高感度レーザー干渉計を用いた「重力波天文学」の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09NP0801
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 古在 由秀 国立天文台, 名誉教授 (70012789)
• 研究分担者: 黒田 和明 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (00242165) ; 藤本 眞克 国立天文台, 位置天文天体力学研究系, 教授 (90107475) ; 坪野 公夫 東京大学, 大学院・理学系, 教授 (10125271) ; 中村 卓史 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (80155837) ; 神田 展行 宮城教育大学, 教育学部, 助教授 (50251484)
• キーワード: 重力波天文学 / レーザー干渉計 / 重力波検出

研究概要

今年度は昨年度の夏に観測運転を開始したレーザー干渉計TAMA300の感度と安定度を向上させるための改良や調整を継続的に行うとともに、高感度での観測運転をこれまでにない長時間実施した。具体的な成果は、
1.100Hzから10kHzにわたる広い周波数帯で重力波に対する感度が1年間に約2桁向上し、これまでの世界最高感度を抜き、世界最高性能の重力波検出用レーザー干渉計となった。
2.感度を制限している要因が低周波域では地面振動、その上の周波数帯ではミラーの姿勢制御系の雑音によるもの、最も高感度の周波数帯では散乱光による干渉計の位相雑音、それより高周波数域はレーザー光源の周波数雑音であることから、それぞれの対策を講じた。大きな感度向上は主として、ミラーの姿勢制御雑音を低減したことと、散乱光の影響を軽減したことにより達成された。
3.安定度も各部のドリフト対策や制御系の最適化によって向上し、平成12年夏の2週間の観測運転では、13時間近い連続運転や1日23時間以上の運転を実現し、167時間の観測データを取得した。
4.この観測で、干渉計のさまざまな動作環境のモニターも試み、干渉計の不安定動作や非定常なふるまいの原因を探求して、部分的ではあるが相関のある原因が発見された。
5.その後、外来振動レベルの大きい時間帯でも安定に運転できるように能動防振系を追加するとともに、姿勢制御に影響するミラーの揺れ自体を抑えるために懸架系の改良を行って、年度末には改良された干渉計による昼夜連続1週間の観測運転を試行した。
6.取得された観測データの解析も進行中で、予備的な解析によると我々の銀河系の中心で連星中性子星の衝突・合体が発生した場合、S/Nが30以上で検出できる感度であった。

