第７回DECIGOワークショップ ＠国立天文台

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1 第７回DECIGOワークショップ ＠国立天文台
川村静児（国立天文台） ２００９年４月２３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 LISA NASAとESAの共同計画 アーム長：500万km 1mHz～10mHzを狙う 光トランスポンダ方式 LISA project

10 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狙う 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]

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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 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 3ヶ月前 1 クラスター ストレイン [Hz-1/2] 宇宙膨張の 加速度計測 ⇒ダークエネルギーの制限 中性子星連星 (z=1) ２クラスター 相関解析 (3年間) 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]

16 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)

17 予備概念設計に対する要求値（１） [感度] 3x10-23 1/Hz @ 0.1 Hz 2x10-24 1/Hz @ 1 Hz
[干渉計の構成] ファブリペロー・マイケルソン干渉計 アーム長：1000 km レーザーパワー：10 W レーザー波長：532 nm ミラー直径：1 m フィネス：10

18 予備概念設計に対する要求値（２） [輻射圧以外の力の雑音] 鏡1枚につき 4x10-17 N/Hz (全体で 8x10-17 N/Hz)
安全係数： 3 1 Hz 光源（初段の周波数安定化システムを含む）の周波数安定度： 1 Hz/Hz 同相腕共振器長による周波数安定化ゲイン： 105 同相信号除去比： 105 安全係数： 10 1 Hz 光源の強度雑音： /Hz 差動腕共振器長の残留RMS： 2x10-11 m 安全係数: 10

19 ロードマップ DICIGOパスファインダー (DPF)  安東’s Talk Pre-DECIGO DECIGO Mission
2007 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Mission Objectives 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 Scope 衛星１台 アーム１本 衛星３台 干渉計１台 干渉計３台 ×４ユニット R&D 製作 R&D 製作 R&D 製作 DICIGOパスファインダー (DPF)  安東’s Talk Pre-DECIGO DECIGO

20 佐藤 (法政大工), 神田 (阪市大理), 高島 (ISAS), 井岡 (KEK)
DECIGO暫定組織 代表：川村 (国立天文台) 副代表: 安東 (京大理) 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), 田中 (京大基研), 船木 (ISAS), 沼田 (Merryland), 佐藤 (法政大工), 神田 (阪市大理), 高島 (ISAS), 井岡 (KEK) 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 (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 (ISAS) ミッションフェーズ 検出器 安東 (東大理) 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 (ISAS) スラスター 船木 (ISAS) バス 高島 (ISAS) データ 神田 (阪市大理)

21 研究協力 LISAとの研究協力 Stanford Univ.との共同研究 国内の共通のサイエンスの目的を持つプロジェクトとの協力を進める
第１回LISA-DECIGOワークショップ開催（平成２０年１１月） Stanford Univ.との共同研究 国内の共通のサイエンスの目的を持つプロジェクトとの協力を進める 国内の衛星グループとの研究協力を進める

22 LISAグループからの協力 Dear Seiji,
thank you very much for organizing the 1st LISA/DECIGO Symposium. It was a pleasure to be there and we were deeply impressed by the quality of your work on space based gravitational wave detection. We are sure there will be a bright future for Japan in this field and we hope for a long  and fruitful collaboration on DECIGO and maybe LISA itself! Please be assured of our full support. Regards, Karsten ********************************************************************** Prof. Dr. Karsten Danzmann          Albert-Einstein-Institut Hannover: Max-Planck-Institut fuer Gravitationsphysik und Universitaet Hannover, Callinstr. 38,  D Hannover,  Germany Fax ,  Tel , Tel-Sekr **********************************************************************

23 Stanford Univ.との協力 強力なメンバー 協力事項 MOU作成中 Bob Beyer（レーザーの大家）,
Dan Debra（ドラッグフリー衛星の創始者、GPBのCo-PI） Ke-Xun Sun（今回出席） 協力事項 UV-LEDによる帯電制御 DECIGOのドラッグフリーシステムの研究 MOU作成中

24 聞きたいな 宇宙の産声 DECIGOで！ Sora