LIGO
レーザー干渉計重力波天文台
LIGOのハンフォード制御室
運用組織LIGO科学コラボレーション
設置場所ハンフォード・サイト, リヴィングストン
LIGO（ライゴ、英語: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）は1916年にアルベルト・アインシュタインが存在を提唱した重力波の検出のための大規模な物理学実験とその施設。英名を直訳すると「レーザー干渉計重力波観測所」となる。研究は1992年にカリフォルニア工科大学のキップ・ソーンとロナルド・ドリーバー、マサチューセッツ工科大学のレイナー・ワイスが共同設立し、両校や他の大学機関なども参加する科学者による共同研究事業である。研究計画と重力波天文学のデータの分析にかかわる研究者はLIGO科学コラボレーションという組織を作っており、世界の900人以上の科学者が参加している[1][2]。LIGOは英国科学技術施設研究会議（英語版）、ドイツマックス・プランク研究所、オーストラリア研究会議（英語版）の大きな寄与を受けてアメリカ国立科学財団 (NSF) に設立された[3][4]。2015年9月、5年間で2億ドルをかけた改良を行い、総額6億2000万ドルをかけた「世界最大の重力波施設」が完成した[2][5]。LIGOはNSFが設立した最大かつ最も野心的な計画である[6][7]。
2016年2月11日、LIGO科学コラボレーションおよびVirgoコラボレーションは、2015年9月14日9時51分 (UTC) に重力波を検出したと発表した。この重力波は地球から13億光年離れた2個のブラックホール（それぞれ太陽質量の36倍、29倍）同士の衝突合体により生じたものである[8][9][10]。 LIGO施設の本質は、マイケルソン干渉計の原理によって、10-21という極めて微少な相対ひずみを検出できるということにある。この10-21のひずみは、しばしば通俗的に「地球と太陽との距離（天文単位、1.5 ×1011 m）に対して、水素原子の直径（1.1 ×10-10 m）程度のひずみ」と表現される[11][12][13][14]。
LIGOの本質
計画重力波観測所の周波数関数の検出器ノイズ曲線。初期型と改良型のLIGOに比べ宇宙重力波望遠鏡のような衛星搭載検出器やTPTA
LIGOの計画目標は宇宙由来の重力波の直接観測である。重力波はアルベルト・アインシュタインの一般相対性理論で最初に提唱されたもので、発表された1916年当時は検出のために必要な技術が存在しなかった。重力波の存在は1974年にパルサー連星系のPSR B1913+16がアインシュタインの提唱した重力放射によるエネルギー損失予測に合致して軌道減衰していることが観測されたことで間接的に確認された。この発見を賞して、ラッセル・ハルスとジョゼフ・テイラーにノーベル賞が与えられた[16]。
重力波の直接検出のための努力は長年にわたって継続されてきた。1974年の発見は電磁望遠鏡とニュートリノ観測所を補完する天文学の新分野を開いた。1960年代、ジョセフ・ウェーバーは共振型質量バー検出装置で直接重力波検出に向けた先駆的な研究を始めた。バー検出装置は世界の6箇所で使用され続けた。1970年代、ロバート・L・フォワードらの研究者は重力波測定へのレーザー干渉法の適用を実現させた。フォワードは1970年代初めにヒューズ航空研究所で干渉型検出器を運用した[17]。
実際1960年代やそれ以前にも、光と重力波の波共振について発表された論文が存在した[18]。1971年、高周波重力波の検出にこの共振を利用した方式の研究が発表された。1962年、M・E・ゲルツェンシュタインとV・I・プストヴォイトは超長波長重力波検出のための干渉計利用の原理を説明した最初の論文を発表した[19]。著者は干渉計の利用によって電子機械装置に比べ感度が107から1010倍に向上すると主張した。1965年、ブラジンスキー（ロシア語版）は重力波源とその検出の可能性について広く論じた。彼は1962年の論文で干渉に関する技術と計測の向上による重力波検出の可能性を指摘し言及した。
2002年8月、LIGOは宇宙重力波の探査観測を開始した。連星系の中性子星やブラックホールの衝突や合体、中性子星やブラックホールを形成する程度に重い星の超新星爆発、中性子星の降着、変形クラストと中性子星の回転、ビッグバンに形成された重力波の残滓などから重力波放出を測定することが期待されている。観測所は理論上、宇宙ひも振動や領域壁（英語版）による重力波といったよりおおくのエキゾチック仮想パノラマを観測できる。1990年代以降、物理学者たちは、天体物理学の関心の的となっていた重力波の検出が可能な域まで技術水準が到達したと考えるようになった[20]。
2002年から2010年までのLIGOの運用では重力波を検出することはできなかった。このため施設を数年間停止して、検出感度をはるかに高めたAdvanced LIGO検出器に置き換えられた[21]。2015年2月、ルイジアナ州リビングストン（英語版）とワシントン州ハンフォード・サイトの2箇所に設置された改良型検出器がエンジニアリングモードとなった[22]。2015年9月18日に検出感度を4倍に高めたAdvanced LIGOによる最初の正式な科学観測を始めた[23]。この検出感度は2021年頃に設計感度に到達するまで更に向上される予定である[24]。 LIGOはルイジアナ州リビングストン
観測所
それぞれの観測所は、一辺が4 kmのL字型の超高真空システムを擁している。それぞれの真空システムに最大5機の干渉計を設置することができる。
リビングストン観測所は基本構成として1機のレーザーマイケルソン干渉計を備えている。この干渉計は2003年に0.1から5Hz帯の振動の抑制のために10基の油圧装置の能動免震システムをもつように改良された。この帯域の地震性振動はほとんどマイクロ地震波と交通や木材伐採などの人為的発生源に由来する。
ハンフォード観測所はリビングストン観測所とほぼおなじ1機のマイケルソン干渉計を据えている。また、ハンフォードでは初期と拡張型のLIGOの間、基本の干渉計と平行して半分の長さとなる2kmの干渉計が運用された。この干渉計は4kmの干渉計のようにファブリ・ペロー干渉計空洞は同様の光学フィネスを持ち、蓄積時間は半分だった。
