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

Illustration: Sora

話の内容

1. 重力波とは何か？検出方法は？2. DECIGO とは何か？3. 予備概念設計4. 得られるサイエンス5. ロードマップ6. 組織、研究協力他7. 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• 宇宙初期• 未知なる天体

重力波天文学

38万年(晴れ上がり )

電磁波1 秒

(陽子、中性子の形成 )

ニュートリノ

重力波で宇宙の始まりを観る

宇宙誕生

137億年(現在 )

重力波10 -43 秒

(プランク時間）

重力波天文学の創成

レーザー干渉計による重力波検出

レーザー

干渉光ビームスプリッター

ミラー ミラーレンズ

スクリーン

重力波

アーム長が長いほど感度が高い

レーザー

光検出器

鏡

鏡

レーザー

光検出器

鏡鏡

世界の大型干渉計LIGO (4 km)

LIGO (4 km)

VIRGO (3 km)

GEO (600 m)

TAMA (300 m)

CLIO (100 m)

LCGT (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

11

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

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

10-

24

10-

22

10-

20

10-

410410

210010-2

Frequency [Hz]

Stra

in [

Hz-

1/2 ]

LISA

DECIGO

地上検出器(e.g. LCGT)

白色矮星連星からの重力波雑音

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

干渉計３台で１クラスター

ドラッグフリー衛星

レーザー

光検出器

光共振器

光共振器

鏡（浮いている）

軌道とコンステレーション（案）

太陽

地球

レコード盤軌道

角度分解能を上げる

背景重力波検出のため相関を取る

Frequency [Hz]

Correlation(3 years)

Stra

in [H

z-1/2]

10-3 10-2 10-1 1 10 102 103

10-19

10-20

10-21

10-22

10-23

10-24

10-25

10-26

BH-BHCoalescence

NS-NS(z=1)

Coalescence

1 cluster

Inflation(GW~2×10-15)

BH-NS(10 M

◎ z=1)

PBH related(1000 M◎ z=10)

5 years3 months

DECIGO の目標感度と得られるサイエンス

インフレーションの検証

巨大ブラックホール形成のメカニズム解

明

宇宙膨張加速度の計測⇒ ダークエネルギーの解明

ダークマターの探索

一般相対性理論の検証

DECIGO 最大の目的は？

NASA NASA

初期宇宙の直接観測！

人類究極の夢！

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 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

ミッション

目的 要素技術の実証試験

最小限のスペックで重力波検出衛星間共振器の実現

重力波天文学の発展

スコープ

衛星１台アーム１本

衛星３台干渉計１台

衛星３台干渉計３台×４クラスター

DICIGO パスファインダー (DPF)⇒安東君の講演

Pre-DECIGODECIGO

R&D製作

R&D製作

R&D製作

SWIM

DECIGO暫定組織代表： 川村 ( 国立天文台 )副代表： 安東 (京大理 )

Pre-DECIGO

L ：佐藤 ( 法政大工 )

衛星

L ：船木 (JAXA/ISAS)

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 )

DECIGO パスファインダー

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 )

ドラッグフリーL ：森脇

( 東大新領域 )D ：坂井

(JAXA/ISAS)

レーザー

L ：武者 (電通大 )D ：植田 (電通大 )

スラスター

L ：船木 (JAXA/ISAS)

信号処理

L ：阿久津 ( 国立天文台 )

バス

L ：高島 (JAXA/ISAS)

データ解析

L ：神田 (阪市大理 )

検出器L ：阿久津

( 国立天文台 )D ：沼田 (Maryland)

ミッションフェーズ

デザインフェーズ

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）

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