パルサーの自転による重力波の検出可能性
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Transcript パルサーの自転による重力波の検出可能性
パルサーの自転による
重力波の検出可能性
東邦大学理学部物理学科
宇宙・素粒子教室
上村 洸太
目的
パルサーからの重力波振幅の
理論的上限の導出
軸対称性への制限
重力波研究の意義
「重力波天文学」の可能性
⇒電磁波を用いた天文学とは質の
異なった情報
ブラックホールの直接観測
晴れ上がり前の宇宙
相対論の検証
4
重力波
光速で伝播する時空の歪み
質量の加速度運動により発生
テイラーとハルス
連星パルサー(PSR1913+16)の公転周期を観測
公転周期の減少率
重力波放出による公転エネルギーの
損失を仮定して算出した理論値
5
重力波の効果
(例)地球ー太陽間の距離変動
・距離
・重力波振幅
重力波
変化量:
水素原子1個分
6
世界の重力波検出器
GEO
TAMA300
LIGO
LCGT
VIRGO
AGIO
LIGO
7
検出器の感度
10-21
振
幅
(
無
次
元
)
10-22
10-23
10-24
10-25
101
102
周波数[Hz]
103
8
Crab(かに)パルサー
かに星雲
-1054年に爆発した超新星の残骸
強度は弱いが光、電波による観測によりパル
-1968年、かに星雲の中にパルサー発見
サーの位置やスピンダウンの情報が得られる
•
•
•
•
超新星爆発によって(中性子
星)が形成されることを証明
毎秒33回転という高速回転
X線ジェットが発見される
・・・
電磁波や重力波などの放出
による回転速度の減少
Crab(かに)パルサー
パルサー研究・天文学全般
における重要な天体
9
目的
・重力波振幅の理論的上限
・軸対称性への制限
10
基礎方程式
アインシュタイン方程式
時空の曲率
平坦な時空
質量
質量⇒重力によって歪んだ時空
11
重力場の方程式の線形近似
平坦な時空から微小にずれた時空は
この近似のもとでのアインシュタイン方程式
12
座標変換
微小座標変換
新しい座標系でのアインシュタイン方程式
13
Transverse-traceless(TT)ゲージ
の真空中を伝播する重力波
アインシュタイン方程式
平面波解
ゲージ変換、ゲージ条件を考慮
y
y
x
+-mode
x
z
×-mode
14
パルサーからの重力波
回転軸(x3)として、そのまわりで角速度Ωで回転
重力波放出による
エネルギー損失率
回転エネルギーの
時間変化
スピンダウンによるエネルギー損失
がすべて重力波によるものと仮定
楕円率:
15
10-20
LCGTによる検出可能性
検出可能域
振 10-22
幅
(
無
次 10-24
元
)
B0833-45
B0531+21
(Crabパルサー)
10-26
B0021-72C
自転するパルサーからの重力波検出は困難
5
10
50
100
周波数(Hz)
結果
重力波振幅の理論的上限
振幅の理論的上限は10-24程度
自転するパルサー単体での
重力波検出は困難
パルサーの軸対称性
高速回転していても
軸対称からのずれは10-4程度