2つのブラックホールの史上最速の衝突により、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明らかになった。

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協力により、GW250114 とラベル付けされた時空構造内で、おそらく 2 つのブラック ホールの合体に起因する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。結果は、ホーキング博士が正しかったことをほぼ100パーセントの確信をもって示しました。

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と一致するかどうかをテストした。

アインシュタインの基本方程式は、質量を持つ物体が時空でどのように移動するかを説明します。 2 つのブラック ホールの合体を考慮してこれらの方程式を修正して解くと、別の状況が見えてきます。ブラックホールは、まず速度を上げながら互いに回転し、次に衝突して巨大なエネルギーを放出し、その後、鐘が打たれて鳴り響くように、さまざまな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比較的低かったため、アインシュタインが予測した複雑な構造を検出することは不可能でしたが、GW250114は十分に高速だったので、アインシュタインの方程式によって予測されたモードの合理的なテストが可能でした。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、これらのブラック ホールの振動がどのくらいの速度で、どのような周波数で発生するかを予測しました。彼がそれらを測定された周波数と比較したところ、それらは厳密に一致しました。

「私たちが測定したデータの寸法は、数値相対性理論の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本当に難しいですが、私たちがそれを解き、検出器で一般相対性理論の予測を見ると、両方とも一致します。」

英国ポーツマス大学のローラ・ナトール氏は、「その結果、アインシュタインは依然として正しいということになる」と語る。 「すべてはアインシュタインが重力について言った通りに見えます。」

GW250114 の優位性にもかかわらず、周波数は依然として非常に低かったため、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。

「より多くのイベント、またはより大きな単一イベントを観察すると、エラーバーがゼロ付近に縮小するか、ゼロから遠ざかる可能性があります」とミットマン氏は言う。 「ゼロから離れるまで縮小する場合、その方が興味深いでしょう。」

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