[論文レビュー] Cosmic Explorer: A Submission to the NSF MPSAC ngGW Subcommittee

Matthew Evans, A. Corsi+74 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2023

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 36

ひとこと要約

LIGOより桁違いに高感度な次世代重力波観測所 Cosmic Explorer を提案するホワイトペーパーで、天文学、物理学、宇宙論にわたる観測を拡張する。

ABSTRACT

Gravitational-wave astronomy has revolutionized humanity's view of the universe, a revolution driven by observations that no other field can make. This white paper describes an observatory that builds on decades of investment by the National Science Foundation and that will drive discovery for decades to come: Cosmic Explorer. Major discoveries in astronomy are driven by three related improvements: better sensitivity, higher precision, and opening new observational windows. Cosmic Explorer promises all three and will deliver an order-of-magnitude greater sensitivity than LIGO. Cosmic Explorer will push the gravitational-wave frontier to almost the edge of the observable universe using technologies that have been proven by LIGO during its development. With the unprecedented sensitivity that only a new facility can deliver, Cosmic Explorer will make discoveries that cannot yet be anticipated, especially since gravitational waves are both synergistic with electromagnetic observations and can reach into regions of the universe that electromagnetic observations cannot explore. With Cosmic Explorer, scientists can use the universe as a laboratory to test the laws of physics and study the nature of matter. Cosmic Explorer allows the United States to continue its leading role in gravitational-wave science and the international network of next-generation observatories. With its extraordinary discovery potential, Cosmic Explorer will deliver revolutionary observations across astronomy, physics, and cosmology including: Black Holes and Neutron Stars Throughout Cosmic Time, Multi-Messenger Astrophysics and Dynamics of Dense Matter, New Probes of Extreme Astrophysics, Fundamental Physics and Precision Cosmology, Dark Matter and the Early Universe.

研究の動機と目的

• NSFの投資を土台にした次世代の重力波観測所の構築を促す。
• 感度と精度の向上および新しい観測窓が、革新的な発見を可能にすると主張する。
• Cosmic Explorer を米国の重力波科学におけるリーダーシップの維持と国際協力のために不可欠な存在として位置づける。

提案手法

• Cosmic Explorer の科学的動機と発見ポテンシャルを述べる。
• LIGO が実証した技術を活用して技術的準備状況を論じる。
• マルチメッセージ天文学と基礎物理学における観測所の役割を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LIGOと比較して gravitational-wave の感度を桁違いに向上させることで、どのような発見が可能になるか？
• RQ2 Cosmic Explorer はマルチメッセージ天文学と基礎物理学の検証をどのように強化するのか？
• RQ3 宇宙論の発展と宇宙の時代を通じた高密度物質の研究における Cosmic Explorer の役割は何か？

主な発見

• Cosmic Explorer は三つの改善すべてを約束する：より良い感度、より高い精度、そして新しい観測窓の開放。
• 重力波のフロンティアを観測可能宇宙のほぼ端まで押し進めることを目指す。
• 観測所は電磁波観測と協調し、電磁天文学ではアクセスできない領域を探査する。
• 観測所は米国の継続的リーダーシップと次世代観測所の国際ネットワークを支持する。
• The project envisions transformative studies across black holes, neutron stars, dense matter dynamics, and fundamental physics.