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他波長での重力波観測の可能性

他波長での重力波観測の可能性. 重力波研究会　＠京大基研 ２００３年１月３０日 川村 静児　（国立天文台）. 内容. 100MHz 重力波検出器 について DECIGO について まとめ. 超高周波重力波検出器. 予測される 重力波信号は小さい アーム長が長いと信号がキャンセルするためアーム長を伸ばせない　ー　 感度が悪い きびしい！ あまり誰もやっていない. 遅. 遅. 速. 速. 速. 遅. 速. 遅. 　ビーム スプリッター. レーザー. Synchronous Recycling. 重力波の周期 ＝ ４ × アーム長

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他波長での重力波観測の可能性

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Presentation Transcript

  1. 他波長での重力波観測の可能性 重力波研究会　＠京大基研 ２００３年１月３０日 川村 静児　（国立天文台）

  2. 内容 • 100MHz重力波検出器について • DECIGOについて • まとめ

  3. 超高周波重力波検出器 • 予測される重力波信号は小さい • アーム長が長いと信号がキャンセルするためアーム長を伸ばせない　ー　感度が悪い • きびしい！ • あまり誰もやっていない

  4. 遅 遅 速 速 速 遅 速 遅 　ビーム スプリッター レーザー Synchronous Recycling 重力波の周期 ＝ ４×アーム長 （1mのアーム長に対して75MHzの重力波） 重力波信号はシンクロナス的に増幅される

  5. 感度（１） • 1Wのレーザーで変位ショットノイズは　　10-16 m/rHz • 共振器のフィネス105は可能 • 変位感度：10-21 m/rHz • ストレイン感度：10-21 1/rHz • バンド幅：1kHz

  6. 1kHz BPF 1kHz BPF 2台の出力の相関 干渉計 A 2台上下に重ねる (距離：～20cm) 積分 干渉計 B

  7. 感度（２） • 信号は積分時間に比例して増える • 無相関の雑音はバンド幅（1kHz)の逆数(1msec)程度より長く積分しても積分時間のルートでしか増えない • 1年間(3×107sec)積分すると • 信号雑音比の改善： 　√(3×107/10-3)=1.7×105 • 感度：6×10-27 1/rHz • バンド幅：1kHz

  8. 検討項目 • 理論 －　この感度で見つかるソースはあるか？ 　－　見つからなくても有為なアッパーリミットは出せるか？ • 実験 －　他の雑音の見積もり 　－　Signal Recyclingとの比較 　－　干渉計の動作方法（信号取得など）

  9. 10-18 10-20 10-22 10-24 DECIGOとは何か？ • Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory • 短距離型スペース重力波アンテナ LISA ストレイン　[Hz-1/2] LCGT DECIGO (感度：任意) 10-4 102 100 104 10-2 周波数　[Hz]

  10. 周波数ギャップを埋めることの重要性 新しい窓は新しい物理を生む！ • LISAの帯域から出て行った連星からの重力波の検出 • 地上干渉計の帯域に入る前の連星からの重力波の検出 • 宇宙初期からの重力波 • 全く新しい重力波源 • 全く新しい物理

  11. 100 10-18 f-2 f1 LISA 10-19 DECIGO ストレイン　[Hz-1/2] 力の雑音: f0 f0:1/L f0 アーム長：(1/100)LISA 10-20 XFN/L∝1/L LISAと同じ技術レベル 100 10-21 ショットノイズ (f<f0): XSN/L∝P-1/2/L∝(L-2) -1/2/L=L/L 102 100 10-4 10-2 周波数　[Hz] アーム長と感度の関係

  12. 10-18 10-20 10-22 10-24 10-4 102 100 104 10-2 10-26 DECIGOの感度 DECIGO (LISAの技術レベル L=5×107m) LISA LCGT ストレイン　[Hz-1/2] DECIGO究極の感度1000 DECIGO究極の感度 (量子雑音のみ M=100kg, L=5×108m) 周波数　[Hz]

  13. Extra-galactic WD-WD 10-10 WD-WD Extra-galactic NS-NS LISA - 1yr 10-16 10-13 DECIGOの有利な点 0.1Hz付近には重力波雑音がない By A. Vecchio

  14. 宇宙の膨張加速度の直接計測 膨張 ＋加速？ DECIGO 重力波 連星中性子星 (z～1) 出力 テンプレート (加速していない場合) ストレイン 実際の信号 位相遅れ～1sec (10年の観測) 時間 Seto, Kawamura, Nakamura, PRL 87, 221103 (2001)

  15. DECIGOに必要な技術 3台の衛星 フォーメーションフライト 太陽輻射圧など 重力場による動き ドラッグフリー衛星 光が広がる 位相ロックして増幅反射 ヘテロダイン検出

  16. DECIGOワーキンググループ • 2002年初頭に結成　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　現在84名（天文台、宇宙研、大阪市立大、阪大、 　　京大、通総研、電通大、東大、宇宙線研、東北大、 　　新潟大、早大他） • 2002年5月9日第1回ミーティング開催 50名以上の参加者　　　　　　　　　　　　　　　　　 科学的成果とフィージビリティーについて検討 • 2003年秋を目標に目的とリクワイヤーメントを設定 • R&Dの立ち上げ

  17. R&Dの立ち上げ • 精密衛星測位による地球環境監視技術の開発（平成１４年度より科学技術振興調整費の課題として採択）のサブテーマの一つとして通総研・新潟大・天文台で衛星間測距のシミュレータを製作 • LISAの技術開発の一環としてドラッグフリー技術に伴う低周波での雑音の確認実験をNASAのGoddard・天文台との間で共同研究を行なうことを検討中

  18. まとめ • Synchronous Recycling干渉計２台の出力の相関を1年間とることにより、100MHz付近で6×10-27 1/rHz（バンド幅：1kHz）の感度を達成できる可能性がある • 理論・実験両面でのより詳しい検討が必要である • DECIGOで地上重力波アンテナとLISAとの間の周波数ギャップを埋める • この周波数帯は重力波雑音がなく、宇宙膨張の加速度を計測できる可能性もある • DECIGOワーキンググループにて検討が始まり、またR&D実験もスタートする

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