[論文レビュー] Stellar Interferometry for Detection of Gravitational Waves

I. H. Park, D. H. Kim+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2019

Optical and Acousto-Optic Technologies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、レーザー源の代わりに恒星光を用いた空間コherエンス干渉計を用いた新しい重力波検出法を提案している。1つの遠方星からのコherentな光ビームを2つの衛星搭載検出器で測定することで、10⁻⁷–10⁻⁴ Hzの周波数帯で感度を発揮し、低周波数重力波、原始ブラックホール、中性子星のサイズ制約の検出が可能になる。複雑な装置を必要としない。

ABSTRACT

We propose a new method to detect gravitational waves, based on spatial coherence interferometry with stellar light, as opposed to the conventional temporal coherence interferometry with laser sources. The proposed method detects gravitational waves by combining two coherent beams of light from a single distant star measured at two separate detectors, each on-board a satellite. For this experiment, no complex detector system is required, hence any associated acceleration noise can be minimized, allowing for the search of gravitational waves in the lower frequency range of $10^{-7} - 10^{-4}$ Hz, not covered by any experiment at the time of this paper. In this work, we present the detection sensitivity of the proposed stellar interferometer for gravitational waves by taking the detection response and potential noises into account. Furthermore, the proposed experimental setup is capable of searching for primordial black holes and studying the size of the target neutron star, which are also discussed in the paper.

研究の動機と目的

• 既存のレーザー基盤干渉計では到達できない周波数帯の低周波数重力波検出法の開発を目的とする。
• 宇宙空間に設置された検出器における加速度ノイズの課題を、レーザー源の代わりに恒星光を用いることで解決することを目的とする。
• 既存の実験では未到達であった10⁻⁷–10⁻⁴ Hzの周波数帯における重力波検出を可能にすることを目的とする。
• 同じ干渉計装置を用いて原始ブラックホールおよび中性子星のサイズを研究することを目的とする。

提案手法

• 本手法は、1つの遠方星からの空間的コherエンス光ビームを2つの衛星搭載検出器で測定する。
• 従来のレーザーを用いた時間的コherエンス干渉計とは対照的に、空間的コherエンス干渉計を用いる。
• 2つの衛星間の基準距離が干渉計の基準長となり、重力波によって引き起こされる位相シフトに敏感である。
• 複雑なレーザー安定化およびアクティブフィードバックシステムを避けることで、加速度ノイズを最小限に抑えるように設計されている。
• 理論的モデルは、検出応答および干渉計測定における潜在的なノイズ源を考慮している。
• 既存の天体的光源（恒星）をコherエンス光源として活用することで、装置の複雑さを低減している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 恒星光を用いた空間的コherエンス干渉計は、10⁻⁷–10⁻⁴ Hzの周波数帯で重力波を検出可能か？
• RQ2 本手法は、レーザー基盤干渉計と比較して加速度ノイズをどのように低減するか？
• RQ3 本手法の恒星干渉計は、目的周波数帯域全域で重力波に対してどの程度の感度を示すか？
• RQ4 同じ装置で原始ブラックホールの重力波シグナルを検出可能か？
• RQ5 干渉計は、重力波との相互作用を分析することで中性子星のサイズを制約可能か？

主な発見

• 提案された恒星干渉計は、10⁻⁷–10⁻⁴ Hzの周波数帯で検出可能な感度を達成し、重力波検出における重要な空白を埋めている。
• レーザーではなく恒星光を用いることで、システムの複雑さと関連する加速度ノイズが顕著に低減される。
• 検出感度は干渉計応答およびノイズ寄与のモデル化により導出され、検出可能な波の振幅の定量的評価が可能になる。
• 装置は、原始ブラックホール集団の重力波放射をプローブ可能である。
• 本手法は、干渉計信号との相互作用を分析することで、中性子星のサイズを研究するための新規な手段を提供する。