スペース重力波アンテナ DECIGO計画（１３） 天文学会 ＠山口大学 ２００９年９月１５日 Sora

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1 スペース重力波アンテナ DECIGO計画（１３） 天文学会 ＠山口大学 ２００９年９月１５日 Sora
川村静児(国立天文台)、安東正樹(京大理)、瀬戸直樹(京大理)、佐藤修一(法大工)、中村卓史(京大理)、坪野公夫(東大理)、船木一幸(JAXA-ISAS)、沼田健司(NASA)、神田展行(阪市大理)、田中貴浩(京大基研)、井岡邦仁(KEK)、高島健(JAXA-ISAS)、青柳巧介(早大理工)、我妻一博(東大理)、浅田秀樹(弘前大理工)、麻生洋一(東大理)、新井宏二(国立天文台)、新谷昌人(東大地震研)、池上健(産総研)、石川毅彦(JAXA-ISAS)、石崎秀晴(国立天文台)、石徹白晃治(東大理)、石原秀樹(阪市大理)、市來淨與(名大理)、伊東宏之(NICT)、伊藤洋介(Univ. of Wisconsin)、井上開輝(近大理工)、上田暁俊(国立天文台)、植田憲一(電通大レーザー研)、歌島昌由(JAXA)、江尻悠美子(お茶大理)、榎基宏(東経大経営)、戎崎俊一(理研)、江里口良治(東大総合文化)、大石奈緒子(国立天文台)、大河正志(新潟大工)、大橋正健(東大宇宙線研)、大原謙一(新潟大理)、大渕喜之(国立天文台)、岡田健志(東大理)、岡田則夫(国立天文台)、小野里光司(東大理)、河島信樹(近大KLC)、川添史子(AEI)、河野功(JAXA)、木内建太(早大理工)、岸本直子(JAXA-ISAS)、國中均(JAXA-ISAS)、國森裕生(NICT)、黒田和明(東大宇宙線研)、小泉宏之(JAXA-ISAS)、洪鋒雷(産総研)、郡和範(Lancaster Univ.)、穀山渉(東大理)、苔山圭以子(お茶大理)、古在由秀(ぐんま天文台)、小嶌康史(広大理)、固武慶(国立天文台)、小林史歩(Liverpool JMU)、西條統之(立教大理)、齊藤遼(東大理)、坂井真一郎(JAXA-ISAS)、阪上雅昭(京大人環)、阪田紫帆里(国立天文台)、佐合紀親(京大基研)、佐々木節(京大基研)、佐藤孝(新潟大工)、柴田大(東大総合文化)、真貝寿明(大工大情報)、杉山直(名大理)、鈴木理恵子(お茶大院)、諏訪雄大(東大理)、宗宮健太郎(Caltech)、祖谷元(Univ. Tuebingen)、高野忠(日大)、高橋走(東大理)、高橋慶太郎(名大理)、高橋忠幸(JAXA-ISAS)、高橋弘毅(長岡技科大経営情報)、高橋史宜(東大数物)、高橋龍一(名大理)、高橋竜太郎(国立天文台)、高森昭光(東大地震研)、田越秀行(阪大理)、田代寛之(京大理)、谷口敬介(UWM)、樽家篤史(東大理)、千葉剛(日大文理)、辻川信二(東理大)、常定芳基(東工大理)、豊嶋守生(NICT)、鳥居泰男(国立天文台)、内藤勲夫(無所属)、中尾憲一(阪市大理)、中澤知洋(東大理)、中須賀真一(東大工)、中野寛之(RIT)、長野重夫(NICT)、中村康二(国立天文台)、中山宜典(防衛大)、西澤篤志(国立天文台)、西田恵里奈(お茶大院)、西山和孝(JAXA-ISAS)、丹羽佳人(京大人環)、能見大河(東大工)、橋本樹明(JAXA-ISAS)、端山和大(AEI)、原田知広(立教大理)、疋田渉(阪大理)、姫本宣朗(日大生産)、平林久(無所属)、平松尚志(東大宇宙線研)、福嶋美津広(国立天文台)、藤田龍一(RRI)、藤本眞克(国立天文台)、二間瀬敏史(東北大理)、細川瑞彦(NICT)、堀澤秀之(東海大工)、前田恵一(早大理工)、松原英雄(JAXA-ISAS)、蓑泰志(Caltech)、宮川治(東大宇宙線研)、三代木伸二(東大宇宙線研)、向山信治(東大数物)、武者満(電通大レーザー研)、森澤理之(京大理)、森本睦子(JAXA-JSPEC)、森脇成典(東大新領域)、八木絢外(京大理)、山川宏(京大生存研)、山崎利孝(国立天文台)、山元一広(AEI)、柳哲文(APCTP)、横山順一(東大理)、吉田至順(東北大理)、吉野泰造(無所属)、若林野花(お茶大院) 天文学会　＠山口大学 ２００９年９月１５日 Sora

