パルサーを使った重力波の聞き取り

重いブラックホールが周りあっている段階の重力波を検出しようという研究。以下、機械翻訳。
2017年11月13日
パルサーを使った重力波の聞き取り
コンピュータシミュレーション
このコンピュータシミュレーションは、重力波を生成する2つのブラックホールの衝突を示しています。
クレジット：SXS
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今世紀の物理学の中で最も壮観な成果の1つは、宇宙で加速する質量の結果である時空における波の重力波の観測です。今のところ、レーザー干渉計重力波観測装置（LIGO）、そして最近では欧州Virgo重力波検出器のおかげで、重力波が5回検出されています。これらの施設を使用して、科学者は10月の比較的小さなブラックホールからの微妙な信号をピン止めすることができました。
しかし、重力波信号がまだ検出されていないはるかに大きな物体が混在しています。スーパーブラックホールは、太陽より1億倍も重いです。ほとんどの大きな銀河は中央の超大型ブラックホールを持っています。銀河が衝突すると、それらの中央のブラックホールはお互いに渦巻く傾向があり、宇宙の踊りで重力波を放出します。ライオンのような大きな動物は小さなマウスの鳴き声よりも深い轟音を作り出しますが、超大型のブラックホールを組み合わせることで、比較的小さなブラックホールLIGOや同様の地上実験に比べて低周波の重力波が生成されます。
「低周波の重力波を観測することは、ソプラノだけではなく、低音の歌手を聴くことに似ているだろう」とカリフォルニア州パサデナのNASAのジェット推進研究所の共同研究者であるNASAのディープ・スペース・ネットワークのチーフ・サイエンティスト、 Nature Astronomyの新しい研究の紹介。
この未知の重力波科学の領域を探求するために、研究者は人工の機械ではなく、パルサのタイミングアレイと呼ばれる空の自然実験を見ています。パルサーは、定期的に電波のビームを放射する死んだ星の密集した残骸です。なぜならそれが「宇宙の灯台」と呼ばれる理由です。ラジオ波の急速なパルスは予測可能であるため、重力波などの極微な異常を測定するために、よく理解されているパルサーを多数使用することができます。国立科学財団の物理フロンティアセンターである重力波のための北米ナノヘルツ天文台（NANOGrav）は、重力波を探索するためにパルサーを使用する研究者の主要なグループの1つです。
新しいNature Astronomyの研究では、超大容量のブラックホールバイナリ（これらの宇宙のモンスターのうちの2つのシステム）が対象となります。研究者たちは、初めてこの地方の宇宙にこれらのバイナリをホストする銀河があるかどうか調査し、その中でどのブラックホールペアがマージされ検出されるかを予測しました。また、これらの合併の1つを検出するのにどれくらいの時間がかかるかも評価されています。
「今後10年間でパルサーのタイミングアレイを拡大することで、少なくとも1つの超大型ブラックホール・バイナリからの重力波を検出する可能性が高い」と主任研究者、Chieara Mingarelli氏はこの研究をMarie CaltechとJPLのCurieポスドク研究員であり、現在はニューヨークのFlatiron Instituteに在籍しています。
Mingarelliらは、1997年から2001年までの空を調査した2 Micron All-Sky Survey（2MASS）のデータと、大規模な宇宙シミュレーションを作成するためのIllustrisシミュレーションプロジェクトの銀河合併率を使用しました。約5,000個の銀河のサンプルでは、​​約90個の超大質量ブラックホールが別のブラックホールと合体する可能性が高いとの科学者の発見がありました。
LIGOと同様の実験では合体前の最後の秒で物体が検出されますが、パルサのタイミングアレイは超大型のブラックホールからの重力波信号に敏感であり、数百万年もの間結合しません。それは銀河系が結合する中心のブラックホールが組み合わさる数百万年前に銀河系が結合して1つの巨大な超大型ブラックホールを作るためです。
研究者たちは、銀河の大きさが大きいほどブラックホールが大きくなり、重力波が重なるが、これらの合併も速く起こり、検出時間が短縮されることも分かった。例えば、大銀河M87に合併するブラックホールには、400万年の検出窓があります。対照的に、より小さいSombrero Galaxyでは、ブラックホールの合併には通常約1億6千万年がかかり、パルサーのタイミングアレイが重力波を検出する機会が増えます。
ブラックホールの合併は、重力波を発生させます。なぜなら、彼らの周回軌道が重力の時空を歪ませ、光速であらゆる方向に波紋を送り出すからです。これらの歪みは実際には地球とパルサーの位置を実際に少しだけシフトさせ、天体の灯台の配列からの特徴的かつ検出可能な信号をもたらす。
「パルサー信号が到着すべき時と到着時の違いは、重力波を伝えることができる」とミンガレリ氏は述べた。「我々が研究するパルサーは約3000光年離れているので、銀河規模の重力波検出器として機能します」
超大型のブラックホールはすべて遠く離れているので、光速で移動する重力波は地球に到達するまでに長い時間がかかります。この研究では、約7億光年以内に超大型ブラックホールが見られました。つまり、科学者たちがこの2つの間の合併の波を長きに捉えることになります。これと比較して、約6億5千万年前、藻類は地球の海洋で急速に広がり、より複雑な生活の進化にとって重要な出来事でした。
銀河系がどのように融合し、およそ40億年後に近代銀河に近づくアンドロメダ銀河に銀河系が近づく時に何が起きるかについての多くの未解決の問題が残っています。
JPLの研究者であるLeonidas Moustakas氏は、次のように述べています。「News and Views」の記事を雑誌に書いたのは、「十億個の大量ブラックホールの合併から重力波を検出することは、銀河形成における最も永続的なパズルの一部を解くのに役立ちます。
2MASSはNASAの宇宙科学庁、国立科学財団、米国海軍天文台、マサチューセッツ大学から資金提供を受けました。JPLはNASAのワシントン宇宙科学局のプログラムを管理していました。データはカリフォルニア州パサデナのCaltechでIPACで処理されました。
2017年11月13日午前10時45分に更新され、藻類の歴史を明らかにする。
最終更新日：2017年11月14日
タグ： ブラックホール、銀河、ジェット推進研究所、パルサー、宇宙