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日本が世界に誇る大型低温重力望遠鏡「ＫＡＧＲＡ（かぐら）」が先月２５日観測を開始した。ＫＡＧＲＡは、東京大学宇宙線研究所、高エネルギー加速器研究機構、自然科学研究機構国立天文台を共同ホスト機関とした協力体制のもと、国内外の研究機関・大学の研究者と共同で岐阜県飛騨市に建設された。昨年秋の完成後、感度を高めるための調整、試験運転が続けられていた。
ＫＡＧＲＡの研究代表者、宇宙線研究所長の梶田隆章教授は「２０１０年のＫＡＧＲＡプロジェクト開始後から研究チーム一丸となった準備をしてきましたが、ようやく重力波観測を始めることができました。このプロジェクトを支援していただいた多くの方々のおかげであり、あらためてこれまでのご支援に感謝いたします。感度はまだまだですが、引き続き感度向上の努力を続けてまいります」と述べている。
【重力波について】
重力波とは、質量を持つ物体が運動するときに発生する「時空のゆがみ」が波となって光と同じ速さで宇宙空間を伝わる現象で、１９１５年から１９１６年にかけてアインシュタインが発表した一般相対性理論から導かれた。ただし、その時空のゆがみは大変小さいため観測が難しく、アインシュタインの予測から約１００年経った２０１５年にようやく米国の重力波望遠鏡ＬＩＧＯ（ライゴ）が初めて観測に成功。
地球上の重力波望遠鏡で観測ができそうな重力波を発生する天体現象としては、星の一生の最期である超新星爆発や、中性子星やブラックホールの連星の合体（衝突）などの激しい天体現象が考えられる。２０１５年のＬＩＧＯによる重力波の初観測は、２個のブラックホールが合体したときに発生したものだった。また、２０１７年にはＬＩＧＯと欧州の重力波望遠鏡Ｖｉｒｇｏ（ヴァーゴ）の共同観測で２個の中性子星の合体からの重力波を検出した際は、重力波に続いて到達したガンマ線や可視光などの電磁波を世界中のさまざまな望遠鏡で観測することに成功、「マルチメッセンジャー天文学」と呼ばれる新しい天文学の幕開けとなった。
【ＫＡＧＲＡについて】
これまで、宇宙からの重力波を観測できる重力波望遠鏡は米国ＬＩＧＯの２台と欧州Ｖｉｒｇｏの計３台が稼働していた。大型低温重力波望遠鏡ＫＡＧＲＡは、世界で４代目、アジア地域では初の重力望遠鏡として、観測を開始した。
ＫＡＧＲＡは、ＬＩＧＯやＶｉｒｇｏと同様に１辺の長さが３ｋｍのＬ字型の２本の長い腕を持ち、２つに分けたレーザーの光をそれぞれの腕で何度も往復させ、最終的に光の干渉を用いることで重力波によってひきおこされたわずかな空間の伸び縮みを検出する。このとき、腕の両端に設置したレーザーを折り返す鏡が、重力波以外の原因によって振動することをいかに抑えるかが検出器の感度向上の鍵となる。ＫＡＧＲＡでは、望遠鏡を岐阜県飛騨市の岩盤のしっかりした山の地下に設置して地面振動の影響を軽減し、さらに鏡をマイナス２５３℃まで冷却して熱振動による影響を軽減する。この「地下にある」ことと「鏡を冷やす」ことが、他の重力波望遠鏡にないＫＡＧＲＡの大きな特徴。
【ＫＡＧＲＡのこれまで】
２０１０年にプロジェクトが始動した大型低温重力波ＫＡＧＲＡは、２０１２年５月から２０１４年３月にかけて総延長７．７ｋｍに達するトンネルをはじめとする地下空間の掘削を行い、これと並行して長さ６ｋｍ、直径８０ｃｍの真空ダストや真空容器の開発、製造を進めた。続いて２０１４年５月から２０１５年９月にかけて地下実験室の実験環境の整備や真空ダスト・真空タンク・冷凍容器などの搬入と設置を行った。さらに２０１５年からはレーザー光学系の組み込みやさまざまな鏡を地面振動から防振するための装置の組み込み、調整を進めるとともに、冷却して使用するためのサファイアでできた鏡の開発、製造を行い、２０１７年から２０１８年にかけて行ったサファイア鏡の搬入、組み込みを経て２０１９年４月、ほぼ全ての機器の搬入、設置が完了した。その後、精密なレーザー干渉計として動作させるための調整や検出感度を高めるための試験、調整をすすめ今年２月、最終の試運転を経て重力波の観測開始となった。
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