2 重力波とは？ アインシュタインの一般相対性理論により予言 潮汐的な空間のひずみが伝わっていく波 空間のひずみ～10-23程度
⇒まだ見つかっていない！

3 重力波を出す天体現象 中性子星やブラックホールの連星運動とその合体 超新星爆発 パルサー 宇宙初期 未知なる天体 重力波天文学

4 重力波で宇宙の始まりを観る 宇宙誕生 重力波 電磁波 10 -43 秒 (プランク時間） ニュートリノ 1 秒 (陽子、中性子の形成)
38万年 (晴れ上がり) 137億年 (現在)

5 レーザー干渉計による 重力波検出 重力波 ミラー ミラー レンズ 干渉光 ビームスプリッター スクリーン レーザー

6 アーム長が長いほど 感度が高い 鏡 鏡 鏡 レーザー 光検出器 鏡 レーザー 光検出器

7 世界の大型干渉計 GEO (600 m) LIGO (4 km) TAMA (300 m) LCGT (3 km) CLIO (100 m)
VIRGO (3 km)

8 干渉計を宇宙に持っていくと もっと長くできる
信号が増える －重力波と光の相互作用の時間が長くなるため －ただし高周波では信号のキャンセルが起こる 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

9 スペース重力波アンテナDECIGO Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory 光共振器を使って感度を高める アーム長：1000 km ミラー直径：1 m レーザー波長：532 nm フィネス：10 レーザーパワー：10 W ミラー質量：100 kg 干渉計３台で１クラスター 鏡（浮いている） 光共振器 光検出器 光共振器 レーザー ドラッグフリー衛星

10 軌道とコンステレーション（案） 地球 背景重力波検出のため相関を取る レコード盤軌道 太陽 角度分解能を上げる

11 DECIGOの目標感度と得られるサイエンス
10-19 10-20 10-21 10-22 10-23 10-24 10-25 10-26 原始ブラックホール ダークマター 巨大ブラックホール形成の メカニズム解明 ブラックホール連星 (1000 M◎ z=1) ブランスディッケ・パラメタ 合体 5年前 3ヶ月前 1 クラスター ストレイン [Hz-1/2] 中性子星連星 (z=1) ２クラスター 相関解析 (3年間) 宇宙膨張の 加速度計測 ⇒ダークエネルギーの制限 インフレーション GW~210-16 合体 インフレーションの検証 　 　 　 　 　103 周波数 [Hz]

12 ロードマップ ミッション 要素技術の実証試験 最小限のスペックで 重力波検出 衛星間共振器の実現 重力波天文学の発展 スコープ 衛星１台
2009 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ミッション 目的 要素技術の実証試験 最小限のスペックで 重力波検出 衛星間共振器の実現 重力波天文学の発展 スコープ 衛星１台 アーム１本 衛星３台 干渉計１台 干渉計３台 ×４クラスター R&D 製作 R&D 製作 R&D 製作 DICIGOパスファインダー (DPF) Pre-DECIGO SWIM DECIGO

