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メモ - KEK重力波実験グループ
技術検討会メモ @国立天文台・すばる解 析棟1階大セミナー室 2003 年 9 月 18 日 機関報告 1 1.1 天文台 TAMA(高橋) DT9 の実施案を話した。 • LIGO S3 が 10 月末に予定されているが 、これにはこだわらない。 • 無人化は、10 月末までにやる。11 月にはテストする。部分的に、LIGO S3 と同時観測できるかも。しれない。 • 1kHz 以下の感度を向上させる。 • コアメンバーが手作業でやっていた事を自動化する。 (ただしエキスパー トは必要である。) • シフトは組まない予定。 ( 運営会議では TAMA シフトを組んでもいい のではという話もあった。今回は手弁当になる可能性があるか? ) • エキスパートは、新井、安東、佐藤、高橋、辰巳、長野でやっていく。 • レーザーの自動制御は進んでいる。 1.2 東大・理( 安東) 新人紹介:修士1年の山本哲朗。これまで理論をやっていた。 1.3 KEK( 鈴木) CLIO 用冷凍機購入は交渉中。 1 1.4 解析( 神田) • 来月のあたまあたりに解析ミーティングを行う。 • 解析談話会が 9 月 26 日に宇宙線研で行われる。話題提供は、高橋、安 東、常定。素人がわからないところを聞こう会みたいなもの。 中性子連星からの重力波に対する SN と LCGT 2 のパラメータ最適化( 宗宮・東大・新領域) 2.1 概略 detuned RSE をどの形にすると S/N 最大となるか計算した。パラメー タは 、レーザーパワー、腕のフィネス、RSE ミラー反射率、detuned phase φ 、readout phase ζ 。 2.2 Readout Scheme:RF か DC か? TAMA などでは、RF(変調復調)を採用しているが、Advanced LIGO で は、DC(キャリアー光をリーク)を採用することが決定されている。 ( Broadband RSE-LCGT の S/N 計算でも DC を採用している。) • DC Readout の利点 – Non-stationary shot noise – Output Mode Cleaner の単純化。 – Photo-detector の単純化。 – EOM 雑音の影響がなくなる。 – 周波数雑音が改善。 • RF Readout の利点 – 従来方式で扱い易い。 – 電気信号を分けて復調して足すことができる。 DC 、RF の双方の利点を考えると、DC の方が 、5∼10%良い。 2.3 最適パラメータ • レーザーパワー:1kW 2 • 腕のフィネス:1250 • RSE ミラー反射率:rs=0.96 (92%) • detuned phase:φ = π/2 -0.12 • readout phase:ζ = π/2 のパラメータの場合が detuned RSE で最適で、310.7Mpc まで SN=10 で 検出できる。干渉計の方式による違いを比べると、 • パワーリサイクリングも RSE もなし :S/N=10 @ 172Mpc • パワーリサイクリングまたは (Broad band)RSE :S/N=10 @ 201Mpc • パワーリサイクリングと (Broad band) RSE :S/N=10 @ 249Mpc • パワーリサイクリングと detuned RSE :S/N=10 @ 311Mpc Broad band RSE の最適パラメータのまま detuned した場合は、249Mpc が 253Mpc に変わるぐらいであまり効果がない。このように Broad band RSE から detuned RSE にして効果がでるパラメータのお勧め値は、rs=0.94 。 2.4 その他 レーザーのパワーがビームスプリッターの所で LCGT の 10 分の 1 である 100W でも detuned のパラメータをうまく選ぶと中性子連星合体からの重力 波は 248Mpc まで見える。 ( 詳しい解説はなかったが。) 3 TAMA300 データを用いたバースト 重力波解析 ( 安東・東大・理) 3.1 概略 バースト重力波は、星の重力崩壊などで発生。マッチド フィルターは使 用できないので、非定常成分を検出。パルス相関、線形相関、時間−周波数 解析などが行われている。 