重力波望遠鏡におけるマルチメッセンジャー観測システムの開発

• Project/Area Number: 15J11064
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 正田 亜八香 国立天文台, 重力波プロジェクト推進室, 特任助教
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 重力波 / 制御 / 防振装置 / マルチメッセンジャー観測

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マルチメッセンジャー観測を実現するためKAGRAの開発を行っている。KAGRAは岐阜県飛騨市神岡町に建設されている片腕3kmの長さを持った干渉計型重力波望遠鏡で、特に地面振動の小さい地下環境であることなどが大きな特徴である。本研究員は特にKAGRAにおける観測の安定化、および長時間化に重点をおき、干渉計に使用される鏡を吊るす防振装置の開発、改良を行った。KAGRAでは、干渉計の鏡への地面振動の影響を低減するため多段の振子として懸架することで防振を行う。この振子の効果により10Hz以上では地面振動による雑音は低減する一方、低周波数では振子の共振モードが立つため、一度制御の失敗などで鏡を大きく揺らしてしまうとその周波数での揺れがなかなか減衰せず、干渉計の制御に支障をきたしてしまう。この揺れが収まるまで待っていたのでは観測時間のロスになってしまうため、フィードバック制御によって能動的に共振をダンピングすることが重要である。
今年度は特にKAGRAのアップグレードに向けた追加のダンピングシステムの設計・製作を行い、KAGRAにて組み立て・性能試験を行った。本設計・開発には国立天文台の先端技術センター(ATC)、イタリアの重力波望遠鏡Virgoグループとの協力、共同研究が含まれている。この結果、今回新たに設計、追加したシステムによってすべての共振モードが約1/10程度まで適切にダンピングされていることが確認できた。このダンピングシステムによって、鏡の揺れる速度を干渉計を制御するのに十分なほど抑え込むことができる。また、本ダンピングシステムによって鏡の揺れの減衰時間も低減することが可能となり、観測時間の増加も期待される。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

28年度が最終年度のため記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度のため記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Virgo/Pisa University(イタリア)
• [Int'l Joint Research] ANU(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] LIGO laboratory(アメリカ、イタリア、フランス、等)
• [Journal Article] Ground-based low-frequency gravitational-wave detector with multiple outputs (2017)
  • Author(s): Ayaka Shoda, Yuya Kuwahara, Masaki Ando, Kazunari Eda, Kodai Tejima, Yoichi Aso, and Yousuke Itoh
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 95 Issue: 8 Pages: 82204-82204
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.082004
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Search for a stochastic gravitational wave background at 1-5 Hz with a torsion bar (2016)
  • Author(s): Kuwahara, Yuya; Shoda, Ayaka; Eda, Kazunari; et al.
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 94 Issue: 4 Pages: 42003-42003
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.042003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of the room temperature payload prototype for the cryogenic interferometric gravitational wave detector KAGRA (2016)
  • Author(s): P. Arellano, F. Erasmo, T. Sekiguchi, Y. Fujii, R. Takahashi, M. Barton, N. Hirata, A. Shoda, J. van Heijningen, R. Flaminio, R. DeSalvo, K. Okutumi, T. Akutsu, Y. Aso, H. Ishizaki, N. Ohishi, K. Yamamoto, T. Uchiyama, O. Miyakawa, M. Kamiizumi, A. Takamori, et al.
  • Journal Title: Rev. Sci. Instrum. Volume: 87 Issue: 3 Pages: 034501-034501
  • DOI: 10.1063/1.4942909
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] KAGRAにおけるPower Recycling 鏡の防振懸架系システムの 開発II (2017)
  • Author(s): 正田亜八香
  • Organizer: 2017年物理学会春季大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] KAGRAにおけるPower Recycling 鏡の防振懸架系システムの 開発 (2016)
  • Author(s): 正田亜八香
  • Organizer: 2016年物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAプロジェクトの現状 (2016)
  • Author(s): 正田亜八香
  • Organizer: 2016年天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Environment at the underground GW detector KAGRA (2016)
  • Author(s): 正田亜八香
  • Organizer: GWADW2016
  • Place of Presentation: イタリア、エルバ島
  • Year and Date: 2016-05-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] KAGRA用防振装置の開発XVI(全体) (2016)
  • Author(s): 正田亜八香
  • Organizer: 2016年物理学会春季大会
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市東北学院大学
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 重力波望遠鏡KAGRAにおけるmulti-messenger 観測への対応 (2015)
  • Author(s): 正田亜八香
  • Organizer: 2015年天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 兵庫県神戸市甲南大学
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Torsion-bar Antenna Experiments (2015)
  • Author(s): Ayaka Shoda
  • Organizer: GWADW 2015
  • Place of Presentation: Alaska, USA
  • Year and Date: 2015-05-17
  • Int'l Joint Research / Invited