宇宙論検証のカギ握る重力波観測

　宇宙はどこからきたのか。もし何かがあったのなら，何が宇宙をつくったのか。どんな過程を経て，現在のような姿になったのか。未来はどうなるのか。理論研究者たちは長い間，宇宙の起源に思いを馳せてきたが，宇宙誕生の瞬間を探って，彼らの仮説を確かめる方法はなかった。しかし，最近になってビッグバンから1 秒程度後の，極めて短い時間の宇宙を観測する方法が編み出された。その方法は，およそ150 億年もの間宇宙に広がり続けて冷たくなった熱放射「宇宙背景放射」の中に埋もれている重力波の痕跡を探し出すことだ。

　宇宙論研究者は宇宙背景放射の詳細な観測から，初期宇宙の貴重な情報が得られるとみている。なかでも特に，インフレーションが起きた時期の直接証拠を見つけようとしている。その決定的証拠となるのは，インフレーション期の重力波の観測だ。1918 年，アインシュタイン（Albert Einstein）は，一般相対性理論の1 つの帰結として，重力波の存在を予言した。重力波は，X線や電波，可視光など，電磁場の乱れが移動していく電磁波と似ていて，重力場の乱れが移動していく。

　電波や可視光のように，重力波は発生源からの情報やエネルギーを伝えられる。さらに，重力波は電磁放射を吸収するどんな物質にも妨げられず，通り抜けられる。医師がX 線を使って可視光が透過しない体内を透かして見るように，研究者はほかの方法で見ることのできない天体現象を，重力波を使って見ることができる。これまで重力波は直接検出されたことがないが，中性子星やブラックホールなど極端に重い天体からなる連星が，重力波を出して徐々に連星間の距離が縮まっていく様子が，天体観測から確認されている。

　宇宙の始まりから50 万年もの間，宇宙を満たしていたプラズマは，電磁放射を通しにくく，放射された光子は，原子より小さい粒子からなるスープの中ですぐに散乱された。だから，天文学者は，宇宙背景放射より前に出た電磁気的な信号を観測できない。一方，重力波は，プラズマ中も伝わる。しかもインフレーション理論は，ビッグバンから10のマイナス38乗秒後の爆発的な宇宙膨張で重力波が生成されたとしている。もしこのインフレーション理論が正しいのなら，こうした重力波が宇宙初期にこだまして50 万年後の宇宙背景放射に小さなさざ波を残し，今日でも観測されることになる。

再録：別冊日経サイエンス247「アインシュタイン　巨人の足跡と未解決問題」