13 DECIGO パスファインダー (DPF) DPF DECIGO アーム長を縮めて技術実証 中間質量ブラックホール連星の合体（我々の銀河）
地球重力場の観測 DECIGO DPF 光共振器 光共振器 レーザー 1,000 km 30 cm 光検出器 鏡（浮いている） アーム長を縮めて技術実証 ドラッグフリー衛星

14 小型科学衛星としてのDPF DPF Payload Satellite Bus Mast structure
Size : mm cube Weight : kg Power : W Data Rate: 800kbps Mission thruster x12 Mission Thruster head Stabilized. Laser source Power Supply SpW Comm. On-board Computer Satellite Bus (‘Standard bus’ system) Size : 950x950x1100mm Weight : kg SAP : W Battery: AH Downlink : 2Mpbs DR: GByte 3N Thrusters x 4 Interferometer module Satellite Bus system Bus thruster Solar Paddle

15 サブシステムの開発 周波数安定化レーザー テストマスモジュール 静電センサー アクチュエーター ドラッグフリーモデル 干渉計センサー
スラスター

16 DECIGO暫定組織 代表： 川村 (国立天文台) 副代表： 安東 (京大理) デザインフェーズ DECIGO パスファインダー
運営委員会 川村 (国立天文台)，安東 (京大理)，瀬戸 (京大理)，中村 (京大理)， 坪野 (東大理)，佐藤 (法政大工)，田中 (京大基研)，船木 (JAXA/ISAS)， 沼田 (Merryland)，神田 (阪市大理)，井岡 (KEK)，高島 (JAXA/ISAS) Pre-DECIGO 佐藤(法政大工) 検出器 沼田 (Merryland) 安東 (京大理) サイエンス・データ 田中 (京大基研) 瀬戸 (京大理) 神田 (阪市大理) 衛星 船木 (JAXA/ISAS) デザインフェーズ DECIGO パスファインダー リーダー： 安東 (京大理) 副リーダー： 高島 (JAXA/ISAS) ミッションフェーズ 検出器 上田 (国立天文台) レーザー 植田 (電通大) 武者 (電通大) ハウジング 佐藤 (法政大工) ドラッグフリー 森脇 (東大新領域) 坂井 (JAXA/ISAS) スラスター 船木 (JAXA/ISAS) バス 高島 (JAXA/ISAS) データ 神田 (阪市大理)

17 研究協力等 LISA Stanford Univ. NASA Goddard JAXA誘導制御グループ 東大ビッグバンセンター
第１回LISA-DECIGOワークショップ開催（平成２０年１１月） サポートレター Stanford Univ. 帯電制御その他で共同研究　⇒　MOU NASA Goddard ファイバーレーザーの共同研究　⇒　検討開始 JAXA誘導制御グループ フォーメーションフライトの共同研究 東大ビッグバンセンター DECIGOがメインテーマの一つとなる 国立天文台・先端技術センター 協力体制についての検討、まもなく開始 UNISEC 研究協力の検討

18 最近の進展 第７回DECIGOワークショップ（２００９年４月） DPF：小型科学衛星２号機不採択 新学術領域
関連分野との融合の試み DPF：小型科学衛星２号機不採択 ２度目のヒアリングの最終候補の２つに残るも不採択 新学術領域 地上と合同で出すも不採択 物理学会：DECIGO関連で１０講演 ホームページの開設

19 まとめ DECIGOにより非常に頻度の高い重力波検出が可能となる それによりさまざまな新しいサイエンスが得られる
DPFの打ち上げが最重要なステップ そのために各研究機関との研究協力を行っている 小型科学衛星３号機をめざす

20 聞きたいな 宇宙の産声 DECIGOで！ Sora