より広くてより良い空間

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宇宙における空間を揺るがす波紋の探索が、大きく後押しされました。 より大きく、より優れた重力波検出器を構築するための MIT 主導の取り組みには、国立科学財団から今後 3 年間で 900 万ドルが提供される予定です。 この資金注入は、はるか初期の宇宙から時空の波紋を拾うと期待されている次世代の重力波観測所であるコズミック・エクスプローラーの設計段階をサポートすることになる。 そうするために、天文台の探知機は小さな都市の長さに広がるように計画されています。

この天文台の概念設計は、MIT とカリフォルニア工科大学が運営するレーザー干渉計重力波天文台 LIGO の検出器を踏襲しています。 LIGO は、同じ地点から 2 つの別々のトンネルを通過し、再び戻ってくる 2 つのレーザーのタイミングを測定することによって重力波を「リッスン」します。 到達時間の違いは、重力波が L 字型検出器を通過したことを示す信号である可能性があります。 LIGO には、米国内の異なる場所に設置された 2 つのツイン検出器が含まれています。 同様の検出器セットである Virgo がイタリアで運用されており、3 番目の検出器である KAGRA が日本で運用されています。

この既存の検出器ネットワークが連携して、ブラック ホールと中性子星の合体などの重力波源からの波紋を数日ごとに検出します。 コズミック・エクスプローラーは、その速度を数分ごとの信号まで上げる必要があると科学者は信じています。 これらの検出から得られる科学は、宇宙論における最大の疑問のいくつかに答えを提供する可能性があります。

MITニュースは、コズミック・エクスプローラーのエグゼクティブ・ディレクターでMIT物理学教授のマシュー・エヴァンス氏と、共同主任研究員でMIT物理学准教授のサルバトーレ・ヴィターレ氏に、初期の宇宙から何が聞きたいのかについて聞いた。

質問:Cosmic Explorer の一般的なアイデアについて説明します。これを重力波の「次世代」検出器にするものは何でしょうか?

エヴァンス: Cosmic Explorer はある意味、巨大な LIGO です。 LIGO 検出器は各アームの長さが 4 キロメートルで、コズミック エクスプローラーは一辺が 40 キロメートルとなるため、10 倍の大きさになります。 そして、重力波から得られる信号は本質的に検出器のサイズに比例しており、それが重力波が非常に大きい理由です。

ある程度までは、大きいほど良いです。 ある時点で、検出器の長さが入ってくる重力波の波長と一致しました。 そして、それをさらに大きくし続けると、科学的成果という点での利益は実際に減少します。 これほど大きな検出器を構築できる場所を見つけるのも困難です。 大きくなりすぎると、地球の曲率が問題になり始めます。検出器のレーザービームは直線で進む必要があるためです。検出器が大きくなりすぎて地球に沿って曲がらなければならない場合は、その可能性が低くなります。

候補地を探すという点では、幸運なことに、現在では、LIGO の候補地が検討されていた 1980 年代とは対照的に、デジタルで利用できる公開データがたくさんあります。 したがって、米国内で潜在的な候補地を検索できるアルゴリズム検索の最初のバージョンがすでにあります。 ある程度の掘削が避けられるため、標高的には平坦だが少しお椀状になっている場所を探しています。 そして私たちは、都市や湖、山の真ん中ではなく、科学者が出入りできるような人口密集地域からそれほど遠くない場所を探しています。 私たちの最初のゴーアラウンドでは、特に米国の西半分にいくつかの潜在的な候補者が存在することが示されました。