリノで超新星爆発をとらえた小柴氏は「天文学に新手法を開いた」と、2002年にノーベル物理学賞を受けています。さらに重力波を利用すれば、ビッグバン前後の宇宙の姿までも見える可能性があると期待されています。

 

このように宇宙の謎の解明を目指す日米欧の研究者たちがアインシュタイの残した「宿題」の答えを見つけようと最後の追い込みをかけており、「宇宙からくる重力波を捉えよ」という難問が100年ぶりに解決するかもしれません。日本では、飛騨の山中にある神岡鉱山に、謎の粒子ニュートリノを検出するスーパーカミオカンデがあることで有名です。そこに今年夏、新しいトンネルができました。L字型で一辺が3キロもあるトンネルで、「重力波」を検知しようと言うものです。

 

アインシュタインは1916年に一般相対性理論を発表しました。宇宙空間はゴムのように伸び縮すると主張し、星の周りの空間が伸び縮することで重力が伝わることを示したのです。また、強い重力を持つ星が衝突や爆発をすると、周囲の空間が激しく伸び縮みし、その揺れが地球まで伝わると予言したのです。これが重力波で波紋のように広がるイメージです。空間自体が伸縮するため、重力波が来るとトンネルの長さも変わるそうで、その変化を直接観測しようとしているのです。

 

しかし、重力波による変化はごくわずかで、地球と太陽の距離がたった原子1個分縮むだけなのです。しかもそんな小さな変化をレーザー光で検知すると言うのです。それはL字型トンネルの両方の腕に、2枚の鏡を向い合せに置き、その間でレーザー光線を往復させるというものです。重力波でトンネルが伸縮し、2本の腕の長さが少しでも食い違うと、往復するレーザー光の波がずれ、検知器に信号が出るというものです。

 

検知には鏡の精度が重要で、サファイアで作った直径22センチの鏡を原子1個分の凹凸もなく磨くのですが、精巧な鏡も揺れれば台無しになることから、揺れを防ぐため7つの振り子を組み合わせて13メートルの上からつるすのだそうです。そのため、零下250度で凍らせて鏡の分子の振動も抑えると言うのです。鏡になるべく触れず冷やすのが難しく、その冷却機も振動してはいけないという事で、最高精度の技術に100年かかったそうです。

 

狙うのは、高密度で重力が強い中性子星からの重力波です。2つの中性子性がお互いの周りを回る「連星」は、特徴的な重力波を出すと予想され、普通の状態では光は打ち消し合って消えるのですが、重力波が来た時波がずれて光の信号が出ると言うのです。重力波がどの方向からくるかを知るには、3か所での同時観測が必要です。そのため日米欧で施設を作っていますが、競争は激烈で、完全な解明には日欧米の協力が不可欠だと言います。

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