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

• 研究課題/領域番号: 15J11064
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 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
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2016年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 重力波 / 制御 / 防振装置 / マルチメッセンジャー観測

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

28年度が最終年度のため記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度のため記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Virgo/Pisa University(イタリア)
• [国際共同研究] ANU(オーストラリア)
• [国際共同研究] LIGO laboratory(アメリカ、イタリア、フランス、等)
• [雑誌論文] Ground-based low-frequency gravitational-wave detector with multiple outputs (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Shoda, Yuya Kuwahara, Masaki Ando, Kazunari Eda, Kodai Tejima, Yoichi Aso, and Yousuke Itoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 95 号: 8 ページ: 82204-82204
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.082004
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Search for a stochastic gravitational wave background at 1-5 Hz with a torsion bar (2016)
  • 著者名/発表者名: Kuwahara, Yuya; Shoda, Ayaka; Eda, Kazunari; et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94 号: 4 ページ: 42003-42003
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.042003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of the room temperature payload prototype for the cryogenic interferometric gravitational wave detector KAGRA (2016)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 巻: 87 号: 3 ページ: 034501-034501
  • DOI: 10.1063/1.4942909
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] KAGRAにおけるPower Recycling 鏡の防振懸架系システムの 開発II (2017)
  • 著者名/発表者名: 正田亜八香
  • 学会等名: 2017年物理学会春季大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] KAGRAにおけるPower Recycling 鏡の防振懸架系システムの 開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 正田亜八香
  • 学会等名: 2016年物理学会秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAプロジェクトの現状 (2016)
  • 著者名/発表者名: 正田亜八香
  • 学会等名: 2016年天文学会秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Environment at the underground GW detector KAGRA (2016)
  • 著者名/発表者名: 正田亜八香
  • 学会等名: GWADW2016
  • 発表場所: イタリア、エルバ島
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] KAGRA用防振装置の開発XVI(全体) (2016)
  • 著者名/発表者名: 正田亜八香
  • 学会等名: 2016年物理学会春季大会
  • 発表場所: 宮城県仙台市東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 重力波望遠鏡KAGRAにおけるmulti-messenger 観測への対応 (2015)
  • 著者名/発表者名: 正田亜八香
  • 学会等名: 2015年天文学会秋季年会
  • 発表場所: 兵庫県神戸市甲南大学
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Torsion-bar Antenna Experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Shoda
  • 学会等名: GWADW 2015
  • 発表場所: Alaska, USA
  • 年月日: 2015-05-17
  • 国際学会 / 招待講演