ヨーロッパがアインシュタインの時空の波紋の探索を開始

欧州宇宙機関のLISAパスファインダー宇宙船は、将来の宇宙搭載型重力波検出器の開発に必要な技術をテストするミッションを遂行するため、明日フランス領ギアナのクールーから打ち上げられる予定である。

打ち上げ日は恣意的なものではありません。アルバート・アインシュタインの一般相対性理論発表100周年を祝うものです。この理論は、これまで科学的観測によって解明されていなかった重力波の存在を予言しました。

科学者たちは今、アインシュタインによれば星が崩壊してブラックホールを形成するなどの現象によって生み出されるエネルギーの波紋を解明する第一歩を踏み出せると期待している。

LISA（レーザー干渉計宇宙アンテナ）パスファインダーは、ESA の「小型」ロケット（最大 2,000kg の積載が可能）で打ち上げられ、8 週間の旅を経て最終的にラグランジュ点 L1 の周りのリサージュ軌道*に入ります。

地球から約150万km離れた最終目的地において、宇宙船は「2つの試験質量をほぼ完璧な重力自由落下状態に置き、その動きを前例のない精度で制御・測定する」ことを目指します。LISA技術パッケージ（LTP）に収納された2つの試験質量は、直径46mmの金/プラチナ合金製の同一の立方体で、それぞれが真空容器に収められています。

キューブを所定の位置に保つために、LISAは抗力フリー推進システム（DFPS）を展開し、「マスターテストマスの自由浮遊状態を維持するために、宇宙船に適用される擾乱力とトルクを打ち消す」予定です。

LISAが十分な立方体浮遊性を達成すると、2つの質量の位置（「宇宙船に対する、または互いに対する」）は、「 10 -3 Hzから10 -1 Hzの周波数帯域においてピコメートル（10 ^-12 m）の精度で測定可能な干渉計システム」によって測定可能となる。これは「宇宙を周回する物体の高精度レーザー干渉計による追跡」の実現に初めて貢献することになる。

この低周波領域の重力波は、微小ではあるものの測定可能なテスト質量の変位を引き起こす。というか、将来、本格的な重力波検出器ミッションが打ち上げられた暁には、測定可能になるかもしれない。

ESAは、LISA自体が重力波を検出することはできないとしており、その理由は「重力波の影響は非常に小さいため、テスト質量はLISAパスファインダーに搭載されている38センチメートルではなく、数百万キロメートル離れる必要がある」ためだという。

論文はさらにこう述べています。「低周波重力波は、長さ1メートルの棒を10の^-21乗から10の^-24乗メートル動かします。これは、原子核の10の^{-15乗メートルよりも桁違いに小さい値です。宇宙に設置された干渉計を用いれば、片方の腕が長さ5×10の-6}乗キロメートルの棒のように機能し、低周波重力波の影響を測定できるようになります。」

問題の「腕」とは、最終的には3機の宇宙船がそれぞれ独自の立方体を積載して形成する、長さ500万キロメートルの三角形の3辺となる。このミッションは現在2034年の打ち上げが予定されている。それまでの間、ESAによるLISAパスファインダーの概要動画と、それがいかにして「宇宙科学の新時代」を形作るのかをご覧いただきたい。

LISAパスファインダーの打ち上げは明日（水曜日）午前4時15分（GMT）に予定されています。ミッションに関する最新ニュースはこちらをご覧ください。

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ブートノート

*「訴訟軌道」と混同しないでください。訴訟軌道とは、ライバル関係にある宇宙採掘会社の弁護士たちが宇宙船に乗ってチタンが豊富な小惑星を周回しながら、無線で罵倒や脅迫を交わす軌道です。

**キャプション全文:

真空容器に収められた2つの金の立方体（ここでは打ち上げロック機構（打ち上げ中に立方体を保護するために設計）は省略）は、LISAパスファインダーミッションの鍵となる。これらの電極容器にはそれぞれ、金とプラチナでできたテストマスが収められている。LISAパスファインダーは、高精度レーザー干渉計を用いて、2つの立方体が自由落下運動に入る様子を観測する。

2つの質量体の間には、光学ベンチ干渉計が示されています。この装置は、20cm×20cmのZerodurセラミックガラスのブロックで作られており、表面にはレーザービームを方向付ける22枚のミラーとビームスプリッターが接着されています。これらのビームにより、科学者はキューブの動き、位置、向きを、触れることなく正確に測定することができます。このようにして、LISAパスファインダーは、宇宙を周回する天体の高精度レーザー干渉追跡を初めて実現します。