TAMA300

TAMA300（たまさんびゃく）について

TAMA300は、国立天文台重力波プロジェクト推進室が運用する重力波検出器、およびその開発・運用プロジェクトの名称です。この装置は、重力波を検出するために、基線長300メートルのファブリー・ペロー型マイケルソン干渉計を使用しています。名称の「TAMA」は、装置が設置されている国立天文台三鷹キャンパスが位置する多摩地域に由来し、「300」は装置の基線長を表しています。

概要

TAMA300の主な目的は、将来のキロメートル級干渉計に必要な技術を開発すること、そして天の川銀河を含む局所銀河群で発生する重力波を検出することです。特に、天の川銀河で発生する連星中性子星からの重力波を検出できる感度を持っていますが、この現象は数十万年に一度程度しか起こらないと考えられています。

装置は1995年から三鷹キャンパス内で建設が開始され、1999年7月から観測運転が開始されました。レーザー光のエネルギーを増幅する「リサイクリング」技術を導入し、安定した単一波長のレーザー光を用いた高精度なファブリペロー型マイケルソン干渉計（FPMI）を実現しています。

ファブリペロー型マイケルソン干渉計は、90度に交差する光路と、光路内に配置された反射鏡から構成されています。レーザー光源から発せられたレーザー光は、リサイクリング装置で増幅され、光路内を往復することで干渉縞を得ます。重力波が通過すると、空間の歪みが生じ、光路差が生じて光波にうねりが生じます。このうねりによって干渉縞に変化が現れ、重力波が検出されます。

装置内部は、干渉縞を精密に観測するために高度な真空状態に保たれており、センサーの熱雑音の影響を避けるために低温で運用されています。また、干渉計の基線長が長いほど、長い波長の干渉縞を捉えやすくなります。

低温技術

装置全体の熱雑音を抑制し、高精度な干渉縞を得るために、TAMA300では低温技術が用いられています。この技術は、高精度受信素子、冷却CCD、赤外線観測装置、X線、ガンマ線領域でも用いられており、熱雑音による精度の低下を最小限に抑えるための重要な技術です。熱雑音は、装置自体が持つ温度をピークとした輻射によって発生しますが、この影響を極力排除することで、観測の精度を高めています。

研究成果

2020年4月28日、TAMA300の開発で培われた技術を応用し、大型重力波望遠鏡で必要とされる100ヘルツ以下の低周波におけるゆらぎの制御に成功したと発表されました。この技術をKAGRAをはじめとする大型重力波望遠鏡に適用することで、感度を約2倍、観測可能な重力波イベント数を約8倍に増やすことが期待されており、各重力波望遠鏡のアップグレード時に採用される予定です。

関連プロジェクト

CLIO: KAGRAのプロトタイプとして、岐阜県神岡鉱山跡地に建設された低温レーザー干渉計重力波観測装置。
KAGRA: 2020年2月に運用が開始された日本の大型重力波検出器。
LIGO: アメリカ国内の2箇所に設置された基線長4キロメートルのレーザー干渉計による重力波検出器。
Virgo: フランスとイタリアが共同で運用する基線長3キロメートルのレーザー干渉計による重力波検出器。
LISA: NASAとESAが共同で開発を進める宇宙重力波望遠鏡。基線長は500万キロメートルを計画。
DECIGO: 日本におけるKAGRAの次の将来計画として検討されている、0.1Hzから10Hz程度の重力波を観測できる宇宙重力波望遠鏡。

関連分野

天文学
高エネルギー天文学
重力波天文学
一般相対性理論
重力波

外部リンク

国立天文台 重力波プロジェクト推進室
東京大学宇宙線研究所・宇宙基礎物理学部門・重力波グループ

参考文献

日本物理学会編 『宇宙を見る新しい目』 日本評論社、2004年。
* 吉岡一男・杉本大一郎著 『宇宙からの情報('05)』 放送大学教育振興会、2005年。

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