スペース重力波アンテナ DECIGO計画（２） 天文学会 ＠東北大学 ２００３年３月２５日 川村 静児(国立天文台)、中村 卓史(京大理)、坪野 公夫(東大理)、瀬戸 直樹(阪大理)、高野 忠(宇宙研)、安東 正樹(東大理)、井岡 邦仁(阪大理)、植田 憲一(電通大)、神田 展行(阪市大理)、國森 裕生(通総研)、阪上 雅昭(京大総合)、佐々木 節(阪大理)、佐藤 孝(新潟大工)、柴田 大(東大教養)、田中 貴浩(京大基研)、千葉 剛(京大理)、中尾 憲一(阪市大理)、長野 重夫(国立天文台)、沼田 健司(東大理)、細川 瑞彦(通総研)、横山 順一(阪大理)、吉野 泰造(通総研)、他DECIGOワーキンググループ(国立天文台、京大理、東大理、阪大理、宇宙研、電通大、京大基研、お茶大理、近大理、産総研、東海大理、東大宇宙線研、東北大理、新潟大理、新潟大自然、弘前大理、広島大理、理研、早大理工、Caltech、Penn. State Univ.、Washington Univ.)
DECIGO （Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory） 衛星１ 宇宙空間 （太陽周回軌道） 重力波 レーザー光 衛星２ 衛星３ ５万km
スペース重力波アンテナの特徴 低周波で感度がよくなる 信号が低周波で増える 低周波ノイズが減る －地面振動や重力場の揺らぎノイズが小さい －アーム長を長くできる －高周波では信号のキャンセルが起こる 低周波ノイズが減る －地面振動や重力場の揺らぎノイズが小さい 低周波で感度がよくなる
LISA (Laser Interferometer Space Antenna) NASAとESAの共同計画 1mHz～10mHzを狙うスペース重力波アンテナ アーム長：500万km 2011年打ち上げ予定 今年度の大統領予算 に載る
DECIGOの特徴 アーム長はLISAの100分の1 LISAと地上干渉計との狭間の周波数帯をねらう 白色矮星連星からの重力波雑音がない 10-18 10-24 10-22 10-20 LISA ストレイン [Hz-1/2] DECIGO LCGT (感度：任意) 10-4 10-2 100 102 104 周波数 [Hz]
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
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)
DECIGOに必要な技術 フォーメーションフライト ドラッグフリー衛星 位相ロックして増幅反射 ヘテロダイン検出 3台の衛星 太陽輻射圧など 光が広がる 重力場による動き 3台の衛星 フォーメーションフライト ドラッグフリー衛星 ヘテロダイン検出 位相ロックして増幅反射
DECIGOの感度 f-2 f1 ストレイン [Hz-1/2] 周波数 [Hz] 10-19 10-20 力の雑音 10-21 10-22 10-20 10-21 ストレイン [Hz-1/2] 10-4 102 100 10-2 ショットノイズ 力の雑音 f1 f-2
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（科学技術振興調整費）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開始 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(Goddard)・東大・天文台との間で共同研究を行なうことを検討中
衛星測位シミュレータの概念図 角度フィードバック信号 光ファイバー 角度揺らぎ シミュレータ 強度安定化システム 恒温槽 ４分割 光検出器 角度揺らぎ シミュレータ 強度安定化システム 恒温槽 ４分割 光検出器 音響光学素子 角度検出システム レーザー 変位検出システム 音響光学素子 周波数安定化システム 光検出器 低熱膨張率定盤 ドップラー シミュレータ 変位フィードバック信号
力雑音検出システムの概念図 低周波共振周波数 低熱雑音 高感度検出系 ワイヤー 静電センサ 支持棒 レーザー テストマス（鏡）
まとめ 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 この周波数帯は白色矮星連星からの重力波雑音がない 計測系シミュレータと力の雑音計測実験が立ち上がりつつある