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重力波信号はアインシュタインが相対性理論について正しかったことを証明する

GW250114を生み出したブラックホール衝突のアーティストの印象A. シモネット/ソノマ州立大学。 LIGO-Virgo-KAGRA コラボレーション;ロードアイランド大学 2つのブラックホールの間でこれまでに記録された最も大きな衝突により、科学者たちはアインシュタインの一般相対性理論を前例のない詳細で検証することができ、物理学者の予測が再び正しかったことが示された。 2025 年、超高感度レーザー アレイで構成される重力波検出器の国際共同研究により、おそらく 2 つのブラック ホールの合体によって生成された、GW250114 とラベル付けされた時空構造内の強力な波紋が検出されました。 米国のレーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) やイタリアの Virgo 検出器を含むこれらの検出器は、LIGO が 2016 年に最初の検出を行ったときよりもはるかに感度が高くなっています。これは、GW250114 がこれまでの重力波現象の中で最も明瞭で最もノイズのないデータを持っていることを意味し、十分にテストされた物理理論からの予測のためのユニークなテストベッドとなっています。 昨年、研究者らはGW250114のデータを用いて、50年以上前に提唱されたスティーブン・ホーキング博士の定理を検証した。この定理は、合体したブラックホールの事象の地平線、つまり光が逃げられなくなる領域は、親ブラックホールの合計よりも小さくならないというものだった。その結果、ホーキング博士が正しかったことがほぼ100パーセントの確率で示されました。 今回、ニューヨークのコーネル大学のキーフ・ミットマンらはさらに一歩進んで、ブラックホールの合体がアルバート・アインシュタインの一般相対性理論に適合するかどうかを検証した。 アインシュタインのオリジナルの方程式は、質量を持つ物体が時空を通ってどのように移動するかを説明します。 2 つのブラック ホールが合体するようにこれらの方程式を微調整して解くと、明確な画像が現れます。ブラックホールは、最初に速度を上げながら互いに螺旋を描き、次に衝突して巨大なエネルギーを放出し、その後、鐘が打たれた後に鳴り響くのと同じように、異なる周波数で振動します。 リングダウンモードと呼ばれるこれらの周波数は、これまでの重力波現象では微弱すぎて見えなかったが、GW250114はアインシュタイン方程式によって予測されたモードを適切にテストできるほど十分な大きさだった。ミットマンと彼の同僚は、アインシュタインの方程式をシミュレーションし、ブラックホールの振動がどのくらいの大きさで、どのような周波数になるかを予測しました。それらを測定された周波数と比較したところ、それらはほぼ一致しました。 「私たちが測定したデータの振幅は、数値相対性理論による予測と信じられないほどよく一致しています」とミットマン氏は言います。 「アインシュタインの方程式を解くのは非常に難しいですが、実際にそれを解き、検出器で一般相対性理論の予測を観察すると、これら 2 つは一致します。」 「結論としては、アインシュタインは依然として正しいということです」と英国ポーツマス大学のローラ・ナトール氏は言う。 「すべてはアインシュタインが重力について言っていることと同じように見える。」 GW250114 の音量にもかかわらず、周波数は依然として非常に微弱であったため、ミットマンと彼のチームは、アインシュタインの予測との差異が約 10 パーセント未満である可能性を排除できませんでした。これは主に検出器の感度の限界の結果であり、重力波検出器の感度が向上するにつれて減少するはずだとミットマン氏は述べています。ただし、アインシュタインの理論が何らかの形で間違っている場合、この違いは残ります。…