DECIGOのサイエンス 瀬戸直樹 (京大理) 2009.4.23 第7回スペース重力波アンテナDECIGOワークショップ 国立天文台 内容 • • • • Introduction：～１Hz ①初期宇宙からの背景GW ②連星のforegroundとcleaning 他のサイエンス – ③Dark energy – ④Intermediate mass black hole (IMBH) • まとめ ~1Hzの概観 LISA LIGO,VIRGO,LCGT 2nd generation DECIGO h~10-23~-24 DECIGO correlation 1Hz 周波数 (f~1Hz） 1/ 2 f ~ G ~ 1 6 3 10 g cm LISA Hz 高密度; compact binaries (NS, stellar mass BH, IMBH,…) WD+WD confusion e.g. Farmer & Phinney 03 DECIGO DECIGO correlation NS+NSなど Signal duration (binaries) TGW f ~ 1 0.2 Hz 8 / 3 MC 1.2 M Sun 回転数大(~108) 、周波数変化 1yr NS+NS@z=1 NS+NS Foreground with R~105/yr (R/f)1/2 5 / 3 yr Deep Window for GWs from Early universe? Individual NS+NS GW ~ 1016 Inflation? Their foreground (to be removed) 具体的なテーマ ③Dark Energy with ~105binaries ④IMBH evolution ②連星信号の消去 ①初期宇宙から の背景重力波 ①Stochastic GW background GW：透過力大 検出困難 初期宇宙からの化石が見つかるかも!! NASA インフレーションからのGW • インフレーションの重要な予言のひとつ – 起源: 量子揺らぎ – インフレーションのエネルギースケール h ~ Hinf ~ Vinf1/ 2 ~ (energy scale)2 – ΩGW~const @ f>10-16Hz (equal time) GW (energy scale)4 ~ const – 0.1Hz: Largely different scale from CMB scale 15 GW 10 の感度がほしい 4 GW Einf Smith et al.2006 微弱な背景GW: 相関解析が有効 DECIGOの目標感度 GW ~ 1016 2台の干渉計 S1 h n1 S2 h n2 LISAは対称性から× DECIGO (fTobs)1/4 DECIGO correlation ΩGWの他には? ② Foreground cleaningが不可欠! GW 天文学の特性 Individual NS+NS @z=1 NS,BH binaries NS+NS合体率: R~(10/yr)x(10Gpc/300Mpc)3~105/yr~10-3/sec 他の可能性 popIII SNe,…..? (might be a problem) NS+NSの寄与を差っ引けるか? 原理的には, Yes • (合計パラメータ数)/(データ量) ~(R x Tobs x n) / (f x Tobs) R: 合体レート Tobs: 観測時間 n: 連星あたりのパラメータ数~10 f: バンド幅 ~ 周波数 mass, direction,… ~10-3 101 /1=10-2<<1 現実には… • 回転数大;~108 Cuter&Harms 06 (for BBO) – 膨大なテンプレート必要 • ~1040個 for 1yr-積分 – コヒーレント積分; 困難 • Moore則を~2020まで外挿しても • 効果的な方法の開発が不可欠 – LISA(WD+WD, EMRI), LIGO-blind pulsar search » mock LISA data challenge, Einstein@home,... – 感度や軌道の設定も慎重に • ソース向きや偏光、継続時間 • 評価中 ③NS+NSを天文の道具に • 特徴 – 膨大な数がある: ~105/yr – 正確な時計 – SNR: redshift z依存性弱い • 漸近的に (1+z)1/6 – 光度距離（dL）が第一原理から求まる – GWの方向決定精度: 3台で~1min2 • Short GRB? or EMW counterpart – redshift estimation • 応用 – dL-z relation • ダークエネルギー – Probes for high redshift universe ④GWs from BH (stellar, intermediate mass) • IMBH:よく分からん – レート、生成、進化? – z>>1でも高いSNRで検出可能 • 1000+1000Msun@z=1: SNR>103 • IMBHsの合体史 • SMBHの形成も解明? • BH+NS – 相対論の検証 まとめ • DECIGOで面白いサイエンスが出来る – 初期宇宙からのGWを狙う • 1Hz: (potential) deep window for GWs • インフレーション起源(?), …. – Foreground cleaning が本質的に重要!! • LISA (WD+WD,EMRI), Ground-base (unknown pulsars) – NS+NS: ~105非常に正確な時計 • 宇宙論や天文学の道具に – IMBHs and more
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