サイエンスZERO 重力波望遠鏡 KAGRAとマルチメッセンジャー天文学!見逃し動画配信や再放送は?

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今回紹介する見逃し動画配信は、NHKサイエンスZERO「重力波望遠鏡 KAGRA・カグラ(2019年10月6日放送)」です。

今回の放送されたNHKサイエンスZEROは・・・

「潜入“KAGRA”望遠鏡
天文学革命はじまる!」と題し
この秋稼働開始する
日本の重力波望遠鏡「KAGRA」内部を潜入取材しました。

kagraで重力波の観測がはじまると、
可視光、赤外線、電波などを観測している
従来の望遠鏡が連動し、
何倍も有効に使えるようになります。

それは「マルチメッセンジャー天文学」と呼ばれる革命的で新たな天文学です。

今回の投稿は
サイエンスZERO[重力波望遠鏡 KAGRA]

見逃してしまった
途中から観た
もう一度観たい
再放送(10月12日11:00~11:30)まで待てない

という方の為に

「サイエンスZERO」の見逃し動画配信を観る方法とのあらすじ(内容)を紹介します。

「サイエンスZERO」は、U-NEXTの
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重力波望遠鏡 KAGRA とは?

アインシュタインが存在を予言した
宇宙空間を伝わる巨大な波
重力波を観測する望遠鏡です。

▶▶ ブラックホールの撮影に成功したEHT電波望遠鏡コチラ

岐阜県飛騨市神岡町旧神岡鉱山内に
世界最大の
水チェレンコフ宇宙素粒子観測装置
スーパーカミオカンデ
Super-Kが有ります。

その周辺に4年の歳月を費やして掘られた
総延長7.7キロメートルの地下トンネル
「かぐらトンネル」が掘られています。

スーパーカミオカンデと地下トンネルの中で交差する重力波望遠鏡KAGURAのアーム

この中では、目を守る特殊なサングラス着用が必要です。

この施設に備え付けられているのが
重力波望遠鏡 KAGRAです。

重力波は、巨大な天体が動いた時
空間のゆがみが波となって
光の速さで伝わる現象です。

アインシュタインがおよそ100年前に
存在を予測しましたが
観測が非常に難しい事から
アインシュタイン最後の宿題と呼ばれてきました。

重力波望遠鏡 kagraでの観測の仕組み

kagraは、レーザーを使って重力波を検出します。

アームと呼ばれる2本の真空パイプ
● Yアーム(3キロメートル)
● Xアーム(3キロメートル)
が90度の角度で交差する様配置されて
交差する地点にレーザー発射装置います。

重力波観測の仕組み

レーザー光が常にこのYアーム、Xアームの間を行き来しており
通常同じタイミングで戻って来ます。
この時レーザー光の波は打ち消し合う為何も起こりません。

しかし重力波で空間が歪むと2本のアームの長さが僅かに変わる為、光が戻るタイミングがずれます。

するとレーザーの光の波が打ち消し合わず
センサーにセンサーに検出される仕組みです。
※詳しくは動画をご参照下さい。

超低温サファイア鏡

KAGRAには、レーザーを反射する超高純度の人工サファイアで出来た4つのサファイア鏡が配置されています。

サファイア鏡は、マイナス253℃まで冷却されています。

サファイアは、
熱伝導率が高く低音に保ちやすい為
熱による「ゆがみ」を最小限に抑える事が可能です。

重力波が到来した時に
鏡が動く量は非常に小さいもので
水素原子1個の1億分の1以下という極めて小さいものです。

マイナス253℃まで冷却可能な
人工サファイアが使われたのは
今までの重力波望遠鏡に使われる鏡は
熱による「ゆがみ」により邪魔されていたからです。
※人工クリスタル(合成石英)を使用していた

地上に伸びる14メートルの筒には
振り子状の防振装置が内蔵されており
観測を邪魔する振動を抑える役割を担っています。

免震構造のマンションの様なものですね

コントロールルーム

KAGURA干渉計は、
人間が近くで活動していると
それがノイズになってしまうので
約5キロ離れた場所にある
コントロールルームで
遠隔操作により運用されています。

