発見は天文学の新時代を開く

これが重力波の最初の発見でした。アインシュタインの一般相対性理論の重要な予測を証明しました。そして今、新たな重力波の発見により、天文学のもう一人の「巨人」であるスティーブン・ホーキングの理論が検証されました。

重力波とは何ですか?

重力波は、光速で伝わる時空の「さざ波」です。重力波は、ブラックホールの衝突や中性子星と呼ばれる巨大な恒星残骸の合体など、極めて高速に加速された質量の大きい天体によって発生します。

宇宙を伝播するこれらの波紋は、2015年9月14日に米国のレーザー干渉計重力波観測所（LIGO）の2つの検出器によって初めて直接観測されました。

GW150914と呼ばれるその最初の信号は、それぞれ太陽の30倍以上の質量を持ち、地球から10億光年以上離れた2つのブラックホールの衝突によって生じたものだ。

これは、100年前にアインシュタインの相対性理論によって予言された重力波の、初めての直接的な証拠でした。この発見により、ライナー・ワイス、バリー・バリッシュ、キップ・ソーンの3人の科学者が2017年のノーベル物理学賞を受賞しました。

シミュレーションでは、互いの周りを回る 2 つのブラックホールによって生成される重力波が示されています ( ビデオ: MPI)。

10年足らずで数百の信号

2015年以来、LIGOに加え、イタリアのVirgoや日本のKAGRAといった検出器によって300以上の重力波が観測されています。

ほんの数週間前、LIGO/Virgo/KAGRAの国際協力機構は、4回目の観測から得られた最新の結果を発表し、既知の重力波の数が2倍以上に増加した。

最初の発見から10年後、オーストラリア研究会議の重力波発見センター（OzGrav）のオーストラリア人科学者を含む国際協力チームが最近、新たな重力波信号「GW250114」を発表した。

この信号は、GW150914 とコード化された最初の重力波信号のほぼ完璧なコピーです。

GW250114を生み出したブラックホール衝突は、GW150914と非常によく似た物理的特性を持っています。しかし、過去10年間の重力波検出器の大幅な改良により、新しい信号ははるかに鮮明に観測されました（GW150914の約4倍の強さ）。

興味深いのは、これによってもう一人の先駆的な物理学者、スティーブン・ホーキングの考えを検証できるということです。

ホーキングも正しかった。

50年以上前、物理学者のスティーブン・ホーキングとヤコブ・ベッケンシュタインはブラックホールを説明する一連の法則を定式化しました。

ホーキングのブラックホール力学の第二法則（ホーキングの面積定理としても知られる）は、ブラックホールの事象の地平線の面積は常に増加しなければならないことを述べています。言い換えれば、ブラックホールは崩壊することができません。

一方、ベッケンシュタインは、ブラックホールの面積がそのエントロピー（あるいは無秩序性）と直接関係していることを示しました。熱力学第二法則によれば、エントロピーは常に増加し、宇宙は常に無秩序化しています。ブラックホールのエントロピーも時間とともに増加するため、ブラックホールの面積も増加するはずです。

これらの考えをどのように検証できるでしょうか？ブラックホール同士の衝突は最適なツールであることが判明しました。この新たな測定の精度により、科学者たちはホーキングの面積定理をこれまでで最も正確に検証することが可能になりました。

最初の検出であるGW15091を使用したこれまでの実験では、信号がホーキングの法則と一致することが示唆されたが、確実に確認することはできなかった。

ブラックホールは驚くほど単純な天体です。ブラックホールの地平線の面積は、天文学的なブラックホールを記述するために必要な唯一のパラメータである質量と回転によって決まります。そして、質量と回転は重力波の形状を決定します。

科学者たちは、衝突してくるブラックホールのペアの質量とスピンを別々に測定し、衝突後に残る最終的なブラックホールの質量とスピンと比較することで、衝突する2つの個々のブラックホールの面積と最終的なブラックホールの面積を比較することができました。

データは、面積が増加するという理論的予測と非常によく一致しており、ホーキングの法則を強く裏付けています。

将来、重力波を観測することで、より珍しい科学理論を検証できるようになり、さらには宇宙の失われた構成要素である暗黒物質や暗黒エネルギーの性質を探ることさえできるようになるかもしれません。

出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-hien-mo-ra-ky-nguyen-moi-trong-thien-van-hoc-20250930235223429.htm

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