国際パルサータイミングアレイ

国際パルサータイミングアレイ（IPTA）は、^欧州パルサータイミングアレイ（EPTA）、北米ナノヘルツ重力波観測所（NANOGrav）、オーストラリアのパークスパルサータイミングアレイ（PPTA）、インドパルサータイミングアレイプロジェクト（InPTA ^[2]^[3]）で構成される複数機関、複数望遠鏡の共同プロジェクト[1]です。IPTAの目標は、約30個のパルサーのアレイを使用して、超大質量ブラックホールの合体などから発生する超低周波重力波を検出することです。この目標は参加機関すべてに共有されていますが、各機関はそれぞれの努力とリソースを組み合わせることで目標をより早く達成できることを認識しています。

最終的には参加する予定の他のタイミングアレイからの関連オブザーバーも存在します。

概要

基礎実験では、ミリ秒パルサー(MSP)からのパルスの到着時刻 (TOA) の予測可能性を活用し、それを銀河時計のシステムとして使用します。時計の乱れは地球で測定できます。通過する重力波による乱れはパルサーの集団全体にわたって特定の特徴を持つため、検出されます。

この実験は、 LIGOやVIRGOなどの地上の干渉計検出器に類似しており、特定の経路に沿ったレーザー光線の飛行時間を測定し、直交する経路に沿った飛行時間と比較します。レーザー光線の飛行時間の代わりに、IPTAはパルサーからの電磁パルスの飛行時間を測定しています。LIGOの場合のような4kmの腕の代わりに、IPTAの「腕」は数千光年、つまりパルサーと地球の間の距離です。各PTAは毎月約20のMSPを計時します。コラボレーション間の重複が多いため、IPTAによって計時されるMSPの総数、つまり検出器の「腕」の数はおよそ30です。

IPTA と地上の干渉計のこうした違いにより、重力波周波数のまったく異なる範囲、つまり異なるカテゴリの発生源を調査することが可能になります。地上の検出器は数万から数千ヘルツの範囲に感度がありますが、IPTA は数マイクロヘルツから数百マイクロヘルツの範囲に感度があります。この範囲の重力波の主な発生源は、数十億太陽質量の超大質量ブラックホールの連星合体であると予想されています。これは、銀河の中心に宇宙に豊富に存在すると考えられており、それらの銀河の以前の合体の結果です。

IPTA のリソースは膨大です。EPTA は、ヨーロッパの 5 つの 100 メートル級望遠鏡、つまりイギリスのラヴェル望遠鏡、ドイツのエフェルスベルク 100 メートル電波望遠鏡、イタリアのサルデーニャ島電波望遠鏡、オランダのヴェスターボルク合成電波望遠鏡、フランスのナンチャイ電波望遠鏡に多くの時間を費やしています。これら 5 つの望遠鏡は一緒にヨーロッパ大型パルサーアレイ (LEAP) を構成し、単一の 300 メートル級望遠鏡として機能します。NANOGrav は、100 メートルのグリーンバンク望遠鏡に 1 か月あたり約 1 日、プエルトリコの 300 メートルアレシボ天文台に崩壊前は 1 か月あたり 0.5 日の時間を使用しています。PPTA は、オーストラリアの 64 メートルパークス電波望遠鏡に 1 か月あたり数日を使用しています。

パルサーのタイミングは、米国科学アカデミーが主催するAstro2010十年レビューの粒子天体物理学と重力パネルによる優先事項の「中規模」カテゴリでトップにランクされました。 ^[4]

IPTA は、IPTA コンソーシアムメンバー 3 社からそれぞれ 2 名ずつの代表者と前会長からなる 7 名で構成される IPTA 運営委員会によって調整および助言を受けています。現在、委員会のメンバーは、リチャードマンチェスター (現会長、CSIRO天文学および宇宙科学、PPTA)、ウィレムファンストラテン (スウィンバーン工科大学、PPTA)、スコットランサム (国立電波天文台、NANOGrav)、イングリッドステアーズ (ブリティッシュコロンビア大学、NANOGrav)、ベンスタッパーズ (ジョドレルバンク天体物理学センター、EPTA)、ジルテュロー (オルレアン大学、EPTA)、およびアンドレアロメン (前会長、フランクリン & マーシャルカレッジ) です。3 つのコンソーシアムメンバーはそれぞれ、世界中の重力波実験のリーダーで構成される諮問委員会である重力波国際委員会のメンバーでもあります。

