[論文レビュー] Laser Interferometer Space Antenna

Pau Amaro‐Seoane, H. Audley+82 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2017

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 1,375

ひとこと要約

論文は LISA ミッション概念を提示する：三つの宇宙船からなる 2.5 百万km の三角形干渉計を用いて、4年間のミッション期間で全空視野を持つ広帯域の重力波を観測する。

ABSTRACT

Following the selection of The Gravitational Universe by ESA, and the successful flight of LISA Pathfinder, the LISA Consortium now proposes a 4 year mission in response to ESA's call for missions for L3. The observatory will be based on three arms with six active laser links, between three identical spacecraft in a triangular formation separated by 2.5 million km. LISA is an all-sky monitor and will offer a wide view of a dynamic cosmos using Gravitational Waves as new and unique messengers to unveil The Gravitational Universe. It provides the closest ever view of the infant Universe at TeV energy scales, has known sources in the form of verification binaries in the Milky Way, and can probe the entire Universe, from its smallest scales near the horizons of black holes, all the way to cosmological scales. The LISA mission will scan the entire sky as it follows behind the Earth in its orbit, obtaining both polarisations of the Gravitational Waves simultaneously, and will measure source parameters with astrophysically relevant sensitivity in a band from below $10^{-4}\,$Hz to above $10^{-1}\,$Hz.

研究の動機と目的

• LISA Pathfinder および ESA の Gravitational Universe 選定に続く、次の主要な重力波観測所としての LISA ミッションを動機づける。
• ミッションのアーキテクチャと運用概念（六つのレーザーリンクを持つ三つの同一宇宙船が三角形の配列を形成）を説明する。
• LISA がカバーする科学的到達範囲と、広い周波数帯域で観測可能な天体源を強調する。
• 全空域監視能力と重力波の両方の偏光を測定する能力を強調する。
• 関連周波数帯域における予想感度と性能を概説する。

提案手法

• 3本のアームと6本の有効レーザーリンクを介して宇宙船間で 2.5 百万km を横断するミッション設計を提案する。
• 観測所が地球の公転に沿って天空をスキャンし、全空域カバレッジを達成する方法を説明する。
• 機器が重力波の両方の偏光を測定し、源パラメータを導出する。
• ターゲットとする重力波周波数帯をおおよそ 10^-4 Hz 未満 から 10^-1 Hz 以上へと定義する。
• ミッション期間を4年間とし、LISA Pathfinder の成果から L3 スロット提案への道筋を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L3 向けの3アームを持つ宇宙ベースの GW 干渉計の提案アーキテクチャと実現可能性はどの程度か？
• RQ2 LISA の 10^-4 Hz 〜 10^-1 Hz 帯での感度と天空カバレッジはどの程度か？
• RQ3 LISA はどのようなクラスの重力波源を検出・特徴付けできるのか（検証バイナリ、巨大ブラックホール合体等）？
• RQ4 LISA は重力波の両偏光をどのように測定し、源パラメータを推定するのか？
• RQ5 ミッションのタイムラインと LISA Pathfinder および ESA の Gravitational Universe 選択からの前例は何か？

主な発見

• 4年間の LISA ミッションを、2.5 百万km 離隔の三 identical 宇宙船からなる三角形配置で提案する。
• 全空域の重力波モニターを可能にする6本の有効レーザーリンクを特徴とする。
• 10^-4 Hz 未満から 10^-1 Hz より上の周波数帯で運用し、重力波の両方の偏光を測定できる。
• 天の川の検証バイナリから宇宙論的系やブラックホール系まで、幅広い源の検出を可能にする。
• LISA Pathfinder の成功を踏まえ、ESA の L3 ミッション機会と統合される。
• 重力波天球のパラメータ推定を、天体物理的に意味のある感度で提供する。