[論文レビュー] Sources of gravitational radiation and prospects for their detection

Éanna É. Flanagan|ArXiv.org|Apr 7, 1998

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 9被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、地上型（LIGO/VIRGO/GEO）および宇宙空間型（LISA）の干渉計で検出可能な重力波放射の可能性のある源をレビューしており、周波数帯域は10 Hzから1 Hzにわたる。信号の天体物理学的起源、検出から得られる情報、および近い観測期間における遷移的および連続波源の観測可能性について概説している。

ABSTRACT

In the coming decade, the LIGO/VIRGO/GEO network of ground-based kilometer-scale laser interferometer gravitational wave detectors will open up a new astronomical window on the Universe: gravitational waves in the frequency band 10 to 10^4 Hz. In addition, if the proposed, 5 million kilometer long, space based interferometer LISA flies, another window will be opened in the frequency band 10^(-4) to 1 Hz. I review the various possible sources that might be detected in these frequency bands, and the information that might be obtainable from observed sources. This article closely parallels my talk at the GR15 conference, but is updated to include discussions of some recent developments.

研究の動機と目的

• LIGO/VIRGO/GEOおよびLISAがアクセス可能な周波数帯域で検出可能な重力波を放出すると予想される主な天体物理学的源を特定・分類すること。
• 重力波検出から得られる科学的情報、特に源のパラメータと天体物理学的洞察を評価すること。
• 1998年までの発展を反映し、特にGR15会議に関連する内容を含めて、以前の重力波源に関する議論を更新・拡張すること。
• 次世代の重力波検出器の予想される検出能力と科学的成果を包括的に概説すること。

提案手法

• 放射特性に基づき、重力波源を遷移的および連続波のカテゴリに体系的に分類すること。
• マッチドフィルタリング技術を用いて、コンパクト二重星合体（例：ブラックホールおよび中性子星の二重星）の波形と信号対雑音比を分析すること。
• エネルギー密度およびパワースペクトルモデルを用いて、宇宙論的および天体物理学的起源を有するスチュアティック背景源を評価すること。
• 非軸対称な歪みを有する孤立中性子星の重力波放射の検出可能性を評価すること。
• 理論的テンプレートと信号対雑音比の推定を用いて、LIGO/VIRGOおよびLISAの検出しきい値と感度曲線を予測すること。
• 1998年現在の検出器設計および観測戦略の最新の発展を統合し、特にLISAミッションの概念に関連する内容を含めること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上型検出器が対象とする10 Hzから10^4 Hzの周波数帯域で、どの種類の天体物理学的系が検出可能な重力波を放出すると予想されるか？
• RQ2 コンパクト二重星合体の波形と信号強度は、質量、スピン、および方位にどのように依存するか。また、それらから何を抽出できるか？
• RQ3 急速に回転する歪みを有する中性子星からの連続的重力波信号の検出可能性はどの程度か？
• RQ4 スチュアティック重力波背景の期待される振幅とスペクトル形状は何か。また、それは装置雑音からどのように区別できるか？
• RQ5 LISAが10^-4 Hzから1 Hzの周波数帯域で示す感度は、質量ブラックホール二重星合体および極端質量比降下の検出をどのように可能にするか？

主な発見

• 特にブラックホールおよび中性子星の二重星合体は、強力で良好にモデル化された波形を示すため、地上型検出器にとって最も有望な源の一つである。
• LISAは、質量ブラックホール二重星合体と極端質量比降下を高い信号対雑音比で検出できると予想され、質量およびスピンパラメータの高精度な測定が可能になる。
• 非軸対称な歪みを有する孤立中性子星は連続的重力波を放出する可能性があるが、長時間の積算と高い感度が検出に不可欠である。
• 宇宙論的および天体物理学的プロセスに起因するスチュアティック重力波背景は、高度な積算および相互相関技術を用いることで検出可能である可能性がある。
• 本論文では、地上型検出器が、源の進化状態と検出器の感度に応じて、年間数十～数100件の二重星合体事象を観測できると推定している。
• LIGO/VIRGO/GEOとLISAの組み合わせにより、重力波の多帯域的視野が得られ、マルチメッセンジャーおよびマルチ帯域の天体物理学的研究が可能になる。