2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02087
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中村 卓史 京都大学, 理学研究科, 名誉教授 (80155837)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 修一 法政大学, 理工学部, 教授 (30425409)
田中 貴浩 京都大学, 理学研究科, 教授 (40281117)
武者 満 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 准教授 (40303028)
阿久津 智忠 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (40564274)
安東 正樹 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90313197)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 重力波 / 宇宙重力波干渉計 / レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2015年9月14日、LIGO干渉計2台が強い重力波信号GW150914を検出した。これは初 の重力波直接検出という歴史的快挙であるとともに、連星ブラックホールが存在 することを示す初の観測であった。一方、このようなブラックホール連星の形成過程について新たな謎も浮上した。この重大な発見を受け、B-DECIGOのサイエンスの再検討を行った。その結果、B-DECIGOは0.1-1Hzと低周波に感度を持ち、GW150914のような大質量のブッラクホール連星を長期間観測することが可能であること、合体前の連星のパラメータを高精度で測定できること、連星形成プロセ ス解明に鍵となる情報を提供できる可能性などを示した。また、地上干渉計と連 携することで、相対論の検証を含め基礎物理学に対する貢献の可能性も示した。装置開発では、レーザー干渉計の構成検討と開発、および、安定化レーザー光源 の開発を進めた。B-DECIGOの干渉計としては、直径約30cmの鏡をもちいてフィネ ス30程度のFabry-Perot光共振を構成することとした。このフィネスを達成するのに必要な鏡の反射率は90%前後であり、困難はない。これに対し、光共振器内 に安定に光を共振させ続けるためには、曲率半径としては60 km前後が望まし い。この曲率半径を無制御で達成するため、ヒーターによる熱変形で鏡の曲率を 補正する方法に着目し、その検証実験の準備を進めた。安定化レーザー光源にお いては、ヨウ素飽和吸収分光による安定化光源のブレッドボードモデルの開発を 進めた。その結果、0.5Hz/sqrt(Hz)の周波数安定度、10の(-7)乗/sqrt(Hz)の相 対強度安定度という、要求値を満たす結果を得た。小型軽量化した3台目のの開 発を進め、それらの相互比較による絶対安定度評価も進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
B-DECIGOのサイエンス検討とレーザー干渉計、安定化レーザー光源の検討と開発 という当初の目標に従って開発を進めた。特に、aLIGOによる重力波信号の初観 測結果を受けた検討を進め、B-DECIGOの科学的な重要性をより明確な形で示すことができた。具体的には 赤方偏移z=1で重力波の振動数 ν~0.05Hz, 初期の軌 道長半径a~4x10の9乗 cmの場合重力波の振幅hc~5.7x10の(-22)乗, 回転数N~10万 回, 継続時間~260万秒、 イベント数 年間~3000程度である事が解った。z=0.1な らイベント数は年間7で位置を角度で10分、時間で10秒の精度で決められる可能性 がある事が解った。これらの研究結果を取りまとめ、論文として発表した。装置に関してはB-DECIGOの干渉計としては、直径約30cmの鏡をもちいてフィネ ス30程度のFabry-Perot光共振を構成することを決定出来た。このフィネスを達 成するのに必要な鏡の反射率は90%前後であり容易である。これに対し、光共振 器内に安定に光を共振させ続けるためには、曲率半径としては60 km前後が望ま しい。この曲率半径を無制御で達成するため、ヒーターによる熱変形で鏡の曲率 を補正する方法に着目し、その検証実験の準備を進めた。安定化レーザー光源に おいては、ヨウ素飽和吸収分光による安定化光源のブレッドボードモデルの開発 を進めて、0.5Hz/sqrt(Hz)の周波数安定度、10の(-7) 乗/sqrt(Hz)の 相対強度安定度という、要求値を満たす結果を得た。小型軽量化した3 台目の開発を進め、その相互比較による絶対安定度評価を行った。以上の結果、B-DECIGOの観測目標が明確になり、B-DECIGO実現のための衛星の 設計が進んでいると言える。したがって、概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
レーザー干渉計の開発においては、2つの衛星間を結ぶレーザー光学系と、サイ ズや保証品質を除いて基本的に同等の光学系を用いた評価装置を構築することを 目指す。鏡は、衛星内で無重力保持されている状態を模擬するためにねじれ振り 子と可動ステージ (直径30cm程度)によって支持する構成にする。これによっ て、初期捕捉から動作時の性能評価までの実証を行う。光学系はまずは光学定盤 上に組むが、動作確認後、順次、モノリシック光学系へと統合を進める。本試験 装置によってそれぞれの実現性を実験的に確かめる。また、より小型堅牢化した 構成のブレッドボードモデル 3号機の改良と、2号機との相互比較による絶対安 定度評価をすすめる。全６自由度のドラッグフリー/加速度計制御の開発では、 全自由度制御の実現と微小重力実験のプラットフォーム実現を目的としている。 これまで、バネ吊り下げ型（アルミTM＋シャドウセンサ＋マグネットコイル）で は全自由度制御に実績あるが、それを拡張して、無重力下での制御を目指す。石 英TM＋光センサ＋コイルコイルからなるモジュールを開発し、バネ懸架/落下塔 /弾道飛行による自由落下環境の元で全自由度の位置制御/感度評価を行う。ま た、uNスラスタスタンド（微小推力計測計/超精密加速度計）の開発もし、真空 環境下でコールドガスジェットスラスタ等のスラスタの推力雑音の評価を行う。 B-DECIGOでもaLIGOで発見されたGW150914のような太陽質量の30倍程度の連星ブラックホールの合体は重要な観測 ターゲットになることが期待される。それも含めて科学的価値の検討、ミッショ ン要求やシステム要求の設定等の検討をする。GW150914については種族III星起 源、原始ブラックホール説、PopII説等があり、これらを区別するにはDECIGOが 重要である事を示す。
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Research Products
(45 results)
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[Journal Article] Pre-DECIGO can get the smoking gun to decide the astrophysical or cosmological origin of GW150914-like binary black holes2016
Author(s)
Nakamura, Takashi; Ando, Masaki; Kinugawa, Tomoya; Nakano, Hiroyuki; Eda, Kazunari; Sato, Shuichi; Musha, Mitsuru; Akutsu, Tomotada; Tanaka, Takahiro; Seto, Naoki; Kanda Nobuyuki; Itoh Yousue
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Journal Title
PTEP
Volume: No 9
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 重力波天文学入門2017
Author(s)
Masaki Ando
Organizer
第23回 ICEPPシンポジウム
Place of Presentation
岳見山荘, 白馬 (長野県)
Year and Date
2017-02-19 – 2017-02-20
Invited
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[Presentation] The status of DECIGO,2016
Author(s)
S.Sato et al.
Organizer
11th International LISA symposium
Place of Presentation
University of Zurich, Switzerland
Year and Date
2016-09-05 – 2016-09-05
Int'l Joint Research / Invited
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