DECIGOに対する サイエンスからの要請

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DECIGOに対する サイエンスからの要請 田中貴浩 第5回DECIGOワークショップ

DECIGOの意義 何故重力波なのか 強い重力場で一般相対論は本当に正しいのか? gravitonはちゃんと伝播してくるのか?  強い重力場で一般相対論は本当に正しいのか?     gravitonはちゃんと伝播してくるのか?   正しいという方に賭ける物理屋は沢山いるかもしれないが、   正しいと言いきれる物理屋はいない。   ブラックホール時空の時空構造をプローブする。     Minkowski + perturbation を越えた時空構造を初めて覗く  重力波の強い透過力   宇宙初期を見通す力がある。インフレーション、リヒーティング   コンパクト天体の性質を調べるのに有効     バイナリーパラメータ、半径、超高密度での状態方程式の決定  統計と宇宙論   基礎過程が理論的によく理解されている(これからさらに理解がすすむ)  プロセス(コンパクト天体の連星)がある。ビーミングも余り重要でないの  で観測によってイベントレートがばっちり決まる。

Deci Hz 帯の優位性  背景ノイズが低い    原理的には最高のS/Nが実現できるバンド    相対論の検証、重力波の宇宙論への応用、いずれにおいても     もっとも高精度な観測ができるポテンシャルがあるバンドである。  高い角度分解能 他の波長に比べて原理的に100倍高い  太陽質量程度の連星の合体予報、電磁波による観測とシンクロ  Targetの存在という点においても自然  mass rangeとしては104 M◎程度までがターゲット、ringing tailはもう少し上まで、    巨大ブラックホール、銀河中心の成長プロセスを明らかにできる。            →榎さん 太陽質量程度の連星もtargetになる。  つまり、DECIGOが実現すれば、大きな成果を挙げることは間違いない。   それでは、何故、他の国はやらないのか? 否、BBOがある。            それでも、現時点では野心的な計画

 相対論    ☆☆☆ golden event S/Nが大きい 銀河中心核BHはたぶんKerr BHである 例えば、Brans-Dicke parameterへの制限はすごい  宇宙論    ☆☆☆ 105envents/yrのNS-NS連星のカタログ                中質量ブラックホールのカタログ                 インフレーション起源の背景重力波                         (複数台/クリーニング必須)                  Dark Energy(他の観測手段もある,ultimate DECIGOが必要)  天体物理   ☆☆☆ やはり、地上の100Hz-kHzの方が面白いのではないか。                 しかし、他の観測手段と連携したときには                 合体予報ができることは非常に魅力的である。 hrms~10-23で300Mpcまでarcmin以下の精度で位置が                  0.1秒以下の精度で合体時刻が予言できる                  R. Takahashi and T. Nakamura ApJ 596 L231 (2003).

Brans-Dicke parameter DECIGO DECIGO with other noise sources NS-NS background 1% WD binary confusion NS-NS binary confusion log10 f 合体1年前から合体までを観測することを想定 合体直前でない方が強い制限を与えるかも知れないが、 1.4M◎NS+0.5M◎BHの場合: wBD > 5.6×1010 (3000Mpc/D) 1.4M◎NS+10M◎BHの場合: wBD > 2.3×109(3000Mpc/D)    検算はできてないが、非常に強い制限をつけることが  可能なことは確かなようだ。

R. Takahashi and T. Nakamura, Prog. Theor. Phys. 113, 63 (2005) X matter (ダークエネルギー) Ultimate Decigo この精度までいけば他の方法を上回る ただし、conservative Decigoではそれぞれ103ほど大きい

Inflation起源の背景重力波 tensorゆらぎのamplitude = inflation energy scaleの直接的な測定     GUT inflation の場合に WGW=10-15~16 CMBのB-modeでもわかるが         r=(Tensor/Scalar)=10-2 with CMBpol or Inflation Probe consistency relationが非常に精度良くチェックされる                  r~nT インフレーション後の宇宙の進化の過程でより大きな背景重力波が   生成された可能性もある    プレヒーティングでの重力波生成        → 須山さん    2次のゆらぎから作られるので Gaussianではなく c 2-分布

クリーニングの問題 遠方のBinary NS のシグナルが検出できるかどうか。 検出できないと数が多すぎてノイズになる。(~105events/yr) テンプレートがあるのだから、引き去ればよい。 原理的には可能だが現実的には?    → 神田さん、疋田さん

このrateなら完全にクリーニングできなくても Cutler & Harmsを元に瀬戸さんがコンパイルした図 NS binary foreground for present day event rate 10-7 Mpc-3 yr-1 (この線は若干適当です)   このrateなら完全にクリーニングできなくても それほど他の観測の邪魔にはならないか? rth=40と考えるとクリーニングには 3倍良い感度が必要 この図は10-7 Mpc-3 yr-1程度のrateの場合 にはFP-DECIGO baseでもかなりの割合の binaryが検出されていることも意味している

WGW=10-12 levelの背景 重力波が作るノイズ (この線は若干適当です) その他のforegroundのソースとしてPOP-III大質量星の超新星爆発    0.1~1HzあたりでFP-DECIGOを数倍超えるlevelにまで達する?     →諏訪さん rateの評価に対して別の角度から、     →大向さん このソースは0.1~1Hzあたりではstep fn的に見える。    subtractionが可能か?rateに非常に依るのではないか?