スペース重力波アンテナ DECIGO計画（２０）： 設計・計画 物理学会 ＠甲南大学 ２００９年９月１０日 Sora

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1 スペース重力波アンテナ DECIGO計画（２０）： 設計・計画 物理学会 ＠甲南大学 ２００９年９月１０日 Sora
国立天文台，京大理^A^，法大工^B^，東大理^C^，JAXA-ISAS^D^，NASA^E^，阪市大理^F^，京大基研^G^，KEK^H^，早大理工^I^，弘前大理工^J^，東大地震研^K^，産総研^L^，名大理^M^，NICT^N^，Univ. of Wisconsin^O^，近大理工^P^，電通大レーザー研^Q^，JAXA^R^，お茶大院^S^，東経大経営^T^，理研^U^，東大総合文化^V^，新潟大工^W^，東大宇宙線研^X^，新潟大理^Y^，近大KLC^Z^，AEI^AA^，Lancaster Univ.^AB^，Univ. of Birmingham^AC^，ぐんま天文台^AD^，広大理^AE^，Liverpool JMU^AF^，立教大理^AG^，京大人環^AH^，大工大情報^AI^，Caltech^AJ^，Univ. Tuebingen^AK^，日大^AL^，長岡技科大経営情報^AM^，東大数物^AN^，阪大理^AO^，UWM^AP^，日大文理^AQ^，東理大^AR^，東工大理^AS^，無所属^AT^，東大工^AU^，RIT^AV^，防衛大^AW^，日大生産^AX^，JAXA-Space Education Center^AY^，RRI^AZ^，東北大理^BA^，東海大工^BB^，JAXA-JSPEC^BC^，東大新領域^BD^，京大生存研^BE^，APCTP^BF^ 川村静児，安東正樹^A^，瀬戸直樹^A^，佐藤修一^B^，中村卓史^A^，坪野公夫^C^，船木一幸^D^，沼田健司^E^，神田展行^F^，田中貴浩^G^，井岡邦仁^H^，高島健^D^，青柳巧介^I^，我妻一博^C^，浅田秀樹^J^，麻生洋一^C^，新井宏二，新谷昌人^K^，池上健^L^，石川毅彦^D^，石崎秀晴，石徹白晃治^C^，石原秀樹^F^，市來淨與^M^，伊東宏之^N^，伊藤洋介^O^，井上開輝^P^，上田暁俊，植田憲一^Q^，歌島昌由^R^，江尻悠美子^S^，榎基宏^T^，戎崎俊一^U^，江里口良治^V^，大石奈緒子，大河正志^W^，大橋正健^X^，大原謙一^Y^，大渕喜之，岡田則夫，小野里光司^C^，河島信樹^Z^，川添史子^AA^，河野功^R^，木内建太^I^，岸本直子^D^，國中均^D^，國森裕生^N^，黒田和明^X^，小泉宏之^D^，洪鋒雷^L^，郡和範^AB^，穀山渉^C^，苔山圭以子^AC^，古在由秀^AD^，小嶌康史^AE^，固武慶，小林史歩^AF^，西條統之^AG^，齊藤　遼^C^，坂井真一郎^D^，阪上雅昭^AH^，阪田紫帆里，佐合紀親^G^，佐々木節^G^，佐藤孝^W^，柴田大^V^，真貝寿明^AI^，杉山直^M^，鈴木理恵子^S^，諏訪雄大^C^，宗宮健太郎^AJ^，祖谷元^AK^，高野忠^AL^，高橋走^C^，高橋慶太郎^M^，高橋忠幸^D^，高橋弘毅^AM^，高橋史宜^AN^，高橋龍一^M^，高橋竜太郎，高森昭光^K^，田越秀行^AO^，田代寛之^A^，谷口敬介^AP^，樽家篤史^C^，千葉剛^AQ^，辻川信二^AR^，常定芳基^AS^，豊嶋守生^N^，鳥居泰男，内藤勲夫^AT^，中尾憲一^F^，中澤知洋^C^，中須賀真一^AU^，中野寛之^AV^，長野重夫^N^，中村康二，中山宜典^AW^，西澤篤志，西田恵里奈^S^，西山和孝^D^，丹羽佳人^AH^，能見大河^AU^，橋本樹明^D^，端山和大^AA^，原田知広^AG^，疋田渉^AO^，姫本宣朗^AX^，平林久^AY^，平松尚志^X^，福嶋美津広，藤田龍一^AZ^，藤本眞克，二間瀬敏史^BA^，細川瑞彦^N^，堀澤秀之^BB^，前田恵一^I^，松原英雄^D^，蓑泰志^AJ^，宮川治^X^，三代木伸二^X^，向山信治^AN^，武者満^Q^，森澤理之^A^，森本睦子^BC^，森脇成典^BD^，八木絢外^A^，山川宏^BE^，山崎利孝，山元一広^AA^，柳哲文^BF^，横山順一^C^，吉田至順^BA^，吉野泰造^AT^，若林野花^S^ 物理学会　＠甲南大学 ２００９年９月１０日 Sora

2 DECIGOとは？ Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory
LISAと地上検出器の帯域のギャップを埋める 超高感度の実現が可能！ 10-18 10-24 10-22 10-20 LISA 地上検出器(e.g. LCGT) Strain [Hz-1/2] DECIGO 白色矮星連星からの重力波雑音 10-4 10-2 100 102 104 Frequency [Hz]

3 日本の重力波検出実験の流れ DECIGO LCGT まずは、 次に、 LCGTで重力波初検出 DECIGOで重力波の頻繁な検出
⇒重力波天文学の創成 次に、 DECIGOで重力波の頻繁な検出 ⇒重力波天文学の発展 DECIGO LCGT LCGTで重力波検出技術の熟成 その技術をDECIGO に応用

4 スペース重力波アンテナDECIGO 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

5 ドラッグフリー衛星と干渉計制御 ミラーと衛星間の変位信号 ローカル 衛星A 衛星B センサー ミラー スラスター スラスター
アクチュエーター ミラー間の変位信号 （重力波信号！）

6 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

7 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 他にもいろいろなサイエンスが可能！ 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) 合体 5年前 ⇒西澤、横山、八木 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]

8 重力波で宇宙の産声を聞く 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)

9 DECIGO最大の目的 成功すればノーベル賞確実 インフレーション（宇宙誕生後10-35秒後）の直接観測 インフレーション存在の実証
インフレーションモデルの正否の判断 パリティの破れの検証 成功すればノーベル賞確実

10 力の雑音とセンサーノイズに対するリクワイヤーメント（LISA，LCGTとの比較）
ストレインでほぼ同じ, 距離: 1/5000, 鏡の質量: 100 センサーノイズ: LCGTより30倍ゆるい ストレインでほぼ同じ, ストーレッジタイム: 30)

11 感度を上げる必要性 インフレーションからの重力波をより確実に受けるには感度を数倍上げる必要がある？ パラメターの最適化が必要
感度の向上と技術的難しさの評価が必要 基線長: 長くすると、ストレインに対しては得だが、光のロスが大きくなる 鏡のサイズ: 大きくすると光のロスを小さくできる 鏡の質量: 大きくすると輻射圧雑音を低減できる

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) ⇒安東、佐藤、 江尻、若林、正田、中村 Pre-DECIGO SWIM ⇒穀山 DECIGO

13 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)

14 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

15 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 ホームページの開設
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 ホームページの開設

16 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号機にぜひとも採択されたい