Conceptual Design of Advanced TAMA

学術創成研究
レーザー干渉計型重力波検出器の
高感度化と国際共同観測体制の確立
自然科学研究機構国立天文台
重力波プロジェクト推進室
藤本眞克
重力波天文学への展望
第２世代干渉計
当面の目標：
重力波の直接検出
LCGT
基線長：３ｋｍ
連星中性子合体からの重力波を
１年に数回捉える。
学術創成研究：
先端技術の実機導入
と国際共同観測の推進
特定領域研究：先端的要素技術の開発
第１世代干渉計
TAMA300
低温干渉計
CLIO
世界初の
低温干渉計型重力波検出器
基線長：３００ｍ
世界に先駆けて
干渉計型重力波検出器
を建設し、計３０００時間の
観測運転を行った。
基線長：１００ｍ
２台の検出器による相補的な開発研究
LCGT
Advanced TAMA
CLIO
基線長
3km
300m
100m
レーザーパワー
150W
100W
2W
干渉方式
帯域可変型
帯域可変型
Locked Fabry-Perot
防振装置
SAS
SAS
Multi Pendulums
設置場所
地下
半地下
地下
鏡
サファイヤ
溶融石英
サファイヤ
懸架ワイヤー
サファイヤ
タングステン
サファイヤ
動作温度
20K
300K
20K
真空
常温パイプ
＋低温タンク
全て室温
常温パイプ
＋低温タンク
導入する先進技術
• 高出力レーザー (100W)
- Injection locked Laser with side-pumped Nd:YAG rod
• LCGT と同じ干渉計方式の導入
– Power recycling gain: 10
– Signal band gain: 10
• 重力波アラーム発信体制の確立
– Target source: Supernova explosions
–
MACHO BH binaries
研究の準備状況 (1)
• 高出力レーザー (100W)
特定・計画ク（三尾典克）
「重力波天文台用高性能光源の開発」
注入同期で出力１００Ｗ以上の長期運転
100W 出力高安定レーザー
研究の準備状況 (2)
• Resonant Sideband Extraction
特定・計画カ（川村静児）
「帯域可変型干渉計による
重力波検出器の高感度化」
• LCGTのための帯域可変型干渉計の設計
• つり下げミラー型帯域可変型干渉計の
動作に成功（世界初）
• 帯域可変型干渉計の狭帯域動作に伴って
起こる光バネ効果の確認（世界初）
TAMAの帯域可変型への変更も
デザイン検討済み
４ｍ帯域可変型干渉計
研究の準備状況 (3)
• 重力波アラーム発信体制の確立
超新星爆発により発生する
重力波の波形
• バースト重力波探査結果
(Phys. Rev. D72, 122004, 2005
Phys. Rev. D71, 082002, 2005
Phys. Rev. D71, 103005, 2005)
• Compact Star Binary の解析結果
(Phys. Rev. D70, 420003, 2004)
• Super-SINET を用いたデータ配信システム
の構築 (1000時間観測での実績有り)
• 検出器雑音低減のための手法開発
重力波アラームの発信体制を確立
研究の準備状況 (4-1)
ＣＬＩＯ：低温鏡の重力波検出器の初稼動に成功
The first operation of the cryogenic interferometer
has been done on 18 February, 2006 !
23K
鏡の温度 (K)
End Mirror
about 50 min.
CLIO Full Lock
Near Mirror
20K
研究の準備状況 (4-2)
CLIO:常温で目標感度に５倍まで迫る感度を実現
Current Best
Displacement (m/rtHz)
Target sensitivity at 300K
After the several cryogenic operations,
CLIO detector operates at 300K.
To improve the sensitivity, noise hunting is
in progress. This figure shows the current best
noise spectrum of CLIO.
At the all of frequency regions, the differences from
the target sensitivity at 300K are within a factor of 5.
300K 熱雑音
10
100
1k
Frequency (Hz)
10k
国際共同観測体制
• TAMA
と CLIO の参加で常時複数観測の実現
Observation
Plan
FY2007
DT10 DT11
(1m) (1m)
TAMA
FY2008
DT12
(1m)
DT13
(6m)
FY2009
FY2010
DT14
(1m)
FY2011
DT15 Automatic
(12m) Observation
(300m)
Long Term Obs.
CLIO
(100m)
LCGT
(3km)
LIGO
LHO (4km+2km)
LLO
(4km)
GEO
(600m)
VIRGO
(3km)
budget
demanding
Automatic Observation
Tunnel+Vacuum
Installation
重力波天文学への展望
第２世代干渉計
当面の目標：
重力波の直接検出
LCGT
基線長：３ｋｍ
連星中性子合体からの重力波を
１年に数回捉える。
学術創成研究：
先端技術の実機導入
と国際共同観測の推進
特定領域研究：先端的要素技術の開発
第１世代干渉計
TAMA300
低温干渉計
CLIO
世界初の
低温干渉計型重力波検出器
基線長：３００ｍ
世界に先駆けて
干渉計型重力波検出器
を建設し、計３０００時間の
観測運転を行った。
基線長：１００ｍ
The End
TAMA の５年計画
Advanced TAMA schedule
• 観測と３段階の検出器改良計画
4
2007
5
6
7
Commissioning with SAS
8
9
10
11
DT10
12
DT11
1
2
3
①Recycling Gain -> 10
Minor Changes
2008
Commissioning with PRG10
DT12
Continuous Observation
Minor Changes
②
RSE installation
③High Power Laser install to TAMA
2010
2011
Continuous Observation
Online Analyses
Supernova GW monitoring
Commissioning with RSE
2009
DT15
DT13
DT14
Commissioning with High Power Laser
CLIO: Observable ranges for
Inspiral GW signals
1.4Msolar
CLIO
For neutron star binaries,
CLIO and TAMA can observe
the event within 49kpc and
73kpc, respectively.
TAMA
LISM
We can say that the two
detectors have almost
same sensitivity.
At the over 10 solar mass
region, CLIO keeps good
sensitivities due to its
low seismic noises. It is
the greatest benefit of
underground site.

Download Report