Transcript 重力波検出器による ガンマ線バーストの研究

重力波検出器による
ガンマ線バーストの研究
産業技術総合研究所
寺田聡一
東京大学・宇宙線研究所
山元一広
阿久津朋美
内山 隆
三代木伸二
大橋正健
黒田和明
Contents
• 重力波と重力波検出器の原理
• 重力波検出器の現状と計画
• ガンマ線バースト起源の重力波とその検出
• まとめ
重力波と重力波検出器の原理
重力波
•
•
•
•
アインシュタイン方程式の波動解
光速で伝播
横波
２つのPolarization
1

 0
g   h  
0

 0

0
0
1
0
0
1
0
0
0 0
 
0 0

0 0
 
1   0
0
0
h
h
h
 h
0
0
0

0
0

0 
重力波は平坦な時空からの摂動として表される
（記号として h が通常もちいられる）
重力波と重力波検出器の原理
重力波の発生
質量密度の四重極変化から放出される
重力波と重力波検出器の原理
重力波の発生
質量密度の四重極変化から放出される
重力波と重力波検出器の原理
重力波の発生
質量密度の四重極変化から放出される
２つのPolarization
重力波と重力波検出器の原理
重力波の発生
質量密度の四重極変化から放出される
２つのPolarization
h
h
重力波と重力波検出器の原理
球対称な質量密度の変化からは放出されない
重力波と重力波検出器の原理
球対称な質量密度の変化からは放出されない
× 重力波放出無し
重力波と重力波検出器の原理
重力波による時空の歪み
重力波と重力波検出器の原理
重力波による時空の歪み
h
重力波と重力波検出器の原理
重力波検出器
共鳴型重力波検出器
重力波の振動エネルギーを弾性
体の弾性振動エネルギーに変換
して検出
レーザー干渉計型重力波検出器
干渉計を構成する鏡間の距離の
変化を測定
重力波検出器の現状と計画
初期の共鳴型重力波検出器
共鳴型アンテナ
Weber バー （1969年）
「最新 アインシュタイン論(学研)」より
直径６６ｃｍ 長さ１５０ｃｍ 質量１４００ｋｇ アルミ合金製
共振周波数 １６６０Hz
重力波検出器の現状と計画
現在の共鳴型重力波検出器
NAUTILUS
LNF - FRASCATI
直径６０ｃｍ 長さ２９１ｃｍ 質量２２７０ｋｇ
共振周波数９３５Hz 温度１３０ｍK
重力波検出器の現状と計画
現在のレーザー干渉計型重力波検出器
LIGO（Hanford, Washington）
基線長４ｋｍ
Power Recycled FPMI
重力波検出器の現状と計画
日本のレーザー干渉計型重力波検出器
TAMA300
三鷹／国立天文台
CLIO
神岡鉱山／宇宙線研
基線長３００ｍ
低周波防振装置SASを導入中
基線長１００ｍ
低温鏡を用いたLCGTのプロトタイプ
重力波検出器の現状と計画
重力波検出器の感度曲線
共鳴型重力波検出器
重力波検出器の現状と計画
重力波検出器の感度曲線
レーザー干渉系型重力波検出器
10 -15
CLIO (100m) 2006/12/13 [1/rHz]
LIGO (4km) S5 2006/6 [1/rHz]
VIRGO (3km) C7 [1/rHz]
GEO600 (600m) 2006/7 [1/rHz]
10 -16
10 -17
h [1/rHz]
10 -18
10 -19
10 -20
10 -21
10 -22
10 -23
10 1
10 2
10 3
Frequency [Hz]
10 4
重力波検出器の現状と計画
宇宙空間レーザー干渉計型重力波検出器（計画）
ＬＩＳＡプロジェクト
地球公転軌道の
基線長５百万ｋｍのレーザー干渉計
ｍＨｚ帯の重力波を狙う
重力波検出器の現状と計画
レーザー干渉計型重力波検出器の計画
Advanced LIGO
現在のLIGOを改良
LCGT
日本の大型計画
神岡鉱山地下に建設
鏡を冷却しノイズを下げる
ガンマ線バースト起源の重力波とその検出
地上の検出器のターゲット
連星中性子星の合体
放出される重力波の振幅、波形が
予測されている
→ Matched filtering 解析が
使える
→ 観測されれば距離がわかる
頻度が不確定
LCGTでも数個／年か？
超新星爆発
放出される重力波の振幅、波形が
不確定
→ 他の観測から発生時刻が絞れる
→ 観測から超新星爆発の内部構
造を知ることができる
他の観測から頻度はわかっている
ガンマ線バースト起源の重力波とその検出
連星中性子星の合体からの重力波
h(t)
C hirp 1.4-1.4 S olar-M ass
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
T im e (sec.)
超新星爆発からの重力波（Dimmelmeierのシミュレーション）
signal_A1B1G1_N
h(t)
h(t)
signal_A 3B 2G 1_R
0.08
0.09
0.10
Time (sec.)
0.11
0.12
0.08
0.09
0.10
T im e (sec.)
0.11
0.12
ガンマ線バースト起源の重力波とその検出
CLIOとLIGOの連星中性子星からの重力波レンジ
ガンマ線バースト起源の重力波とその検出
ガンマ線バーストのセントラルエンジン
•Hypernova?
共に重力波放出が十分に期待される！！
•Compact Binary merge?
ガンマ線バーストからの重力波
• 波形、振幅がわかっていない
• GRBからのディレイがわかっていない（GRBより先に放出？）
• 一般的には遠い
重力波検出器が観測中にGRBは発生している
例） LIGO S2 run 期間にGRB030329(SN2003dh) z=0.165 (800Mpc)
例） LIGO S5 run （～2006/11/27）期間に、129 GRB （内 s-GRB は9）
データ解析
• GRB時刻付近の２台の検出器の相関
ガンマ線バースト起源の重力波とその検出
シミュレーション
• 検出器の実データ（ノイズ）に擬似信号を埋め込みUpper Limit を算出
擬似信号としては、Sine-Gaussian（SG）や
Dimmelmeierのシミュレーション波形（DFM）
Upper Limit は、LIGO S2 run のときで、
B. Abbott et al, Phys. Rev. D72 ,042002(2005)
SG： ５×１０-21 [1/rtHz]
DFM： １×１０-20 [1/rtHz]
（LIGO S5 run は感度が一桁強よくなっている）
波形に依存！！
GRBからのディレイの範囲が狭められれば、Upper Limit はよくなる
まとめ
まとめ
• GRBは重力波源として期待される －振幅、波形等は不明－
• GRBからの重力波が観測されれば、中心エンジンの解明につながる
• GRBからの重力波の振幅、波形、遅延を予測していただきたい
• 日本の大型計画LCGTを建設させていただきたい
• 近傍でGRBを起こしていただきたい