宇宙の重力波検出器は宇宙の秘密を明らかにする可能性がある

Apr 15, 2023

新しい研究は、将来の宇宙からの重力波検出により、新しい基礎場を発見し、宇宙の未解明な側面に新たな光を当てる可能性があることを示しています。

ノッティンガム大学重力センターのトーマス・ソティリオウ教授と、GSSIの研究者でINFNアソシエートのアンドレア・マセリ氏は、SISSAとローマのラ・サピエンツァの研究者らとともに、宇宙干渉計LISA（レーザー）による重力波観測が前例のない精度であることを示した。干渉計スペースアンテナ) は、新しい基本フィールドを検出できるようになります。リサーチNature Astronomy に掲載されました。

この新しい研究で研究者らは、2037年にESAによって打ち上げられる予定の宇宙ベースの重力波（GW）検出器LISAが宇宙探査の新たな可能性を開くだろうと示唆している。

ノッティンガム重力センター所長のソティリウ氏は次のように説明する。「新しい基礎場、特にスカラーは、暗黒物質の説明として、宇宙の加速膨張の原因として、あるいは宇宙の膨張の原因として、さまざまなシナリオで提案されている。 「重力と素粒子の一貫した完全な記述のエネルギー発現。LISA がスカラー場の検出において前例のない機能を提供することを示しました。これにより、これらのシナリオをテストするための刺激的な機会が提供されます。」

弱い重力場と小さな時空曲率を持つ天体物理学的物体の観測では、これまでのところそのような場の証拠は得られていません。 しかし、一般相対性理論からの逸脱、または重力と新しい場の間の相互作用が、大きな曲率でより顕著になると予想される理由があります。 このため、重力の強磁場領域に新たな扉を開いた GW の検出は、これらの磁場を検出するまたとない機会となります。

ブラック ホールまたは中性子星のいずれかである恒星質量のコンパクトな天体が太陽の質量の最大数百万倍のブラック ホールに吸い込まれる極端質量比インスピラル (EMRI) は、LISA のターゲット ソースの 1 つであり、以下を提供します。強磁場の重力領域を調査するための黄金の舞台。 この小さな天体は、超大質量ブラックホールに突入する前に数万回の公転サイクルを実行し、これにより長い信号が得られ、アインシュタインの理論や素粒子物理学の標準モデルの予測からのわずかな逸脱さえも検出できるようになります。

研究者らは、信号をモデル化するための新しいアプローチを開発し、重力相互作用と結合したスカラー場の存在を検出し、小さな天体によってどれだけのスカラー場が運ばれるかを測定するLISAの能力の厳密な推定を初めて実行した。 EMRI。 注目すべきことに、このアプローチは、電荷自体の起源や小体の性質に依存しないため、理論に依存しません。 この分析はまた、そのような測定値が、一般相対性理論または標準モデルからの逸脱を示す理論パラメータの強い境界にマッピングできることも示しています。

LISAは天体物理学的ソースによる重力波の検出に専念し、互いに数百万キロ離れた太陽の周りを周回する3つの衛星からなる群内で運用される。 LISAは、環境ノイズにより地上の干渉計では利用できない帯域内の低周波で放出される重力波を観測する。 LISA の可視スペクトルにより、EMRI として乙女座や LIGO によって観測されたものとは異なる天体物理源の新しいファミリーを研究することが可能になり、宇宙の多種多様な環境におけるコンパクト天体の進化について新たな窓が開かれます。

- このプレスリリースはもともとノッティンガム大学のウェブサイトに掲載されたものです