LIGO 観測

LIGO

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/10/19 10:06 UTC 版)

観測

ハンフォードのLIGO干渉計のウェスタンレッグ

天文事象の現在のモデルと一般相対性理論の予測に基づけば、地球から数千光年離れた場所に由来する重力波は4kmのミラー間隔で10−18m[注釈 1]ほどひずむ事が期待される。これは、およそ10-21の相対的なひずみに相当する。検出可能な重力波の発生源となりうるものは、天の川銀河の内外を問わず10太陽質量以上のブラックホール連星の旋回と合体であり、これらの事象で「チャープ」「バースト」「準固有振動鳴響」「指数関数的減衰」などとよばれる非常に特異的な連続信号の生成が期待されている。

最初の4回の科学運用は2004年に終了し、LIGO検出器はこれらの変位に対する測定感度を設計の2倍内で実証した。

2005年11月のLIGOの第5回科学運用中、感度は100Hzの帯域幅で10-21のひずみを検出可能な第1設計仕様に到達した。全方角、全偏光で平均で800万パーセク以内および局部銀河群付近で起こったおおよそ太陽質量程度の中性子星連星の合体前の基準旋回などの観測が期待できる。また、この運用からLIGOと英独によるGEO600は共同科学運用を始め、この間、それぞれが数ヶ月にわたってデータを収集した。2007年5月には仏伊のVirgoも参加した。第5回運用は2007年に終了し、運用からのデータの分析が広く行われたが明確な重力波の検出はできなかった。

2007年2月、GRB070201と呼ばれる短ガンマ線バーストアンドロメダ銀河方面から地球に到達した。多くの短ガンマ線バーストの主流の説明は中性子星同士あるいは中性子星とブラックホールの合体によるものであるとされる。LIGOはGRB070201からは重力波が未検出であったと報告し、LIGOが最終的に重力波を直接検出を実証することを前提として、アンドロメダ銀河の距離で短ガンマ線バーストが発生した可能性を高い信頼性で除外した[26]

2016年2月11日、LIGOとVirgoの共同研究班は重力波の観測を発表した[27][28]。信号はGW150914と命名された[28][29]。観測はAdvanced LIGOの運転開始してたった2日後の2015年9月14日に確認された[27][30][31]。 これはブラックホール連星英語版の近接旋回と合体[要リンク修正]、その後の単一のブラックホール形成に至るまでの「リングダウン」で、一般相対性理論の予測に合致する。観測は恒星質量ブラックホール連星系の存在を実証し、ブラックホール連星の合体の初観測となった。

Enhanced LIGO

ハンフォードのLIGO干渉計のノースレッグ

第5回運用の終了後、初期型LIGOは幾つかの技術でアップグレードされ、これによってEnhanced LIGOと称される能力向上型になった[32]。強化型ではレーザーパワー増大、ホモダイン検波英語版、アウトプットモードクリーナー、真空読出しハードウェアなどが改善点となっている。

2009年7月、強化型の検出器を使った第6回運用が始まった[33]。これは2010年10月に完了し、 初期型検出器の解体が始まった。

2015年9月半ばまでに、LIGO科学コラボレーションには900名を超える科学者が参加している[2]

Advanced LIGO

NSFの基金とGEO600コラボレーション、ANU、豪アデレード大学などの寄付、LIGO科学コラボレーションの参加でLIGOラボラトリが設立され、LIGO観測所施設にAdvanced LIGO検出器が導入された。この新しい検出器は完全稼動で初期型LIGOの10倍の感度に向上させるように設計された。

LIGOラボラトリは2015年9月、より低い周波でのピーク放射を持ち、大型化で感度が大きく向上し、中性子連星など幾つかの種類の観測情報で初期型LIGOより4倍の感度を持つAdvanced LIGO検出器で最初の観測運用'O1'を開始した[34]

今後の観測運用では更なる感度向上のための調整試験がさしはさまれる。2021年に設計感度に到達することが目標にされている[24]