研究成果

• [文献書誌] K.Taniguchi: "Almost analytic solutions to equilibrium sequences of irrotational binary polytropic stars for n=1"Phys.Rev.Lett.. 84. 581-585 (2000)
• [文献書誌] M.Saijo: "A possible direct method to determine the radius of a star from the spectrum of gravitational wave signals"Phys.Rev.Lett.. 85. 2665 (2000)
• [文献書誌] M.Saijo: "A possible direct method to determine the radius of a star from the spectrum of gravitational wave signalsII : Spectra for various cases"Phys.Rev.. D(in press).
• [文献書誌] S.Miyoki: "Cryogenic contamination of an ultra-low loss mirror for cryogenic laser interferometric gravitational wave detector"Cryogenics. 40. 61-66 (2000)
• [文献書誌] T.Tomaru: "Cryogenic measurement of the optical absorption coefficient In Sapphire crystal at 1.06μm for the Large-scale Cryogenic Gravitational Wave Telescope"Phys.Lett.. A (accept for publication).
• [文献書誌] T.Nakamura: "Determining the Equation of State of the Expanding Universe Using a New Independent Variable"Astrophys.J. 534. (2000)
• [文献書誌] K.Taniguchi: "Equilibrium sequences of irrotational binary polytropic stars I. The case of double polytropic stars"Phys.Rev.. D62. 044040 (2000)
• [文献書誌] N.Ohishi: "Estimation of Thermal Noise by a Derect Measurement of the Mechanical Conductance"Phys.Lett.. A266・4-6. 228-233 (2000)
• [文献書誌] T.Shiromizu: "The Einstein Equations on the 3-Brane World"Phys.Rev.. D62. 024012 (2000)
• [文献書誌] T.Chiba: "Feasibility of Reconstructing the Quintessential Potential Using SNIa Data"Phys.Rev.. D62. 121301 (2000)
• [文献書誌] H.Tagoshi: "The First Search for Gravitational Waves from Inspiraling Compact Binaries using TAMA300 data"Phys.Rev.. D63. 062001-1-5 (2001)
• [文献書誌] S.Kawamura: "First Data from the TAMA300 Gravitational Wave Detector"Proc.of 9th Workshop on on General Relativity and Gravitation (Hiroshima, Japan 1999). 148-161 (2000)
• [文献書誌] M.Sasaki: "Gravity, Stability and Energy Conservation on the Randall-Sundrum Brane-World"Phys.Rev.. D62. 024008 (2000)
• [文献書誌] H.Nakano: "The Gravitational Reaction Force on a Particle in the Schwarzschild Background"Prog.Theor.Phys.. 105. 197-218 (2001)
• [文献書誌] H.Tagoshi: "Gravitational field and equations of motion of spinning compact binaries to 2.5 post-Newtonian order"Phys.Rev.. D63. 044006-1-14 (2001)
• [文献書誌] N.Mio: "High-Power and Low-Noise Photodetector for Interferometric Gravitational Wave Detectors"Jpn.J.Appl.Phys.. 40・1. 426-427 (2001)
• [文献書誌] S.Sato: "High gain power-recycling of a Fabry-Perot Michelson interferometer for a gravitational wave antenna"Appl.Opt.. 39. 4616-4620 (2000)
• [文献書誌] S.Kawamura: "Laser Interferometer Gravitational Wave Detector-The Current Status of the TAMA Project"Prog.Theor.Phys.Supplement. 72-86 (2000)
• [文献書誌] T.Nakamura: "Multiple Sub-Jet Model of Gamma Ray Bursts and Possible Origin of X-ray Precursors and Post-cursors"Astrophys.J.Lett.. 534. L159-L162 (2000)
• [文献書誌] K.Numata: "Measurement of the intrinsic mechanical loss of low-loss samples using a nodal support"Phys.Lett.. A276-1-4. 37-46 (2000)
• [文献書誌] T.Uchiyama: "Mechanical quality factor of a sapphire fiber at cryogenic temperatures"Phys.Lett.. A273. 310-315 (2000)
• [文献書誌] K.Arai: "New signal extraction scheme with harmonic demodulation for power-recycled Fabry-Perot-Michelson interferometers"Phys.Lett.. A273-1-2. 15-24 (2000)
• [文献書誌] Y.Saito: "Operational status of the vacuum system of the 300 m gravitational wave laser interferometer, TAMA300"Vacuum. 60・1-2. 3-8 (2001)
• [文献書誌] M.Ando: "Signal-separation Experiments for a Power-Recycled Fabry-Perot-Michelson Interferometer by Sideband Elmination"Phys.Lett.. A268・4-6. 268-273 (2000)
• [文献書誌] M.Musha: "The short-term and long-term frequency stabilization of an injection-locked Nd : YAG laser in reference to a Fabry-Perot cavity and iodine saturated absorption line"Opt.Comm.. 183. 165-173 (2000)
• [文献書誌] H.Tagoshi: "Searching for gravitational waves from inspiraling compact binaries using TAMA300 data"Int.J.of Mod.Phys.. D9・3. 319-323 (2000)
• [文献書誌] N.Kanda: "TAMA STATUS REPORT"Int.J.of Mod.Phys.. D9・3. 233-236 (2000)
• [文献書誌] T.Tanaka: "The use of new coordinates for the template space in hierarchical search for gravitational waves from inspiraling binaries"Phys.Rev.. D62. 082001 (2000)
• [文献書誌] N.S.Kim: "Numerical analysis and experimental results of output performance for Nd-doped double-clad fiber lasers"Opt.Comm.. 180. 329-337 (2000)
• [文献書誌] J.Lu: "Optical properties and highly efficient laser oscillation of Nd : YAG ceramics"Appl.Phys.. B71. 469-474 (2000)
• [文献書誌] J.Lu: "High efficiency 2% Nd : YAG ceramic laser"Appl.Phys.Lett.. 77. 3707-3709 (2000)
• [文献書誌] J.Lu: "High power Nd : YAG ceramic laser"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 1048-1050 (2000)
• [文献書誌] 藤本眞克: "重力波検出用レーザー干渉計"レーザー研究. 28・12. 809-813 (2000)
• [文献書誌] 黒田和明: "大型低温重力波望遠鏡計画(LCCT)"低温工学. 35・9. 440-447 (2000)
• [文献書誌] 川村静児: "動き始めた重力波アンテナTAMA300"応用物理. 69. 659-664 (2000)
• [文献書誌] S.Kawamura: "Gravitational Wave Detection II"UNIVERSAL ACADEMY PRESS, INC.. 381 (2000)