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バーナード・フレデリック・シュッツFInstP FLSW（1946年8月11日生まれ）[ 2 ]は、イギリス系アメリカ人の物理学者です。彼は一般相対性理論の研究、特に重力波の検出への貢献、そして教科書でよく知られています。
シュッツ氏は王立協会のフェローであり、米国科学アカデミーの会員でもある。カーディフ大学の物理学および天文学の教授であり、ドイツのポツダムにあるマックス・プランク重力物理学研究所（アルベルト・アインシュタイン研究所）の創設所長を務め、1995年から2014年まで天体物理学相対性理論部門を率いた。シュッツ氏は、後にLIGO科学コラボレーション（LSC）の一部となったGEO重力波コラボレーションの創設者であり、主任研究員でもあった。シュッツ氏はまた、宇宙重力波検出器LISA（レーザー干渉計宇宙アンテナ）の提案の発起人の一人でもあり、2016年にESAがミッションを採用するまで、そのデータ解析に関する欧州の計画を調整した。シュッツ氏は、オンラインオープンアクセス（OA）レビュー誌『Living Reviews in Relativity 』を構想し、1998年にAEIから発行を開始した。この雑誌は、クラリベイト社による測定で、長年にわたり世界で最もインパクトの高いOA誌となっている。（現在はシュプリンガー社から出版されている。[ 3 ]）
バーナード・フレデリック・シュッツ・ジュニアは1946年にニュージャージー州パターソンで生まれた。[ 2 ]
シュッツは1960年から1964年までニューヨーク州ロングアイランドのベスページ高校に通い、その後ニューヨーク州ポツダムのクラークソン大学（当時はクラークソン工科大学と呼ばれていた）で物理学を学んだ。彼は3年で学位を取得し、カリフォルニア州パサデナのカリフォルニア工科大学で物理学の大学院課程に進んだ。翌年、彼はキップ・ソーンの研究グループに加わり、1971年に一般相対性理論における流体の理論で博士号を取得した。国立科学財団のフェローシップにより、彼は1971年から1972年にかけてイギリスのケンブリッジで過ごし、スティーブン・ホーキングの研究グループとマーティン・リースが率いる天文学研究所で時間を分けて過ごした。その後、彼はイェール大学のジェームズ・バーディーンの研究グループで博士研究員となり、そこで同僚の博士研究員ジョン・フリードマンとの実りある共同研究を開始した。[ 4 ]
1974年、シュッツはウェールズのカーディフ大学（当時はカーディフ大学カレッジと呼ばれていた）の講師の職に就き、チャンドラ・ウィクラマシンゲが議長を務める応用数学科に新設された天文学グループに加わった。シュッツは相対論的恒星と力学を研究する大規模な研究グループを築き上げた。教育活動の一環として、彼は好評を博した教科書『数理物理学の幾何学的方法』と『一般相対性理論入門』を執筆した（参考文献参照）。シュッツは1986年に正教授に昇進し、その頃から研究の方向性を重力波検出へと転換し始めた。
カーディフ在籍中、シュッツはウェールズ中部のグレギノグ会議センターでグレギノグ相対性理論ワークショップという不定期の会合を組織した[ 5 ]。これらの会合は、英国および世界中の相対性理論の専門家が主要な研究課題に焦点を当てた非公式な議論を行うための人気のある方法となった。1986年と1987年に、シュッツは重力波検出器プロジェクト間の連携とデータ共有の改善を目的とした2つの国際会議をカーディフで組織した。2番目の会議はNATOが後援し、彼はその出版された議事録「重力波データ解析」を編集した。シュッツは英国の研究評議会の多くの諮問委員会で活動し、最終的には1994年から1995年にかけて新設された素粒子物理学および天文学研究評議会（PPARC）の天文学委員会の初代委員長となった。
1995年、シュッツはドイツに移り、ユルゲン・エーラースと共にマックス・プランク重力物理学研究所（通称アルベルト・アインシュタイン研究所（AEI））の設立に携わった。この研究所は、 1990年のドイツ再統一後、マックス・プランク協会（MPS）が旧東ドイツ地域への科学研究の拡大を目指す取り組みの一環として、ドイツのポツダムに設立された。エーラースは数学的一般相対性理論の研究を主導し、シュッツはブラックホールの数値シミュレーションや重力波検出器を支える理論的研究など、天体物理学的相対性理論に注力した。 [ 6 ] MPSからの多額の資金援助により、研究所は急速に拡大し、1997年に3人目の所長（量子重力担当のヘルマン・ニコライ）が加わった。1998年末にエーラースが退任した後、シュッツが常務取締役となり、2002年にハノーバーにAEIの2番目の支部を設立するのを監督した。[ 7 ]カルステン・ダンツマンが率いるこの支部は、GEO600重力波検出器を管理し、GEO600やLIGOのような地上ベースの検出器と、宇宙ベースのLISA-Pathfinder技術実証ミッション、LISA（レーザー干渉計宇宙アンテナ）重力波検出器ミッション、宇宙測地ミッションGRACE Follow-Onの両方の主要技術を開発し、実験重力波物理学の主要なセンターとなった。[ 8 ]ブルース・アレンは2007年にハノーバー支部に加わり、観測相対性理論と宇宙論の新部門のディレクターに就任した。[ 9 ]
