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重力波の観測によって異星人のワープドライブを探索できる可能性

2016年、レーザー干渉計重力波観測所(LIGO)の科学者たちは、重力波(gravitational wave: GW)を初めて確定的に検出したと発表した。この発見は、アインシュタインと彼の一般相対性理論によって100年前になされた予言を裏付け、天体物理学の全く新しい研究分野への扉を開くものであった。大質量天体の合体によって生じる波を研究することによって、中性子星の内部を調べたり、暗黒物質を検出したり、超巨大ブラックホール(SMBH)の周りにある新しい粒子を発見したりすることができるようになったのだ。

応用物理学高等推進研究所(APL-AP)が主導する新しい研究によると、地球外知的生命体探査(SETI)にも利用できる可能性があるという。彼らが論文で述べているように、LIGOや他の観測所(VirgoやKAGRAなど)は、Rapid And/or Massive Accelerating spacecraft(超高速、超巨大な宇宙船:RAMAcraft)によって作られる重力波を探す可能性を持っているとのことだ。これらの観測装置と次世代の観測装置を組み合わせることで、天の川銀河のすべての星(1000億〜2000億個)にワープドライブのような兆候がないか探査できるRAMAcraft Detection And Ranging(RAMADAR)システムを作ることができるかもしれない。

チームを率いたのは、カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)の大学院研究助手であり、独立研究グループであるApplied PhysicsのAPL(ストックホルムにある航空宇宙専門研究所)のLuke Sellers氏である。また、テクニオン-イスラエル工科大学、ルンド大学(スウェーデン・ルンド)、カーネギーメロン大学(ピッツバーグ)の研究者が加わった。今回の研究成果を記した論文(シリーズ第1回)は、「Monthly Notices of the Royal Astronomical Society(王立天文学会月報)」に掲載される予定だ。]

古典的なSFのファンにとって、RAMAcraftという名前はおそらく説明するまでもないだろう。ご存じない方のために説明すると、この言葉はアーサー・C・クラークの最も有名な小説の一つ、1973年に出版された『宇宙のランデブー』にちなんだものである。この物語は、近未来に巨大な地球外生命体が太陽系に突入し、その内部を探査するミッションが派遣されるというものである。この物語は、ワールドシップ(全人口と生態系を収容できる大きさの宇宙船で、重力を模擬するために回転する)という概念を世に知らしめた。

メガストラクチャーと同様に、ワールドシップもテクノシグネチャーを間違いなく生成するため、SETI調査の有力な候補と考えられている。アインシュタインの一般相対性理論によれば、宇宙空間を加速する巨大な物体は、時空そのものに波を発生させるという。研究チームは、直線的に加速するRAMAcraftが作る波形を、想定される質量と加速度の範囲に基づいて計算した。Sellers氏がUniverse Todayに電子メールで語ったように、これらの信号はLIGO、Virgo、KAGRAによって検出されるだろう。

「質量のバルク加速を伴うシステムはすべて重力波(GW)を放射する。さらに、放出される信号の形状は、物体の動き方に完全に依存する。したがって、何を探したいかがわかれば、重力波信号がどのような形になるかが正確にわかるのです。これによって、RAMAcraftを探索することができるのです。」

具体的には、Sellers氏と彼の同僚たちは、既存のLIGOデータを使って、天の川にある木星と同じ質量(1.898×1024メートルトン、2.092×1024トン)の天体を探索する方法を示した。さらに、SETI研究者はLIGOのデータを使って、地球の月(7.342×1019トン、8.09×1019トン)と同じ質量の天体を近くの星系に探索できることを実証した。重力波信号の性質から、これらはメガストラクチャーの証拠(あるいはカルダシェフ・スケールでのタイプII文明の兆候)である可能性がある。

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ワールドシップのイメージ図 (Credit: Adrian Mann)

つまり、既存の重力波データを使って、どの程度遠くまで調査するかによって、広範囲のRAMAcraftを検索することができるのである。と、Sellers氏は語る。

「この研究で引用されたいくつかの数値は、非常に巨大な構造物からのものですが、地球に近ければより小さなものも見ることができます。この論文では、木星サイズの天体は銀河系全体をカバーする 10-100 kpc まで見ることができますが、月サイズの天体はプロキシマ・ケンタウリなどの最も近い恒星の範囲である 1-10 pc まで見ることができるとされています。」

