スライド 1

Illustration: Sora
第54回宇宙科学技術連合講演会
@静岡県コンベンションアーツセンター
2010年11月17日
川村静児(東大宇宙線研、国立天文台),
DECIGOワーキンググループ
話の内容
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
重力波とは何か?検出方法は?
DECIGOとは何か?
予備概念設計
得られるサイエンス
ロードマップ
組織、研究協力他
まとめ
重力波とは?
• アインシュタインの一般
相対性理論により予言
• 潮汐的な空間のひずみ
が伝わっていく波
空間のひずみ~10-23程度
⇒まだ見つかっていない!
重力波を出す天体現象
• 中性子星やブラックホールの連星
運動とその合体
• 超新星爆発
• パルサー
重力波天文学
• 宇宙初期
• 未知なる天体
重力波で宇宙の始まりを観る
宇宙誕生
10 -43 秒
(プランク時間)
重力波
ニュートリノ
1秒
(陽子、中性子の形成)
電磁波
38万年
(晴れ上がり)
137億年
(現在)
重力波天文学の創成
レーザー干渉計による
重力波検出
重力波
ミラー
ビームスプリッター
ミラー
レンズ
干渉光
スクリーン
レーザー
鏡
アーム長が長いほど
感度が高い
鏡
鏡
レーザー
光検出器
鏡
レーザー
光検出器
世界の大型干渉計
LIGO (4 km)
GEO (600 m)
TAMA (300 m)
LCGT (3 km)
CLIO (100 m)
LIGO (4 km)
VIRGO (3 km)
スペースに!
重力波検出にとって有利
• 低周波で装置の感度が上がる
– 重力波信号が増幅
• 光と重力波の相互作用が長く続く
• ただし高周波では信号がキャンセル
– 雑音が小さい
• 地面振動や重力場揺らぎがない/小さい
(地上検出器においては低周波で支配的)
• 低周波では期待できる重力波信号が大きい
– 重いものはゆっくり動く(低周波)
– 重いものは大きな重力波を出す
LISA
•
•
•
•
NASAとESAの共同計画
アーム長:500万km
帯域:0.3 mHz – 30 mHz
目的:
– 巨大ブラックホールの合体(本命)
– 銀河内白色矮星連星からの重力波(保険)
LISA project
11
DECIGOとは?
Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory

LISAと地上検出器の帯域のギャップを埋める
超高感度の実現が可能!
10-18
Strain [Hz-1/2]

LISA
地上検出器
(e.g. LCGT)
10-20
DECIGO
10-22
10-24
白色矮星連星
からの重力波
雑音
10-4
10-2
100
102
Frequency [Hz]
104
DECIGOの目的