1995年以降、シュッツは欧州宇宙機関の複数の委員会で委員を務め、2004年から2008年までは基礎物理学諮問グループの議長を務めた。また、2003年から2019年までLSCの執行委員会委員を務めた。
シュッツはオープンアクセス科学出版の提唱者としてよく知られています。AEIでシュッツはオープンアクセスのオンライン限定レビュー誌Living Reviews in Relativityを創刊し、1998年に発行を開始しました。[ 10 ]この雑誌の特徴は、レビュー記事が著者によって定期的に更新される点です。この特徴は読者に魅力的であることが証明され、(記事ごとの引用数に基づくと)この雑誌は長年にわたり、世界中のオープンアクセス誌の中で最も高いインパクトファクターを誇っています。姉妹誌であるLiving Reviews in Solar Physicsは、マックス・プランク太陽物理学研究所から2004年に発行が開始され、引用数も非常に多く、常に世界のトップ100に入っています。[ 11 ] 3つ目の雑誌であるLiving Reviews in Computational Astrophysicsは2015年に発行を開始しました。これら3つの雑誌はすべて現在Springerから出版されています。シュッツは、APSが発行する最初のオープンアクセスジャーナルであるPhysical Review Xの編集委員を、2011年の創刊から2018年まで務めた。[ 12 ]彼は現在、米国科学アカデミー紀要の編集委員を務めている。[ 13 ]
リビングレビューの概念は、2003年のベルリンオープンアクセス宣言の着想の一つであり[ 14 ]、シュッツは世界各地の会場で継続的に開催されているベルリンOA会議の多くのシリーズの組織化に協力しました。彼はAEIで第4回会議を主催しました[ 15 ] 。OAの拡大への貢献により、彼は2013年にマックス・プランク協会からコミュニタス賞を受賞しました[ 16 ]。
シュッツは長年、科学普及と教育に強い関心を持ってきた。彼の著書『Gravity from the Ground Up』[ 17 ]は、代数のみを用いて現代重力を直感的に理解できるように、上級高校生や大学生向けに解説しており、一般相対性理論の難解な数学を避けている。シュッツはMilde Science Communicationsと共同で、ブラックホールや重力波の研究に取り組む科学者へのオリジナルインタビューや短いビデオを提供するSciencefaceウェブサイト[ 18 ]を開発した。また、Milde Science CommunicationsとExozet Potsdamの協力を得て、シュッツは重力波に関するマルチメディアによる一般向け講演「Music of the Spheres」を開発し、2015年の最初の重力波検出に至るまで、世界各地で講演を行った[ 19 ]。
2014年、シュッツはAEIを退職し名誉所長となり、カーディフ大学に非常勤教授として復帰した。そこで最初に行ったのは、ビッグデータの問題に取り組む大学の研究グループを支援するデータイノベーション研究所の設立を支援し、初代所長に就任することだった。[ 20 ]この職を辞した後、シュッツはカーディフ大学で一般相対性理論と重力波の研究と教育に戻った。[ 21 ] 2015年にはジョージア工科大学の物理学の非常勤教授になった。[ 22 ]
1971年の博士論文で、シュッツは流体力学の相対論的方程式をスカラー速度ポテンシャルの観点から再定式化した[1]。このアプローチはその後、場の理論や宇宙論において多くの応用がなされてきた。彼はこの再定式化を論文の中で用いて、一般相対性理論における恒星の脈動と安定性を研究するための枠組みを構築した。
この初期の研究は、1970年代にジョン・フリードマンと共同で、チャンドラセカールが均一密度星の単純なモデルで最初に気づいた、回転星の予期せぬ重力波駆動不安定性の解明につながった。[ 23 ] [ 24 ]現在チャンドラセカール・フリードマン・シュッツ（CFS）不安定性と呼ばれるこの現象では、重力波の放出が星の回転エネルギーに作用し、粘性などの他の効果によって十分に強く減衰されない限り、小さな初期摂動が指数関数的に急速に増大する。これは一般的な不安定性であり、すべての回転星に存在する可能性がある。CFSクラスのメンバーには、ニルス・アンダーソンによって発見されたrモード不安定性があり、これは中性子星の回転速度を制限すると考えられている。[ 25 ]
シュッツは二瀬俊蕾と共同で、一般相対性理論がニュートン重力に小さな修正を加える、いわゆるポストニュートン極限への新しいアプローチを開発した。二瀬-シュッツ法[ 26 ]は、この問題に対する他のほとんどのアプローチで使用される点質量特異点がなく、初期データに基づいているため、数学的に完全に一貫性があり、収束する。彼らはその後、重力波の放出に関する標準的な「四重極公式」が、発生源がブラックホールの周回であっても適用されることを厳密に証明した。ブラックホールは当然、ニュートン物体に対する小さな修正ではない。[ 27 ]
