Searching for the stochastic background gravitational waves by evaluating the Earth's resonant magnetic noise in the international observatory network

通过评估国际天文台网络中的地球共振磁噪声来寻找随机背景引力波

• 批准号: 22K14062
• 负责人: 鷲見 貴生
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Astronomical Observatory of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14062/
• 关键词: 背景重力波; シューマン共振; KAGRA; 地下実験; 環境磁場

地上での磁場観測に必要となる地物探査装置Metronix ADU08eを購入し、神岡地上におけるシューマン共振(磁場3軸、電場2軸)の連続観測を2022年8月より開始した。このデータを解析し、シューマン共振スペクトルのモデル化および振幅・共振周波数・Q値といったパラメーターの時間変化(日周・季節)を評価した。さらに、この実測に基づいたシューマン共振スペクトルの時間変化を考慮し、KAGRAとVirgoの2検出器による背景重力波探索感度の理論計算(フィッシャー解析)を行い、時間変動がない場合と比較した。KAGRAの地下実験サイトにおいては、過去の測定により地上よりもシューマン共振磁場が増幅されることが知られているが、本研究にて詳細な測定を行った。まずKAGRA施設内の様々な場所で磁場測定を行った結果、真空ダクト(1辺の長さ3km)からの距離に応じて磁場増幅率が変化することを確認した。同様の測定を、KAGRAと同じ山(神岡町池ノ山)の地下にあるプロトタイプ重力波検出器CLIO (1辺の長さ100m)の施設で行ったが、そこでは有意な磁場増幅は見られなかった。一方、イタリアの重力波検出器Virgo (KAGRAと同じく1辺の長さ3kmだが、地上の施設)でも同測定を実施し、有意な磁場増幅を確認した。以上により、KAGRA施設で見られていた磁場増幅は地下環境に起因するものではなく、3kmに渡る真空ダクトによって生じる現象であるということを突き止めた。KAGRAの重力波検出器(主干渉計)の環境磁場応答評価に向けては、雑音注入試験のためのコイル設計と磁場シミュレーションを行い、必要となるコイル用電線とパワーアンプの選定を行った。(購入には別予算を使用し、年度内に納品済み)

We purchased the Metronix ADU08e feature exploration device required for magnetic field observation on the ground, and began continuous observation of Schumann's resonance (three magnetic fields and two electric fields) on Kamioka ground in August 2022. This data was analyzed to model the Schumann resonance spectrum and assess the temporal changes (diurnal and seasonal) of parameters such as amplitude, resonance frequency, and Q values.此外，考虑到基于此实际测量值的舒曼共振谱的时间变化，对背景引力波搜索灵敏度的理论计算使用了两个检测器，Kagra和Virgo，并且与没有时间变化的情况相比。众所周知，Kagra的地下实验部位的过去测量比地面上扩大了Schumann谐振磁场，但在本研究中进行了详细的测量。首先，在Kagra设施内的各个位置进行了磁场测量，并证实磁场放大因子根据从真空管（一侧长3公里长）的距离而变化。在与Kagra（Ikenoyama，kamioka-cho）上的地下地下的一个原型引力波检测器Clio（长100m长）的设施中进行了类似的测量，但是那里没有发现明显的磁场扩增。同时，在意大利重力波探测器处女座上进行了相同的测量（尽管它在一侧长3公里，就像Kagra一样，但在地面设施上），以确认明显的磁场扩增。从以上，我们发现在Kagra设施上看到的磁场扩增不是由于地下环境引起的，而是由跨3公里的真空导管引起的现象。为了评估Kagra重力波检测器（主要干涉仪）的环境磁场响应，进行了线圈设计和磁场模拟以进行噪声喷射测试，并选择了必要的线圈线和功率放大器。 （单独的预算用于购买并在财政年度内交付）

项目成果

重力波観測のためのシューマン共振モニター

用于引力波观测的舒曼共振监测仪

• 发表时间: 2023
• 作者: 鷲見貴生

European Gravitational Observatory/Istituto Nazionale di Fisica Nucleare(イタリア)

欧洲引力观测站/国家核能研究所（意大利）