さまざまな重力波源からの重力波を頻繁に
検出する。
重力波観測からさまざまなサイエンスを獲得
する。
LCGTなどによって創成されるであろう重力波
天文学をさらに発展させる。
DECIGOの予備概念設計
光共振器を使って感度を高める
(参考:LISAは光トランスポンダ)
アーム長:1000 km
ミラー直径:1 m
レーザー波長:532 nm
フィネス:10
レーザーパワー:10 W
ミラー質量:100 kg
鏡(浮いている)
光共振器
光検出器
光共振器
干渉計3台で1クラスター
レーザー
ドラッグフリー衛星
軌道とコンステレーション(案)
地球
背景重力波検出の
ため相関を取る
レコード盤軌道
太陽
角度分解能を上げる
DECIGOの目標感度と得られるサイエンス
10-19
巨大ブラック
ホール形成の
メカニズム解明
ダークマターの
探索
PBH related
10-20
Coalescence
10-21
一般相対性
理論の検証
1 cluster
10-22
5 years
3 months
10-23
10-24
10-25
インフレーショ
ンの検証
10-26
10-3
Correlation
(3 years)
Inflation
(GW~2×10-15)
10-2
10-1
1
Coalescence
10
Frequency [Hz]
102
103
宇宙膨張
加速度の計測
⇒ダークエネル
ギーの解明
DECIGO最大の目的は?
初期宇宙の直接観測!
人類究極の夢!
NASA
NASA
初期宇宙の直接観測
• インフレーション(宇宙誕生後10-35秒後)にお
いて発生した重力波の直接観測
– インフレーション存在の実証
– インフレーションモデルの正否
– パリティの破れ(右巻き、左巻きの非対称性)
– テンソル、スカラー、ベクトルモードの分離
– などなど
• 成功すればノーベル賞確実
ロードマップ
2009 10
ミ
ッ
シ
ョ
ン
11
12 13
14
15 16
17 18 19 20 21
R&D
製作
R&D
製作
SWIM
DICIGOパスファインダー
(DPF)
22 23 24
要素技術の実証試験
ス
コ
ー
プ
衛星1台
アーム1本
26 27 28 29
R&D
製作
Pre-DECIGO
DECIGO
⇒安東君の講演
目
的
25
最小限のスペックで
重力波検出
重力波天文学の発展
衛星間共振器の実現
衛星3台
干渉計1台
衛星3台
干渉計3台
×4クラスター
DECIGO暫定組織
代表: 川村 (国立天文台)
副代表: 安東 (京大理)
運営委員会
川村 (国立天文台),安東 (京大理),瀬戸 (京大理),中村 (京大理),坪野 (東大理),
佐藤 (法政大工),田中 (京大基研),船木 (JAXA/ISAS),沼田 (Maryland),神田
(阪市大理),井岡 (KEK),高島 (JAXA/ISAS),横山(東大理)
Pre-DECIGO
L:佐藤(法政大工)
検出器
L:阿久津
(国立天文台)
D:沼田(Maryland)
サイエンス・データ
L:田中 (京大基研)
D:瀬戸 (京大理)
D:神田 (阪市大理)
衛星
L:船木 (JAXA/ISAS)
デザインフェーズ
DECIGO パスファインダー
ミッションフェーズ
代表: 安東 (京大理)
干渉計
L:佐藤 (法政大工)
D:上田
(国立天文台)
D:麻生 (東大理)
レーザー
L:武者 (電通大)
D:植田 (電通大)
ドラッグフリー
L:森脇
(東大新領域)
D:坂井
(JAXA/ISAS)
スラスター
信号処理
バス
L:船木
(JAXA/ISAS)
L:阿久津
(国立天文台)
L:高島
(JAXA/ISAS)
データ解析
L:神田 (阪市大理)
L:リーダー,D:副リーダー
DECIGOワーキンググループ
青柳巧介(早大理工),我妻一博(国立天文台),阿久津智忠(国立天文台),浅田秀樹(弘前大理工),麻生洋一(東大理),新井
宏二(Caltech),新谷昌人(東大地震研),安東正樹(京大理),井岡邦仁(KEK),池上健(産総研),石川毅彦(JAXA-ISAS),石崎
秀晴(国立天文台),石徹白晃治(東大理),石原秀樹(阪市大理),和泉究(東大天文),市來淨與(名大理),伊東宏之(NICT),
