並進制御を用いた2m TOBAによる低周波重力波探査実験 坪野研 岡田健志 2012年1月
背景 目的 ・ ブラックホールの準固有振動からの重力波探査 ・ プロトタイプTOBAでは低周波重力波(0.01～0.1Hz)を観測するためには10-19程度の感度を達成したい ・ プロトタイプTOBAでは並進方向の地面振動が感度を制限 地上で低周波重力波探査を行うには地面振動起因の雑音を低減することが不可欠 →静電アクチュエータで並進方向を制御すれば、この低減が可能 目的 ・ ブラックホールの準固有振動からの重力波探査 ・ 0.02Hz付近での背景重力波に対する上限値の更新
装置図 タングステン Φ120 μm, 25 cm 4cm×4cm×4cm アルミ (フレームにより中を空洞化) 約150 g アルミ (フレームにより中を空洞化) 約150 g 2cm×2cm×200cm アルミ 2.16 kg Z Y X →垂直方向以外の 5自由度を制御 静電アクチュエーター 慣性モーメント IZ = IX = 1.0 kg m2 IY= 2.1 ×10-4 kg m2 レーザー 共振周波数 fX=1.0 Hz fY=0.4Hz fYaw～0.4 mHz
目標感度 現在の感度 目標 ワイヤー, 2m, ワイヤー, 20cm, 静電センサ・アクチュエータ コイルマグネットアクチュエータ 制御系の雑音 地面振動雑音 地面振動雑音 磁場雑音 熱雑音 熱雑音 静電アクチュエータを用いた制御系の雑音 の見積もりはまだ しかしDPFの静電アクチュエータ雑音の要求値 1×10-15 N/Hz-1/2 からすると達成できそう
慣性モーメント 3.45×10-4 kg m2 → 1.0 kg m2 ・ 磁場雑音 慣性モーメントで４桁、磁気シールドで１桁 慣性モーメント 3.45×10-4 kg m2 → 1.0 kg m2 ・ 磁場雑音 慣性モーメントで４桁、磁気シールドで１桁 ・ 地面振動による雑音 神岡に移設して２桁、腕の長さで１桁、制御で２桁低減 ・ ガスダンピング ・ 制御系（オフセット・ゲイン回路、フィルター回路、コイルドライバ）の雑音 ・ データロガーの雑音
重力波源 ・ 大質量ブラックホールの準固有振動 アンドロメダ銀河： 700 kpc 銀河系中心には06-103M◎のブラックホール が２７個あることを示す観測データ （福井工業大学 大家寛教授） 大マゼラン星雲： 50 kpc 銀河系中心： 10kpc 地球の３倍の重さを持つガス雲が、２０１３年 にも落ち込み始め、それに伴いエックス線放射 が強まると予測される 10 kpc, 106M◎ で h~ ・ 背景重力波 h ~ 10-12 @0.02Hz とすると Ωgw ~ 109 程度の上限値をつけることが可能