illustration/酒井春

時空の歪みとして捉えられた謎の重力波の存在。これは、ナノヘルツという非常に長い周期の重力波でした。この重力波は、ナノヘルツ単位という超長波長の重力波でした。この重力波の発生源はいったい何でしょうか!?インフレーション由来の原始背景重力波？巨大ブラックホールの合体が生み出した重力波？世界に衝撃を与えたこの発表の様子を話題の新刊『宇宙はいかに始まったのか　ナノヘルツ重力波と宇宙誕生の物理学』から紹介したいと思います。 【写真】宇宙に広がる謎の「ナノヘルツ重力波」。衝撃の観測報告と時空の歪みの正体？ *本記事は、『宇宙はいかに始まったのか』(ブルーバックス)を再構成・再編集したものです。

世界に衝撃が走った！20年にもわたる観測結果とは

2023年、米国東部時間の6月28日午後1時(日本時間、29日午前3時)、国際研究チーム・ナノグラブ(NANOGrav)が国際記者会見を開きました。 会場は、米国国立科学財団(NSF)です。これは史上初の重力波検出に成功したLIGO(ライゴ)チームが、2016年に記者会見を開いたのと同じ会場です。この重力波初検出は、翌年のノーベル物理学賞にも選ばれ、国内外で大々的に報道されたので、ニュースなどで目にした読者も多いと思います。 ナノグラブの成果は論文として雑誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に査読を経(へ)て掲載されました。 また、同じ日に他国の複数のチームも同様の発表を行っています。欧州・オーストラリアの電波天文台を中心とする各チームは、雑誌『アストロノミー・アンド・アストロフィジックス』に成果論文を発表し、インドを中心とするアジア地域のチームでは、熊本大学などの日本の研究者が参加しています。そのほかにも中国のチームが同様の発表をしています。 では、ここで発表された成果とは、どんなものだったのでしょうか。 それは、ある重力波の存在の証拠を見つけたというものでした。

「パルサー・タイミング・アレイ」とは？

パルサー・タイミング・アレイのイメージ図(図版作成:酒井春)

それならば、米国のLIGOや欧州の重力波望遠鏡Virgo(ヴィルゴ)による重力波検出と同じだと思われるかもしれません。しかし、ナノグラブの成果はそれとまったく異なるものなのです。 おおげさに聞こえるかもしれませんが、彼らの成果は、宇宙を観測する「新しい扉」を開いたともいえる衝撃を天文学者に与えました。 チーム・ナノグラブの行った観測を簡単に解説します。彼らの観測装置は「パルサー・タイミング・アレイ」とよばれるものです。 銀河系に分布するパルサーとよばれる天体を、あたかも「検出器を広範囲に並べたもの=アレイ」に見立てて観測するという意味です。文字どおり解釈すれば、多数のパルサーのタイミングを利用した観測ということになります。 少し詳しい方なら、パルサーと聞いて電波を発している星のことだと知っていると思います。パルサーは安定した周期で電波を発する星です。 では、このパルサーの電波からなにを調べたのでしょうか。 それが重力波の存在です。しかも、それはナノヘルツという単位であらわされる超 長波長の重力波なのです。