1986年、重力波検出に重点を置くようになったシュッツは、連星系から放出される重力波には、通常天文学では非常に難しい、発生源までの距離を推測できる情報が含まれていることを示した。[ 28 ]この可能性は、一般相対性理論における重力の特別なスケールフリー性から生じる。距離情報は放出された波の位相変化と偏光に符号化されているため、この情報をデータから抽出するには、少なくとも3つの干渉計型重力波検出器のネットワークが必要となる。これらのシステムは、ダニエル・ホルツとスコット・ヒューズによって「標準サイレン」と名付けられた。[ 29 ]重力波観測から得られるほぼすべての物理情報（構成天体の質量とスピン、単位空間体積あたりのそのような事象の発生率の統計的尺度、ビッグバン以降、そのような系の形成率が時間とともにどのように変化してきたかの推定値）を抽出するには、発生源までの距離を知ることが重要です。
シュッツは1986年の論文で、距離の測定方法を示すだけでなく、そのような連星の検出を複数回行うことで、宇宙の膨張率を表すハッブル定数H0の値を測定する方法も示しました。彼は、放出する連星系を光学観測やその他の天文観測で個別に識別できない場合でも、これが可能であることを示しました。H0の重要性と、他の天文観測方法で正確に測定することの難しさから、これは1980年代後半に提案されていたLIGOやその他の検出器を建設するための科学的根拠の主要な部分となりました。H0の最初の重力波測定は、2つの中性子星の合体として初めて検出されたGW170817のデータを用いて、最終的に2017年に行われました。LIGO、Virgo、KAGRAによる今後の観測で統計データが蓄積されるにつれて、この方法は長期的にはH0を測定する最も正確な方法になると期待されています。
シュッツは1986年以降、カーディフの研究グループの活動の大部分を、連星系の合体を検出するだけでなく、回転する中性子星、ランダムな宇宙論的重力波背景、そして予期せぬ信号の探索にも、データ解析手法の開発に注力した。1990年、彼のグループは「100時間ラン」のデータ解析を開始した。これは、グラスゴーとドイツのガルヒングにあるプロトタイプの2つの干渉計による、初の長期共同データ取得実験であった。このデータ取得と解析は、英国とドイツの資金提供機関が、ドイツに建設予定の3km重力波干渉計に関する英独共同提案の評価の一環として要請したものであった。この提案は資金提供を受けなかったものの（1990年のドイツ再統一により、政府資金が純粋科学から旧東ドイツの復興へと振り向けられたことが一因）、シュッツのグループはデータ解析を行い、可能性のある信号の上限値を設定した。[ 30 ]この演習により、グループは今日でもLIGO-Virgo-KAGRAデータ解析の中核をなすアルゴリズムの最初の動作バージョンを作成することができました。
また、1980年代後半、シュッツはクリス・クラークとジョン・スチュワートと共に、連星ブラックホールの合体を研究する目的で、スーパーコンピュータにアインシュタイン方程式を解かせるためのプログラミング手法の開発に着手した。彼の博士課程学生であったガブリエル・アレンとポスドク研究員のミゲル・アルクビエレは、その後この分野の第一人者として名を馳せるようになった。
1990年代に、コスタス・コッコタスとシュッツ[ 31 ]は、ニュートン重力には存在しない中性子星の振動モードの新しいファミリーを発見した。このモードでは、星の周りの相対論的重力場が主要な動的要素である。wモードと呼ばれるこれらのモードは、ブラックホールの準正規振動モードの恒星版である。
1995 年に AEI に移籍した際、シュッツは数値相対性理論のグループを拡大し、米国のNCSAからエド・セイデルをリーダーとして招聘した。最先端の社内コンピューティング システムを備えたこのグループは、長年にわたり数値相対性理論に特化した世界最大のグループであり、この分野の現在のソフトウェアの多くを支える基礎的な貢献をした。特に、オープンな Einstein Toolkit は、この時期に AEI で作成されたソフトウェアにルーツがある。シュッツ自身は、重力波データ解析の準備に重点を置いた。彼は、回転する中性子星からのほぼ周期的な信号の検出の有意性を示す最適な頻度論的統計尺度である F 統計量[ 32 ]の開発に貢献した。パパや他の共同研究者[ 33 ]シュッツは、数ヶ月にわたるデータの中からそのような信号を効率的に階層的に探索するためのハフ変換技術の開発に貢献し、この方法は現在でもLIGO-Virgo-KAGRA分析の重要なツールとなっている。
シュッツは、2019年に王立天文学会（RAS）のエディントン・メダル、2006年にイタリア重力学会（ SIGRAV）のアマルディ金メダルを受賞し、2020年にはアメリカ物理学会（APS）のリチャード・A・アイザックソン賞を共同受賞、2011年にはグラスゴー大学から名誉理学博士号を授与された。[ 34 ]また、2011年にはウェールズ学術協会のフェローにも選出された。[ 35 ]
アカデミー：
各種団体からのメダルやその他の賞：
重力波検出器共同研究の他のメンバーと共同で受賞：