What are gravitational waves? - Amber L. Stuver

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Yoichi Fukuoka

2015年9月14日午前６時頃

At about six o'clock in the morning on September 14, 2015,

scientists witnessed something no human had ever seen:

科学者たちはこれまで人類が 見たことも無いものを目撃しました

two black holes colliding.

２つのブラックホールの衝突です

Both about 30 times as massive as our Sun,

どちらも太陽の30倍もの質量を持ち

they had been orbiting each other for millions of years.

何百万年もの間 互いの周りを回っていました

互いに近づくにつれて

As they got closer together,

they circled each other faster and faster.

どんどん高速で回り

Finally, they collided and merged into a single, even bigger, black hole.

ついには衝突、合体し より大きな １つのブラックホールになったのです

A fraction of a second before their crash,

衝突直前の１秒にも満たない時間に

they sent a vibration across the universe at the speed of light.

衝撃波が発生し 光速で宇宙空間に伝わりました

And on Earth, billions of years later,

地球では 何十億年も後になって

a detector called the Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory,

レーザー干渉計重力波天文台―

or LIGO for short,

通称LIGOの検出器が

picked it up.

衝撃波を捉えました

The signal only lasted a fifth of a second

わずか0.2秒間の出来事でしたが

and was the detector's first observation of gravitational waves.

重力波が初めて観測されたのです

What are these ripples in space?

宇宙空間に伝わる このさざ波の正体は？

The answer starts with gravity,

その答えは重力にあります

the force that pulls any two objects together.

重力はどんな２つの物体の間にも 働く引力で

That's the case for everything In the observable universe.

我々が観測可能な範囲にある宇宙の 全てのものに作用します

You're pulling on the Earth, the Moon, the Sun, and every single star,

あなたは 地球、月、太陽 そして全ての星に引力を及ぼし

and they're pulling on you.

それらの天体は あなたに引力を及ぼしています

The more mass something has, the stronger its gravitational pull.

質量が大きいほど重力は強く

The farther away the object, the lower its pull.

物体が遠くにあれば 重力は弱くなります

If every mass has an effect on every other mass in the universe,

質量のあるもの全てが 宇宙にある他の質量に作用するのなら

no matter how small,

どれほど僅かな重力の変化でも

then changes in gravity can tell us about what those objects are doing.

それらの天体で起きていることの ヒントを与えてくれます

Fluctuations in the gravity coming from the universe

宇宙空間からやってくる 重力の揺らぎを

are called gravitational waves.

重力波といいます

Gravitational waves move out from what caused them,

重力波は池の表面に立つさざ波のように

like ripples on a pond,

重力波は池の表面に立つさざ波のように

それが発した場所から 遠ざかるにつれて弱まっていきます

getting smaller as they travel farther from their center.

But what are they ripples on?

しかし 重力のさざ波は 何を伝わっていくのでしょうか？

When Einstein devised his Theory of Relativity,

アインシュタインが 相対性理論を考え出した時

he imagined gravity as a curve in a surface called space-time.

重力を 時空という名の座標空間の 湾曲であると捉えました

A mass in space creates a depression in space-time,

空間にある質量が 時空にへこみを生じさせます

and a ball rolling across a depression will curve

へこみに沿って転がる球の 進路は曲げられます

like it's being attracted to the other mass.

まるで別の質点に 引き寄せられているようです

The bigger the mass,

質量が大きいほど

the deeper the depression and the stronger the gravity.

へこみは深くなり 重力はより強くなります

When the mass making the depression moves, that sends out ripples in space-time.

へこみを作っている質点が動くと 時空にさざ波が広がります

これが重力波です

These are gravitationl waves.

What would a gravitational wave feel like?

重力波はどのように 感じられるでしょうか？

If our bodies were sensitive enough to detect them,

もし我々の体が とても敏感であれば

we'd feel like we were being stretched sideways

まず左右に引っ張られ

while being compressed vertically.