注釈

  1. ^ 陽子の荷電半径の1000分の1より小さい

参照

  1. ^ LSC/Virgo Census”. myLIGO. 2015年11月28日閲覧。
  2. ^ a b c Castelvecchi, Davide (15 September 2015-09-15), Hunt for gravitational waves to resume after massive upgrade: LIGO experiment now has better chance of detecting ripples in space-time, ネイチャーニュース, http://www.nature.com/news/hunt-for-gravitational-waves-to-resume-after-massive-upgrade-1.18359 2016年1月12日閲覧。 
  3. ^ Major research project to detect gravitational waves is underway”. バーミンガム大学ニュース. バーミンガム大学. 2015年11月28日閲覧。
  4. ^ Shoemaker, David (2012). “The evolution of Advanced LIGO”. LIGOマガジン (1): 8. http://www.ligo.org/magazine/LIGO-magazine-issue-1.pdf#page=8. 
  5. ^ Zhang, Sarah (2015年9月15日). “The Long Search for Elusive Ripples in Spacetime”. 2016年2月11日閲覧。
  6. ^ Larger physics projects in the United States, such as Fermilab, have traditionally been funded by the Department of Energy.
  7. ^ LIGO Fact Sheet at NSF
  8. ^ LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, B. P. Abbott (2016-2-11). “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger”. Physical Review Letter 116, 061102 (2016). doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102 2016年2月11日閲覧。. 
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  10. ^ Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction”. LIGO (2016年2月11日). 2016年2月11日閲覧。
  11. ^ 重力波とその観測 「重力波観測の試み」のタブ、東京大学、理学系研究科、安東研究室
  12. ^ 3分間研究室、Q49東京理科大学
  13. ^ 重力波天文学、宇宙の音を聴く8/38ページ、名古屋大学KMI 西澤篤志
  14. ^ "新しい天文学"の幕開け! 重力波の直接観測に成功、☆"ぴったり重なった"シグナル科学コミュニケーターブログ、日本科学未来館、2016年02月13日
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  17. ^ California Institute of Technology announces death of Robert L Forward September 22, 2002
  18. ^ M.E. Gertsenshtein (1961). “Wave Resonance of Light and Gravitational Waves”. JETP英語版 (USSR) 41 (1): 113-114. http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/e/index/e/14/1/p84?a=list. 
  19. ^ Gertsenshtein, M. E.; Pustovoit, V. I. (August 1962). “On the detection of low frequency gravitational waves”. JETP英語版 43: 605–607. 
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  22. ^ LIGO Hanford's H1 Achieves Two-Hour Full Lock” (2015年2月). 2016年2月11日閲覧。
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  25. ^ Location of the Source”. Gravitational Wave Astrophysics. University of Birmingham. 2015年11月28日閲覧。
  26. ^ LIGO Sheds Light on Cosmic Event” (2008年1月2日). 2016年2月14日閲覧。
  27. ^ a b Castelvecchi, Davide; Witze, Witze (11 February 2016). “Einstein's gravitational waves found at last”. Nature News. doi:10.1038/nature.2016.19361. http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361 2016年2月11日閲覧。. 
  28. ^ a b Abbott, B.P. (2016). “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger”. Phys. Rev. Lett. 116: 061102. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102. 
  29. ^ Naeye, Robert (2016年2月11日). “Gravitational Wave Detection Heralds New Era of Science”. Sky and Telescope. http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/gravitational-wave-detection-heralds-new-era-of-science-0211201644/ 2016年2月11日閲覧。 
  30. ^ Here’s the first person to spot those gravitational waves
  31. ^ “Gravitational waves from black holes detected”. BBC News. (2016年2月11日). http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-35524440 
  32. ^ Adhikari, Fritschel, and Waldman. LIGO technical document LIGO-T060156-01-I. July 17th, 2006.
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  37. ^ Schutz, Bernard F. (25 Apr 2011), Networks of Gravitational Wave Detectors and Three Figures of Merit, arXiv:1102.5421, Bibcode2011CQGra..28l5023S, doi:10.1088/0264-9381/28/12/125023 
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  39. ^ Finn, Sam; Fritschel, Peter; Klimenko, Sergey; Raab, Fred; Sathyaprakash, B.; Saulson, Peter; Weiss, Rainer (13 May 2010), Report of the Committee to Compare the Scientific Cases for AHLV and HHLV, LIGO document T1000251-v1, https://dcc.ligo.org/LIGO-T1000251/public 
  40. ^ U.S.-India Bilateral Cooperation on Science and Technology meeting fact sheet – dated June 13, 2012.
  41. ^ Memorandum to Members and Consultants of the National Science Board – dated August 24, 2012
  42. ^ Cabinet has granted ‘in-principle’ approval to the LIGO-India mega science proposal for research on gravitational waves.”. twitter.com. 2016年2月17日閲覧。


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