| 研究課題/領域番号 |
22H00135
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立天文台 |
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研究代表者 |
都丸 隆行 国立天文台, 重力波プロジェクト, 教授 (80391712)
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| 研究分担者 |
山本 尚弘 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (00796237)
谷本 育律 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (60311130)
森脇 喜紀 富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (90270470)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)
2024年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2023年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2022年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
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| キーワード | 重力波 / 較正 / 精密計測 / レーザーパワー / 重力場 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
重力波の信号は「地球と太陽の間で水素原子１個を探すようなもの」と言われるほど極めて小さく、検出器で計測した電気信号を重力波の大きさや位相に正しく変換するためには特殊な較正方法が必要となる。我々は本研究に先駆ける科研費研究でレーザーの光輻射圧を用いた重力波信号の較正装置を開発した。しかし、高い較正精度を得るためには更なる工夫が必要で、本研究では我々の考案した新しい重力場変調式較正装置を開発し、レーザー輻射圧式較正装置と相互較正を行う。また、レーザーパワー絶対値や検出器の時間変動などの不定性を徹底的に排除することで、最終的に高精度（振幅1%、位相1°）な重力波信号較正を実現する。
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| 研究実績の概要 |
2022年度の研究成果をテーマ毎にまとめる。
① 干渉計応答の時間変動補正(東大宇宙線研・山本) ：第４期重力波国際共同観測O4での信号較正準備は順調に進み、現在31.51Hz（コイル）、32.7, 36.9Hz（PCAL）に較正信号を注入している。干渉計の伝達関数モデルは制御系モデルに実装済みであり、コイルとPCALの較正信号の比を取ることでコイルアクチュエータ効率の時間変動をモニター出来ている。また、干渉計のoptical gain変動もモニター出来るようになった。このように、不定性の大きかった干渉計応答の時間変動は確実にモニター出来る体勢が整った。
② PCALレーザーパワー絶対値不定性の検証(富山大・森脇) ：積分球型光検出器の定期較正は月に１回の頻度で実施中である。積分球の不定性調査を徹底し、レーザー入射角がマイナス方向に10°以内だと計測エラーが0.2-0.3%に抑えられることが分かった。最終的にPCALの較正精度は、本研究以前の3%から1%へと改善した。また、レーザーパワーそのものの絶対値検証は米国NISTの標準装置で較正した積分球をドイツPTBで再チェックし、現在はLIGOでチェック中である。2023年度に富山大に送付される予定である。
③ 重力場変調式較正装置（GCAL）の開発(国立天文台・都丸、高エネ研・谷本) ：GCALのローターデザインと真空槽デザインを完成させた。ローターデザインではその加工精度がどのように較正精度に影響するかを有限要素シミュレーションで検討し、設計に反映させた。また、ローターの回転周波数はPCALとのオーバーラップを考慮して最大32Hzに設定し、これを実現出来る様に軸受けやモーターの選定を行った。これらをベースにローター・真空槽の部品製作を完了した。組立は2023年度に実施予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
重力波の第４期国際共同観測（O4）は、国際的な様々な理由で延期が繰り返され、最終的に2023年5月24日から正味１年半（+1ヶ月×２回のメンテナンス）となった。O5の開始時期についてはまだ議論されていないが、おそらく大幅に遅れることが予想される。したがって、本研究のスケジュールにも一部変更が必要となる。しかし、O4開始前に充分な準備期間がとれたため、O4での重力波信号較正準備は順調に進展した。今年度の研究実績にも記したとおり、干渉計応答の時間変動補正およびPCALの精度向上は順調に推移し、O4での較正精度はO3時を上回る事が出来ると考えている。これは、5月24日から１ヶ月だけKAGRAが参加する予定のO4aにおいて検証する予定である。光パワー絶対値の検証はまだ富山大での実施に至っていないが、標準機関であるNISTおよびPTBでのクロスチェックは完了し、現在はLIGOで実施中である。これは予定通りである。GCALのテスト機製作も詳細設計が終了し、各要素の部品製作まで完了しているので目標通りである。2023年度初頭よりローターおよび真空槽の組立を開始している。
以上の通り、研究は概ね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
米国LIGOにおける自然災害や欧州Virgoのトラブルなどにより当初予定よりO4開始は１年以上遅れて開始されることになり、国際的な重力波観測スケジュールはおそらく２年程度遅れていくものと推定される。このため、本研究期間内にO5が開始されない可能性が高く、KAGRAの重力波観測データを用いて高精度で信号較正を実施し、較正データを解析に供与することは難しくなったと考えられる。しかし、KAGRAではO5前のコミッショニング・ノイズハンティング期間を十分に確保する方針であるため、この期間に重力波信号精度の向上やリアルタイム補正、GCALの運用といった本研究の目的となる研究は実施可能であると考えている。レーザーパワーの絶対値較正は重力波観測スケジュールとは独立に勧められるので影響を受けない。GCALの試験機製作や動作試験もKEKの実験室で実施しているので特に問題は無いと考えている。
このように、国際情勢により本研究は影響を受けるが、研究目標自身は達成可能であると考えている。
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