上下方向は押し潰されるように 感じるでしょう

And in the next instant,

次の瞬間

stretched up and down while being compressed horizontally,

今度は上下に引っ張られ 左右方向は押しつぶされます

sideways,

さらに左右 上下と 交互に引っ張られます

then up and down.

さらに左右 上下と 交互に引っ張られます

This back and forth would happen over and over

重力波があなたを 通り抜けていく間

as the gravitational wave passed right through you.

このようなことが 繰り返し起こります

But this happens on such a minute scale that we can't feel any of it.

しかし 変化は非常に小さいので 我々は全く感じることができません

So we've built detectors that can feel it for us.

そこで 我々の代わりに変化を捉える 検出器を構築しました

That's what the LIGO detectors do.

それがLIGOの役目です

And they're not the only ones.

ただし LIGOだけではありません

There are gravitational wave detectors spread across the world.

重力波検出器は 世界各地に設置されています

These L-shaped instruments have long arms,

このようなL字型に組んだ 長い腕を持つ装置で

whose exact length is measured with lasers.

その長さはレーザーを使って 正確に測定されます

If the length changes, it could be because gravitational waves are stretching

もし長さが変化すれば それは重力波により引き延ばされたり

and compressing the arms.

縮められたり したからかもしれません

Once the detectors feel a gravitational wave,

ひとたび検出器が 重力波を捉えると

scientists can extract information about the wave's source.

科学者たちは重力波の 発生源に関する情報を取り出せます

ある意味で LIGOなどの検出器は 重力波を捉えるラジオといえます

In a way, detectors like LIGO are big gravitational wave radios.

電波はあたりを飛び交っていますが これを感じたり

Radio waves are traveling all around you, but you can't feel them

or hear the music they carry.

電波に乗った音楽を 直接聴いたりはできません

It takes the right kind of detector to extract the music.

音楽を聴くためには 適切な装置が必要です

LIGOは重力波の信号を検出し

LIGO detects a gravitational wave signal,

which scientists then study for data about the object that generated it.

科学者たちは その発生源となる 天体に関するデータを研究します

They can derive information, like its mass and the shape of its orbit.

そこから質量や 軌道に関する 情報が得られます

We can also hear gravitational waves by playing their signals through speakers,

重力波の信号を音に変えて スピーカーで聴くこともできます

それは電波に乗った音楽を 鳴らすのと似ています

just like the music a radio extracts from radio waves.

So those two black holes colliding sounds like this.

例の２つのブラックホールの衝突は このように聞こえます

Scientists call this slide whistle-like noise a chirp,

科学者たちはこの笛のような音を チャープ（鳥のさえずり）と呼んでいます

and it's the signature of any two objects orbiting into each other.

これは２つの天体が互いの周りを 回っていることを示す信号です

The black hole collision was just one example

ブラックホールの衝突は

重力波が伝え得るメッセージの ほんの一例でした

of what gravitational waves can tell us.

Other high-energy astronomical events will leave gravitational echoes, too.

他にも高エネルギーの 天体現象が重力波を発生させます

The collapse of a star before it explodes in a supernova,

超新星爆発を起こす前の星の崩壊や

or a very dense neutron stars colliding.

非常に密度が高い 中性子星同士の衝突などがあります

Every time we create a new tool to look at space,

宇宙を観測する新しい装置が 作られる度に

we discover something we didn't expect,

予想もしなかったものが発見され

something that might revolutionize our understanding of the universe.

宇宙に関する我々の理解が 大きく変わる可能性があります

LIGO's no different.

LIGOも例外ではありません

In the short time it's been on,

装置が稼働してから短期間のうちに

LIGO's already revealed surprises,

LIGOは驚くべきことを 明らかにしました

like that black holes collide more often than we ever expected.

たとえば ブラックホールの衝突が 予想以上の頻度で起きていることなどです

It's impossible to say, but exciting to imagine,

今後何が見つかるか分かりませんが 想像するだけでワクワクします

what revelations may now be propagating across space

まだ知られていない何かが今 小さく青い地球に伝搬しつつあり

towards our tiny blue planet and its new way of perceiving the universe.

宇宙について新たな理解を もたらすかもしれません