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
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