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マルチメッセンジャー天文学

KAGRAで観測が期待されているのは・・・

● ブラックホール同士の合体

● 超新星爆発

● 中性子星同士の合体

などの観測が期待されています。

銀河NGC 4993で起きた中性子星連星同士の合体を例にとると
光よりも先に重力波が届きます。

※スピードが光より早いという意味ではありません

中性子星同士の合体の場合
光は発生せず、影響が周りに伝わって
火の玉が出来て、その中で
沢山の元素が出来て、それらが光を発生する様になるまで
時間がかかります。

その時間差がある為、
重力波が来た!
という事象が重力波望遠鏡により伝わると
光の望遠鏡や電波望遠鏡が察知し
遅れて到達する光や電波を捉える事が出来ます。

つまり重力波望遠鏡の他
赤外線望遠鏡
電波望遠鏡などに重力波の発生源の
方向を示してお互いの性能を活かして協力しあうのがマルチメッセンジャー天文学です。

中性子星合体の観測に成功した「奇跡の2週間」

2017年8月17日
アメリカの重力波望遠鏡LIGOが
中性子星合体の重力波を探知、
他のアメリカ国内の重力波望遠鏡と
ヨーロッパの重力波望遠鏡の2箇所の
重力波望遠鏡とデータを突き合わせる事により、中性子星合体の重力波発生源の位置を特定しました。

この情報が世界各地の
EHT電波望遠鏡などに位置情報が送られ観測の準備が行われました。

① 先ず、可視光の観測で
チリのスウォープ望遠鏡により
広大なエリアから重力波が
発生されたと思わるエリアを数カ所撮影し、
その中から9箇所目のエリアから中性子星合体により光の撮影に成功しました。

同じくハワイにある日本の「すばる望遠鏡」でも撮影に成功しました。

② 次に赤外線の観測では
南アフリカに名古屋大学が設置した
近赤外線3色カメラを搭載する
IRSF望遠鏡が2週間に渡り撮影を行いました。

中性子星合体では超高温の火の玉が発生します。

その時、金やプラチナなどの重い元素が出来ると理論上考えられていました。

そこで大量の赤外線が発生する事が数値で予想されており
観測結果を垂らし合わせると予想通りの赤外線量が確認されました。

③ 電波の観測では
南米チリのアルマ望遠鏡などの電波望遠鏡が動き出しました。

中性子星が合体した直後の
強い光が収まった後、
中心から伸びるジェットが
周囲のチリやガスとぶつかり大量の電波が放出されました。

中性子星合体で発生したジェット
画像出典:ICRAR/Universiteit van Amsterdam

この一部始終を電波望遠鏡が観測していました。

世界中の70以上の各種望遠鏡が2週間に渡り中性子星合体を観測し続け
奇跡の2週間と呼ばれる様になりました。

これがマルチメッセンジャー天文学の幕開けとなりました。

KAGURAがもたらすもの

KAGURAが本格稼働すると、KAGURAは、
アメリカの2台のLIGO重力波望遠鏡、
ヨーロッパのVirgo重力波望遠鏡
との中間地点に位置する為、
4箇所で観測が行われると
多角的に重力波が来た方向を計算可能となります。

その為、
重力波がどの方面から降り注いで来たか?
の特定が正確になる事が期待されています。

そうすれば、光望遠鏡、赤外線望遠鏡、電波望遠鏡などが位置を探す時間が省略され
ピンポイントで測定すべき方角が設定出来る為、
多くの望遠鏡が中性子星同士などの天体で起きた事象が発生した初期からデータを取る事が可能となります。

簡単に説明すると、ブラックホールや中性子星が合体した直後からデータをとる事が可能となります。

見える範囲が広がってくる!

KAGURA重力波望遠鏡の他にも

TMT(Thirty Meter Telescope)
その名の通り30メートルの鏡の
超大型光学赤外線望遠鏡が
アメリカ合衆国、カナダ、中華人民共和国、インド、そして日本の5か国共同で米ハワイ島マウナケア山頂に建設中です。

また、NASAが中心となって開発するジェームズウェッブ宇宙望遠鏡が2021年打ち上げ予定です。

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