重力波の検出器は、遠くの天体を望遠鏡で撮影する装置とは異なる。波が通過するときに、離れた物体の間の距離の関係がごくわずかに変わることを測る。LIGOなどのレーザー干渉計では、直交する方向を往復した光の違いを利用する。
二方向を往復する光を比べる
一本のレーザー光を二つに分け、直交する二本の腕へ送る。光は先端の鏡で反射し、戻ってきたところで重ね合わされる。二つの経路を通る光の位相が変わると、干渉の状態が変わり、検出器に届く光の量へ反映される。
重力波は、その伝わる方向と偏光に応じて、二方向の距離へ異なる変化を与える。測定で扱う代表的な量は、長さの変化を元の長さで割った「ひずみ」である。腕を長くし、光を何度も往復させることで、小さな変化を読み取りやすくする。
地面の振動と、どう区別するのか
鏡は地面の振動、熱、残留気体、光自身の量子的な揺らぎなどの影響も受ける。真空にする、防振する、鏡やレーザーを精密に制御する、といった対策が必要になる。長い腕を建てただけで重力波が測れるわけではない。
離れた複数の観測所の記録を比較することも重要だ。地球上の一地点だけにある雑音と、天体から到来して各観測所に整合する時間差で現れる信号を区別する。装置周囲の環境を測る補助センサーも、その判断に使われる。
波形から天体の情報を推定する
連星が近づいて合体する過程では、信号の周波数と振幅が特徴的に変化する。一般相対性理論などから計算した波形と観測を比較し、天体の質量や回転、距離などを推定する。推定値には、雑音やモデルに由来する不確実性が付く。
検出を主張するには、波形が似ているだけでなく、雑音から同程度の候補がどの程度生じるかを評価する。複数観測所での一致、装置の校正、雑音の統計を組み合わせることで、見えない天体現象を測定結果として扱えるようになる。
光も時空の影響を受けるため、「物差しだけが縮んで光は無関係」と考えると不正確になる。干渉計の応答は、光の伝播と鏡の運動を含めて計算される。
参考資料
参考資料確認日：2026年10月13日。