[논문 리뷰] Laser Interferometer Space Antenna

Pau Amaro‐Seoane, H. Audley외 82명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 02.

Radio Astronomy Observations and Technology인용 수 1,375

한 줄 요약

본 논문은 LISA 미션 개념을 제시한다: 세 대의 우주선으로 이루어진 2.5 million km 삼각 간섭계로, 광대역에서 모든 하늘을 관찰하며 4년 임무 기간 동안 중력파를 관측한다.

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.

연구 동기 및 목표

• LISA Pathfinder 및 ESA의 Gravitational Universe 선정 이후 다음 주요 중력파 관측기로 LISA 미션을 동기를 부여한다.
• 삼중 동일한 우주선이 삼각형 형상으로 배열되고 여섯 개의 레이저 링크가 있는 미션 아키텍처와 운용 개념을 설명한다.
• 넓은 주파수 대역에서 LISA로 관측 가능한 과학적 범위와 천체 소스들을 강조한다.
• 모든 하늘에서 모니터링 가능성과 중력파의 두 편파를 모두 측정하는 능력을 강조한다.
• 관련 주파수 대역에서 예상 감도와 성능을 개요한다.

제안 방법

• 세 개의 팔과 우주선 간 2.5 million km에 걸친 여섯 개의 활성 레이저 링크를 갖춘 미션 설계를 제안한다.
• 관측소가 하늘을 스캔하고 지구의 궤도를 따라가며 모든 하늘 커버리지를 달성하는 방법을 설명한다.
• 장치가 두 개의 중력파 편파를 모두 측정하고 소스 매개변수를 도출한다는 것을 설명한다.
• 목표 중력파 주파수 대역을 대략 10^-4 Hz 아래에서부터 10^-1 Hz 이상까지로 정의한다.
• 임무 지속 기간을 네 년으로 제시하고 LISA Pathfinder 결과에서 L3 슬롯 제안으로의 경로를 명시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 L3를 위한 세 팔의 우주 기반 GW 간섭계의 제안된 아키텍처와 실현 가능성은 무엇인가?
• RQ2 10^-4 Hz에서 10^-1 Hz 대역에서 LISA의 예상 감도와 하늘 커버리지는 무엇인가?
• RQ3 LISA가 검출하고 특성화할 수 있는 중력파 소스의 유형은 무엇인가(예: 확인 이진체, 거대 블랙홀 합병 등)?
• RQ4 LISA는 어떻게 두 가지 GW 편파를 측정하고 소스 매개변수를 추론할 것인가?
• RQ5 LISA Pathfinder 및 ESA의 Gravitational Universe 선정을 비롯한 임무 일정과 선례는 무엇인가?

주요 결과

• 세 대의 동일한 우주선이 삼각형 형상으로 배치되고 2.5 million km 떨어진 4년 간의 LISA 임무를 제안한다.
• 여섯 개의 활성 레이저 링크를 특징으로 하는 모든 하늘의 중력파 모니터를 가능하게 한다.
• 10^-4 Hz 아래에서부터 10^-1 Hz 이상까지의 주파수 대역에서 작동하며 두 GW 편파를 모두 측정할 수 있다.
• 은하계 확인 이진체에서 우주론적 및 블랙홀 시스템에 이르는 다양한 소스의 탐지를 가능하게 한다.
• LISA Pathfinder의 성공을 바탕으로 ESA의 L3 임무 기회와 통합한다.
• 중력파 하늘에 대한 천체물리학적으로 관련된 감도와 함께 매개변수 추정을 제공한다.