バースト重力波の共通の特徴は、 • 1m 秒のスパイク状 • 全体の時間スケールは、30m 秒以下 3 3.2 解析方法 Excess Power Filter をかけ、信号の (時間−周波数)bin であるしきい値を 越えたものを探す。この時検出器の非定常雑音は数秒以上、バースト重力波 信号は 、100m 秒以下と考える。平均パワーとパワーの 2 次モーメントの理 論曲線までの距離のしきい値決め非定常雑音を除去する。 3.2.1 時間幅、周波数幅の設定 時間幅は、短い方が S/N は上がる。しかし周波数分解能は低下して電源ラ インの雑音等の影響を受け易くなる。周波数幅は広い方がよいが 、検出感度 の悪い周波数帯は使いたくない。設定した幅は、 • ∆t=200msec • ∆f=500Hz 3.3 計算機環境 • Athlon MP2000+ 20CPU 10Node • 1TB RAID • 2GB Memory • Giga ethernet 9 割はスペクトログラムの計算に費やされる。1ファイルあたり( ∼ 1分) 2560 回高速フーリエ変換( NF F T =212 )。各 CPU に処理ファイルを割当てて 計算させる。 ( 並列計算ではない。)ベンチマークテストによると 、CPU の 数が 10 ぐらいで計算スピード は頭打ちになっている。ハードディスクからの データ読み出しと Node のメモリバス幅で制限を受けているようだ。 3.4 解析結果など • DT6+DT8 での有効データは 、900 時間。 • hrms =3×10−17(1m 秒スパイク) で 4∼5events/hours 。 • 恒星時解析もしたが銀河中心との相関は特になし 。 4 3.5 3.5.1 現状 Coincidence Analysis • Rome グループ( ROG 共振器)との Coincidence。2001 年のイベント リストは交換した。解析はまだ。 • LIGO 2003 年 S2-DT8 。フィルターを共通の基準で評価。ガンマ線 バーストとの Coincidence を目的とした解析の予定。 3.5.2 Excess Power Filter • 埋め込みシミュレーションによる評価。 • パラメータの最適化。 • オンライン化へ。 3.5.3 他のフィルター • Slope Filter (宇宙線研・阿久津が解析。) • TF Cluster Filter (大阪市大・香月が解析。) 3.6 その他 LISM は、非定常雑音を除去しても Event Rate は変わらないであろう。 (除 去すべき非定常雑音がないと言うべきか? ) アデレードレーザ開発の現状と TAMA へのイン 4 スト ール( 竹野・東大・新領域) 竹野はアデレード に3週間滞在した。 4.1 開発の現状 • 10W Coplanar Pumped Folded-zigzag Slab(CPFS) レーザー • Nd:YAG (1.064µm) • 出力> 10W • M2 測定中 5 • 注入同期( 準備中。プロトタイプでしかやっていない。) • 自動ロック機構( 準備中。ロックが落ちそうだとプログ ラムチップが ロックポイントを探す。) • 強度雑音、周波数雑音( 測定準備中。) 4.1.1 出力モード • 調整が非常に難。 • 調整不足だとモードが多数に分裂。 • 水平方向は良好なガウシアン。 • 非点収差が著しい。 4.1.2 励起用半導体レーザー • Cutting Edge Optronics 社製 – Cs double package – 通常励起強度 40W – 取替えは容易 • 一側面から励起 – およそ 70%が結晶に吸収 – 40W 励起で 11W 透過 4.1.3 温度制御 サーミスタ+ペルチェ+空冷。レーザーをつけて 10 秒くらいでおさまる。 以前の熱暴走は解決した。 4.2 開発の今後 • M2 測定 • 注入同期実験 • 雑音測定 • 自動ロック機構 オーストラリア人が今度日本に来る時に講演してくれる予定。 6 4.3 TAMA へのインスト ール • 9 月 ∼10 月 準備 • 10 月下旬 TAMA への搬入。 ( LD は除く。)アデレード スタッフとと もに調整。 • 11 月 ∼12 月 ビームプロファイル測定。強度雑音、周波数雑音測定。 安定度測定。 • ??月 安定化実験 5 次回日程は未定。 7