伊藤洋介(Univ. of Wisconsin),井上開輝(近大理工),上田暁俊(国立天文台),植田憲一(電通大レーザー研),歌島昌由
(JAXA),江尻悠美子(お茶大人間文化),榎基宏(東経大経営),戎崎俊一(理研),江里口良治(東大総合文化),大石奈緒子
(東大宇宙線研、国立天文台),大河正志(新潟大工),大橋正健(東大宇宙線研),大原謙一(新潟大自然研),大渕喜之(国立
天文台),岡田健志(東大理),岡田則夫(国立天文台),河島信樹(近大KLC),川添史子(AEI),河野功(JAXA),川村静児(東大
宇宙線研、国立天文台),神田展行(阪市大理),木内建太(京大基研),岸本直子(JST),國中均(JAXA-ISAS),國森裕生
(NICT),黒田和明(東大宇宙線研),黒柳幸子(東大宇宙線研),小泉宏之(JAXA-ISAS),洪鋒雷(産総研),郡和範(高エネ研),
穀山渉(東大理),苔山圭以子(バーミンガム大),古在由秀(ぐんま天文台),小嶌康史(広大理),固武慶(国立天文台),小林史
歩(Liverpool JMU),西條統之(立教大理),齊藤遼(東大理),坂井真一郎(JAXA-ISAS),阪上雅昭(京大人環),阪田紫帆里
(ニース天文台),佐合紀親(京大基研),佐々木節(京大基研),佐藤修一(法大工),佐藤孝(新潟大工),柴田大(京大基研),正
田亜八香(東大理),真貝寿明(大工大情報),杉山直(名大理),鈴木理恵子(お茶大人間文化),諏訪雄大(京大基研),瀬戸直
樹(京大理),宗宮健太郎(高等研),祖谷元(Univ. Tuebingen),高島健(JAXA-ISAS),高野忠(日大),高橋走(東大理),高橋慶
太郎(名大理),高橋忠幸(JAXA-ISAS),高橋弘毅(山梨英和 ),高橋史宜(東大数物),高橋龍一(弘前大理工),高橋竜太郎
(東大宇宙線研、国立天文台),高森昭光(東大地震研),田越秀行(阪大理),田代寛之(京大理),田中貴浩(京大基研),田中
伸幸(国立天文台),谷口敬介(東大総合文化),樽家篤史(東大ビッグバン),千葉剛(日大文理),陳たん(東大天文),辻川信二
(東理大),常定芳基(東工大理),坪野公夫(東大理),豊嶋守生(NICT),鳥居泰男(国立天文台),内藤勲夫(無所属),中尾憲
一(阪市大理),中澤知洋(東大理),中須賀真一(東大工),中野寛之(RIT),長野重夫(NICT),中村康二(国立天文台),中村卓
史(京大理),中山宜典(防衛大),西澤篤志(京大基研),西田恵里奈(お茶大人間文化),西山和孝(JAXA-ISAS),丹羽佳人(東
大工),沼田健司(NASA),能見大河(東大工),橋本樹明(JAXA-ISAS),端山和大(国立天文台),原田知広(立教大理),疋田
渉(阪大理),姫本宣朗(日大生産),平林久(無所属),平松尚志(京大基研),福嶋美津広(国立天文台),藤田龍一(RRI),藤本
眞克(国立天文台),二間瀬敏史(東北大理),船木一幸(JAXA-ISAS),細川瑞彦(NICT),堀澤秀之(東海大工),前田恵一(早
大理工),松原英雄(JAXA-ISAS),松本伸之(東大理),道村唯太(東大理),宮川治(東大宇宙線研),宮本雲平(立教大理),三
代木伸二(東大宇宙線研),向山信治(東大数物),武者満(電通大レーザー研),森澤理之(京大理),森本睦子(JAXA-JSPEC),
森脇成典(東大新領域),八木絢外(京大理),山川宏(京大生存研),山崎利孝(国立天文台),山元一広(INFN Padova),横山
順一(東大ビッグバン),吉田至順(東北大理),吉野泰造(無所属),柳哲文(京大基研),若林野花(無所属)
研究協力等

LISA
– 第1回LISA-DECIGOワークショップ開催(平成20年11月)

Stanford Univ.
– 帯電制御その他で共同研究 ⇒ MOU

NASA Goddard
– ファイバーレーザーの共同研究 ⇒ MOU検討

JAXA誘導制御グループ
– フォーメーションフライトの共同研究

東大ビッグバンセンター
– DECIGOがメインテーマの一つとなる

国立天文台・先端技術センター
– 協力体制についての検討中
DECIGOで
宇宙の始まりが
観たいぜよ!
Illustration:
Sora