背景の「ハム」が宇宙に広がります。 科学者たちはその源を見つけるために急いでいる

Aug 04, 2023

天文学者たちは現在、今年初めに発表された刺激的な新しい形の重力波の起源を正確に特定しようとしている。

6 月、宇宙に広がる時空の波紋の周囲の騒音である低周波重力波の明らかな発見とともに、天文学の新時代が始まりました。 この発表は、世界中の研究者の大規模な協力から生まれました。 米国、ヨーロッパ、インド、オーストラリア、中国のグループはそれぞれ同様の実験に取り組んでおり、結果を改善するためにデータをプールしています。 これらのこれまでに見たことのない重力波の証拠がしっかりと手に入るようになり、異種チームはすべて、より壮大な目標に向けて、より多くのデータを熱心に収集しています。それは、この背景のハム音が実際にどこから来ているのかを正確に理解することです。 多くの専門家は、このハム音の主な原因は、緩やかな合体過程で螺旋を描く超大質量ブラックホールの対から発生しているのではないかと考えているが、その代わりに、物理学のスリリングな新分野を表すさらに奇妙な発生源から発生している可能性もある。 「私たちはまさにこの分野の始まりにいます」と米国主導の共同研究 NANOGrav の一員であるイェール大学のキアラ・ミンガレリ氏は言う。

この発表はNANOGravと他のいわゆるパルサー・タイミング・アレイ（PTA）から6月28日に行われた。PTAは電波望遠鏡を使って、超新星爆発後に取り残された高速回転する中性子星であるパルサーからの定期的なフラッシュの正確な到着時間を追跡する。 数十のパルサーを使用し、パルスの到着時間を十年単位の時間スケールでナノ秒スケールの精度で監視することで、太陽系を通過する背景重力波を識別できます。 このような波は、私たちの惑星と標的パルサーとの間にある空間をわずかに縮小または拡大し、パルスの到着時間に明らかなオフセットを生み出します。 この驚くべき結果は、レーザー干渉計重力波観測所 (LIGO) が恒星質量ブラック ホールと中性子星の衝突によって生成される重力波を初めて検出した 2015 年に始まった、初期の発見時代に続くものです。 LIGO、ヨーロッパの同等施設である Virgo および同様の施設は、現在もこれらの高周波重力波の探索を続けています。

低周波重力波のバックグラウンドノイズの証拠は、複数のチームによって長年にわたって観測された合計 115 個のパルサーから得られます。 現在、これらすべてのパルサー タイミング データを国際パルサー タイミング アレイ (IPTA) の一部として単一のデータ セットに結合する取り組みが進行中です。これにより、データ セット全体の感度が向上します。 「私たちはこれに協力して取り組んでいます」とミンガレリ氏は言います。 「各 PTA から 1 人の代表者を配置して、データの結合を開始します。」 この共同作業はすでに 2 年間継続されており、より決定的な結果は 2023 年末か 2024 年のどこかの時点までに現れると予想されています。「これは、これまでにまとめられたパルサー タイミング アレイ データ セットの中で最も高感度なものになるでしょう。」ヴァンダービルト大学のニハン・ポル氏は言う。

IPTAの取り組みへの参加における中国の曖昧な関与は、事態をやや複雑にしている。 「それらは今回のデータ公開に関する合意の一部ではありません」とバージニア州国立電波天文台（NRAO）のスコット・ランサム氏は言う。 「今後数か月のうちに、彼らはコミュニティの他の人々と仲良くやりたいと言うかもしれないし、あるいは自分たちだけで活動し続けるかもしれない。 ただ私たちには分かりません。」 中国のパルサー タイミング アレイ チームは、国の南西部にある巨大な口径 500 メートルの球面電波望遠鏡 (FAST) に自由にアクセスできるという、うらやましい立場にあります。 FASTは、現在存在するどの電波望遠鏡よりもはるかに感度が高く、2020年に崩壊したプエルトリコのアレシボ望遠鏡の2倍の威力を持っています。「[FAST]は、世界中のほぼすべての[電波]望遠鏡よりもはるかに優れています」とランサム氏は言う。と言う。 「パルサーにとっては信じられないことだよ。」 たとえば、中国の PTA は FAST を使ってパルサーのタイミングを測定するのにわずか 3 年しか費やしていないにもかかわらず、NANOGrav が発見するのに 15 年かかった同様の低周波重力波のヒントを見つけることができました。 中国のPTAチームのメンバーはサイエンティフィック・アメリカンからのコメント要請に応じていない。