[논문 리뷰] Cosmic Explorer: A Submission to the NSF MPSAC ngGW Subcommittee

Matthew Evans, A. Corsi외 74명|arXiv (Cornell University)|2023. 06. 23.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 36

한 줄 요약

LIGO보다 여러 배 더 민감한 차세대 중력파 관측소인 Cosmic Explorer를 제안하는 백서로, 천문학, 물리학, 우주론 전반에 걸친 관측 범위를 확장한다.

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.

연구 동기 및 목표

• NSF 투자에 기반한 차세대 중력파 관측소를 구축할 동기를 부여한다.
• 향상된 민감도, 정밀도, 그리고 새로운 관측 창이 혁명적인 발견을 가능하게 할 것임을 논한다.
• Cosmic Explorer를 미국의 중력파 과학 리더십 유지 및 글로벌 협력에 결정적으로 기여하는 것으로 제시한다.

제안 방법

• Cosmic Explorer의 과학적 동기와 발견 가능성을 설명한다.
• LIGO가 보여준 기술을 활용하여 기술 준비 상태를 논의한다.
• 다중 메시저 천문학 및 기초 물리학에서 관측소의 역할을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LIGO에 비해 한 차원 높은 중력파 민감도 증가로 어떤 종류의 발견이 가능해지는가?
• RQ2 Cosmic Explorer는 다중 메시저 천문학과 기초 물리학 실험을 어떻게 향상시킬까?
• RQ3 우주 시간에 걸친 우주론 및 밀집 물질 연구를 발전시키는 데 있어 Cosmic Explorer의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• Cosmic Explorer는 더 나은 민감도, 더 높은 정밀도, 그리고 새로운 관측 창 열기라는 세 가지 개선을 모두 약속한다.
• 중력파 한계를 관측 가능한 거의 우주의 바깥 가장자리까지 밀어올리는 것을 목표로 한다.
• 관측소는 전자기 관측과 시너지를 이루고 전자기 천문학으로는 접근 불가능한 영역을 탐구할 것이다.
• 중력파 과학에서 미국의 지속적인 리더십과 차세대 관측소 국제 네트워크를 뒷받침한다.
• 이 프로젝트는 블랙홀, 중성자별, 밀집 물질 역학 및 기초 물리학에 걸친 변혁적 연구를 구상한다.