約100年前、天才物理学者アインシュタインは、ある予言を残しました。 「巨大な星同士がぶつかると、宇宙の空間そのものが波のように揺れるはずだ」 これが「重力波（じゅうりょくは）」です。
しかし、彼はこうも言い残しました。 「でも、その揺れはあまりに小さすぎて、人間には一生測れないだろうね」
その「測れないはずの揺れ」を意地でも測ろうとする施設が、日本の岐阜県、神岡鉱山の地下深くにあります。 大型低温重力波望遠鏡「KAGRA（かぐら）」。 今日は、アインシュタインの宿題に挑む、日本の巨大な耳のお話です。
L字型の巨大なトンネル
KAGRAの仕組みは、巨大な「L字型」のトンネルです。 一辺の長さは3キロメートル。
- L字の角から、レーザー光を二手に分けて発射します。
- 3キロ先の鏡で反射させ、戻ってきた光を合わせます。
- もし「重力波」が来て空間が歪むと、片方の距離がわずかに伸び縮みし、光の戻る時間がズレます。
この「ズレ」を測るのですが、その精度が異常です。 地球と太陽の距離（1億5000万キロ）に対して、水素原子1個ぶん動いただけで検知できるレベルです。 もはや何を言っているのか分からないほどの超精密測定。それが重力波検出です。
敵は「熱」と「振動」
こんな微細なズレを測るには、邪魔者（ノイズ）を極限まで消さなければなりません。 最大の敵は、地面の揺れと、鏡自体の熱振動です。
アメリカのLIGO（ライゴ）などは、地面の上に建設されましたが、日本は独自の戦略をとりました。 「地下」です。 KAGRAは、スーパーカミオカンデと同じ鉱山の地下数百メートルに掘られました。 ここは地上の振動が届かず、温度も一年中安定している天然の静寂空間なのです。
凍てつくサファイアの鏡
そしてもう一つ、KAGRAだけが持つ世界初の技術があります。 それが「極低温ミラー」です。
どんなに静かな場所に置いても、鏡自体が持っている熱エネルギーで、鏡の分子がプルプルと震えてしまいます（熱雑音）。 そこでKAGRAは、鏡をマイナス253℃（20ケルビン）までキンキンに冷やすことにしました。
しかし、普通のガラスの鏡は冷やすと曇ったり、性能が落ちたりします。 そこで採用されたのが、人工宝石「サファイア」です。 直径約22センチ、重さ約23キロの巨大な単結晶サファイアを磨き上げ、それを極低温に冷やして使う。 材料屋さんが聞けば卒倒しそうなほど贅沢で、技術的に困難な挑戦です。 この「冷えたサファイア」のおかげで、KAGRAは熱ノイズを極限まで抑え込むことができるのです。
マルチメッセンジャー天文学へ
重力波が見つかると、何が嬉しいのか？ それは、宇宙を見る「新しい感覚」が手に入るからです。
- すばる（目）： 星の光を見る。
- KAGRA（耳）： ブラックホールの衝突音（重力の波）を聞く。
例えば、ある方向から「ドン！」という重力波が聞こえたら、すぐにすばる望遠鏡がその方向を向き、「何が起きたのか」を目で確認する。 このように、目と耳を組み合わせて観測することを「マルチメッセンジャー天文学」と呼びます。
KAGRAが本格稼働すれば、日本は「光（すばる）」「電波（アルマ）」「ニュートリノ（カミオカンデ）」「重力波（KAGRA）」という、全ての武器を持った天文学の最強国の一つになれるのです。
神楽（かぐら）を舞うように
KAGRAという名前は、「神岡（KA）の重力波（GRA）」という意味と、神様に奉納する「神楽（かぐら）」から来ています。 地下の静寂の中で、レーザー光が神楽を舞うように飛び交い、宇宙の彼方の微かな震えを捉える。
まだ調整中の部分もあり、世界のライバルたちに遅れをとっている部分もありますが、日本の独自技術（地下×極低温）は、次世代のスタンダードになると期待されています。 地下深くで耳を澄ませる彼を、ぜひ応援してください。
参考文献
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