大型低温重力波検出装置による天体からの連続重力波の研究

• 研究課題/領域番号: 01629509
• 研究種目: 重点領域研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 高エネルギー物理学研究所
• 研究代表者: 森本 喜三夫 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 教授 (10011579)
• 研究分担者: 小川 雄二郎 高エネルギー物理学研究所, 放射光実験施設, 助手 (70177145) ; 鈴木 敏一 高エネルギー物理学研究所, 低温センター, 助手 (20162977)
• 研究期間 (年度): 1989
• 研究課題ステータス: 完了 (1989年度)
• 配分額: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 1989年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円)
• キーワード: 重力波 / 重力 / 中性子星 / パルサ- / 超新星 / 一般相対論

研究概要

超新星1987Aの中心核は中性子星を形成すると考えられていたが、光学周波数1968・629Hzのパルサ-が発見されたとの情報によりこの新しい中性子星が放射していると考えられる連続重力波の探索の実験を行った。重力波周波数は約4kHzというこれまで試みられたことのない高い周波数であり、新してタイプの重力波アンテナの開発が必要であった。そこで円板(円柱)状のディスク型アンテナの中心附近に4回対称性を持たせた孔を開けたアンテナを工案し、孔の直径と深さを調節して正確に共振周波数をコントロ-ルすることができた。アンテナの側面に円板型の附属共振子を装備し、これによって共鳴型トランスデュ-サ-を形成した。この複合型アンテナは極低温で高いQ値と広いバンド幅を持つ性能の良い共振型アンテナであることが確められた。
アンテナは、実際には各種モデルを製作してモデル実験を行いながら最も性能の良い形確を見い出した後、直径450mm,厚さ375mm重量140kgの複合型アンテナをアルミ合金から削り出して製作した。このアンテナを既存の液体ヘリウムクライオスタット中の真空槽に防振系を介して支持し、全体を真空排気した。その後、10^<-5>Torr程度に熱交換用ヘリウムガスを注入、真空引きしながら液体ヘリウムをトランスファ-して冷却した。室温から液体ヘリウム温度になるのに約1週間を要し、使用するヘリウム量は約750lである。観測中は1週間に300lの液体ヘリウムを使う。低温でのアンテナのQ値は1.6×10^7である。
アンテナの出力を増幅して観測し、それがアンテナの熱振動(ブラウン運動)による雑音のみであることを確めた。アンテナの周波数をデ-タから予測はされるパルサ-の周波数に調整して観測を続け、得られた出力信号の解析から重力波強度の上限値h≦5×10^<-23>を得た。装置の防振系の多少の改良により感度をh≦5×10^<-24>まで上げることができる。