【研究成果】重力波天体が放つ光を初観測－日本の望遠鏡群が捉えた重元素の誕生の現場－

広島大学、国立天文台、甲南大学、鹿児島大学、名古屋大学、東京大学などで構成される日本の重力波追跡観測チームJ-GEM（代表：国立天文台ハワイ観測所長・教授吉田道利）は、2017年8月17日にアメリカの重力波望遠鏡Advanced LIGOとヨーロッパの重力波望遠鏡Advanced Virgoによって観測された重力波源GW170817の観測を行い、重力波源の可視光・赤外線対応天体を捉えて、その明るさの時間変化を追跡することに成功しました。

2年前に人類が初めて重力波の直接観測に成功して以降、検出された４つ（ないし５つ）の重力波は、いずれもブラックホール同士の合体によるもので、可視光などの電磁波では捉えられていませんでした。GW170817は、その重力波信号の特徴から、初めて、中性子星同士の合体である可能性が高いと予想され、「光る」ことが期待されていました。あいにくこの天体は南天（うみへび座の尾付近の方向）に位置し、日本では夕方の薄明中に沈んでしまう状況でしたが、南アフリカやニュージーランド、ハワイの望遠鏡（図１）でその天体を鮮明に捉えることができました（図２）。

観測された可視光・赤外線の特徴は、中性子星合体に伴う電磁波放射現象「キロノバ」で理論的にうまく説明されるものでした。本研究により、宇宙における金やプラチナといった貴金属元素が主として中性子星合体によって合成される可能性が高いことが見いだされました。

さらに、広島大学が日本チームの代表を務めているガンマ線衛星「フェルミ」の広視野望遠鏡LATでの探査も進められています。今年のノーベル物理学賞を獲得したばかりの重力波の直接検出ですが、今回の一連の研究から、未知の宇宙への有力な観測手段であることが確実なものとなり、「重力波天文学」の本格的な幕開けが期待されます。

図１: J-GEMに参加している望遠鏡の位置を世界地図上に表したもの。日本だけでなく、世界各地に点在している。

図２: J-GEMによる重力波源GW170817の観測。ハワイのすばる望遠鏡HSCによる可視光観測（波長0.9ミクロン）と、名古屋大が運用する南アフリカのIRSF望遠鏡SIRIUSによる近赤外線観測２波長帯観測（1.2ミクロン、2.2ミクロン）を3色合成したもの。水色の２つの直線で示された星がGW170817で、そのすぐ右下の大きな光芒はGW170817が属する銀河NGC 4993である。8月24-25日の観測では天体が暗くなると共に、赤くなった（可視光に比べ近赤外線で相対的に明るくなった）ことが判る。（Credit: 国立天文台／名古屋大）

2017年10月17日、本件について、東広島キャンパスにおいて記者説明会を行いました。

説明を行う川端弘治教授 (宇宙科学センター)

参考論文

内海、田中、冨永、吉田、Barway、永山、善光、青木、藤吉、古澤、川端、越田、Leeほか、日本天文学会欧文研究報告（PASJ）、第69巻、DOI 10.1093/pasj/psx118（2017）
田中、内海、Mazzali、冨永、吉田、関口、諸隈、本原、太田、川端、阿部、青木、朝倉ほか、日本天文学会欧文研究報告（PASJ）、第69巻、DOI 10.1093/pasj/psx121（2017）
冨永、田中（雅）、諸隈、内海、山口、安田、田中（賢）、吉田、藤吉、古澤、川端、Lee、本原、大澤、太田ほか、日本天文学会欧文研究報告（PASJ）、submitted