検出出来るメガストラクチャーの数値として、オックスフォードのFuture of Humanity Institute (FHI) の研究者Anders Sandberg氏は、直径1AU (地球と太陽の距離) のダイソン構造で、2.17×1017メートルトン (2.39×1017 トン) の質量になるだろうと試算している。このような感度は、レーザー干渉計宇宙アンテナ(LISA)、デシヘルツ干渉計重力波観測装置(DECIGO)、ビッグバン観測装置(BBO)、パルサー時刻表(PTA)などの次世代観測装置で実現される予定である。

これらの観測所は、低周波の重力波に対して最大100倍の感度を持ち、RAMAcraftの探索量を100万倍に拡大することになる。以前の研究で、APL-APの研究者は物理的なワープドライブの最初の一般的なモデルを発表した。アルクビエレ・ドライブとコンセプトは似ているが、物理的なモデルはサブリミナル・ポジティブ・エネルギーと球面対称のワープシェルに基づいている。彼らの研究は、ワープドライブは、ある速度で慣性的に動く通常の物質またはエキゾチックな物質の殻で構成されること、つまり、それが重力波を発生させることを実証した。

これはSETI研究の新しいフロンティアを開くものであり、科学者が何千もの銀河を探査して高度な技術を発見することを可能にするものだ。Sellers氏は、RAMARADARは以下のような意味を持つと言っている。

「SETI研究は現在、知的生命体の痕跡を探すために電磁シグナル(主に電波)を見ています。これは間違いなく有益な取り組みですが、私たちが提案しているものは以下のような利点をもたらします。」

  • すべてのシステムが電磁波を放射しているわけではないが、質量のバルク加速を伴うシステムはほぼすべて重力波を放射している。
  • 電磁波は宇宙や大気の中で吸収されることが多いが、重力波は吸収されない。
  • 重力波の検出器は、電波望遠鏡のように「照準を合わせる」必要がない。重力波検出器は、ただそこに座って、そこを通過するものを検出するだけなので、信号を見逃す可能性が非常に低くなる。
  • このような理由から、重力波検出器はあらゆる種類の信号を一度に探すことができ、電波望遠鏡に見られるような、ある信号と別の信号を探すという機会損失をなくすことができる。
  • 重力波信号は1/Rに比例して減少する(Rは電波源からの距離)。電波信号は1/R^2に比例して減少するので、重力波信号の減少速度ははるかに小さくなる。

この論文は、テクノシグネチャーや高度な生命の証拠を探すために、どのように重力波が利用できるかを検討したシリーズの最初のものである。今後、Sellers氏と彼の同僚は、(LIGOのデータを使って)より小さな天体を身近に検出する方法を取り上げる予定だ。「この最初の論文では、遠くの天体に注目しました。私たちの近くにある天体の信号はもっと強いでしょうから、次はそれを調べたいと思います」とSellers氏は述べている。「また、過去のLIGOのデータから実際に信号を探索する予定です。」

前述の通り、2016年に確認された重力波の検出は、科学者に宇宙を探査する新しいツールを与えることによって、天文学の革命をもたらした。今日まで、提案された用途は、エキゾチックな天体の研究や極限環境での物理法則のテストから成っている。高度な文明の証拠を探すことも、科学者が高度な文明が何をするかという理論(巨大構造物を作る、宇宙船を送る、高度な推進システムを発明するなど)やその他のタイプII行動を検証できるようになるエキサイティングな可能性だ。

研究の要旨

レーザー干渉計重力波観測装置(LIGO)が、地球外知的生命体探査(SETI)において強力な装置であることを紹介する。LIGOは、連星系ブラックホールなどの加速する天体からの重力波を検出することができるため、地球外の巨大技術であるRAMAcraft(Rapid And/or Massive Accelerating spacecraft)を検出できる可能性もある。私たちは、LIGOが木星1個分の質量のRAMAcraftを光速の数分の一(例えば10%)まで加速して、約100kpcまで検出できることを示した。既存のSETI探査では、人間規模の技術(例えば電波)で数千から数万の星を探査するのに対し、LIGOはRAMAcraftのために天の川にある1011個の星すべてを探査することができるのだ。さらに、これらの天体が出すGW信号がŅ-1スケーリングするおかげで、低周波の宇宙ベースの検出器が開発・改良されれば、これらの天体に対する我々の感度は向上することが予想される。特に、DECIGOとビッグバン観測機(BBO)はLIGOの約100倍の感度を持ち、探索量を106倍に増やすことができることがわかった。この論文では、線形加速するRAMAcraftの波形をLIGO、Virgo、またはKAGRAの探索に適した形で計算し、様々な可能な質量と加速度に対する範囲を提供する。我々は、現在および将来のGW検出器が、まもなく既存のSETIの取り組みを補完する優れたものとなることを期待している。

この記事は、MATT WILLIAMS氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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