データ公開

最初のIPTAデータ公開は2016年2月12日に行われ、重力波背景の振幅に2シグマの制限が示されました。^[5]
2019年9月10日に公開された2回目のデータでは、予想されていた赤色ノイズ背景は検出されたが、超大質量ブラックホールの合体は検出されなかった。^[6]^[7]

参考文献

^ Hobbs, G.; et al. (2010). 「国際パルサータイミングアレイプロジェクト：パルサーを重力波検出器として使用する」.クラス. Quantum Grav. 27 (8): 084013. arXiv : 0911.5206 . Bibcode :2010CQGra..27h4013H. doi :10.1088/0264-9381/27/8/084013. S2CID 56073764. 084013.
^ ジョシ、バル・チャンドラ;ゴパクマル、アチャムヴィードゥ。パンディアン、アルル。プラブ、ティアガラート;デイ、ランケスワール。バグキ、マンジャリ。デサイ、シャンタヌ。タラフダル、プラティク。ラナ、プレナ。マーン、ヨゲシュ。バトラ、ニーラム・ダンダ。ギルガオンカル、ラーガブ。アガルワル、ニキータ。アルムガム、パラマシワン。バス、アヴィシェク (2022-12-08)。「SKA時代のナノヘルツ重力波天文学：InPTAの視点」。天体物理学と天文学のジャーナル。43 (2): 98.arXiv : 2207.06461。ビブコード:2022JApA...43...98J。doi :10.1007/s12036-022-09869-w. ISSN 0973-7758. S2CID 250526806.
^ タラフダール、プラティク;ノーブルソン、Ｋ．ラナ、プレナ。シンハ、ジャイホンバ;マサチューセッツ州クリシュナクマール。ジョシ、バル・チャンドラ。パラディ、アビナシュ・クマール。コール、ニール。バトラ、ニーラム・ダンダ。アガルワル、ニキータ。バチュラ、アーダルシュ。ダンダパット、スバジット。デサイ、シャンタヌ。デイ、ランケスワール。ひさの、しんのすけ（2022年1月）。「インディアンパルサータイミングアレイ: 最初のデータリリース」。オーストラリア天文学会の出版物。39 : e053. arXiv : 2206.09289。ビブコード:2022PASA...39...53T。土井：10.1017/pasa.2022.46。ISSN 1323-3580。S2CID 249889663 。
^ 米国科学アカデミー国立研究評議会 (2011)。パネル報告書-天文学と天体物理学における新世界、新地平。ワシントン D.C.: National Academies Press。ISBN 978-0-309-15962-3。
^ Verbiest, JPW; Lentati, L.; Hobbs, G.; van Haasteren, R.; Demorest, PB; Janssen, GH; Wang, J. -B.; Desvignes, G.; Caballero, RN; Keith, MJ; Champion, DJ; Arzoumanian, Z.; Babak, S.; Bassa, CG; Bhat, NDR; Brazier, A.; Brem, P.; Burgay, M.; Burke-Spolaor, S.; Chamberlin, SJ; Chatterjee, S.; Christy, B.; Cognard, I.; Cordes, JM; Dai, S.; Dolch, T.; Ellis, JA; Ferdman, RD; Fonseca, E.; et al. (2016). 「国際パルサータイミングアレイ：最初のデータリリース」。王立天文学会月報. 458 (2): 1267–1288. arXiv : 1602.03640 . Bibcode :2016MNRAS.458.1267V. doi : 10.1093/mnras/stw347 . S2CID 4684500.
^ Perera, BBP; et al. (2019-12-21). 「国際パルサータイミングアレイ：第2回データリリース」。Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 490 (4): 4666–4687. arXiv : 1909.04534 . doi : 10.1093/mnras/stz2857 . ISSN 0035-8711.
^ Castelvecchi, Davide (2022-01-27). 「天文学者が重力波を検出する新しい方法に近づいている」. Nature . 602 (7896): 194–195. Bibcode :2022Natur.602..194C. doi :10.1038/d41586-022-00170-y. PMID 35087253. S2CID 246360299.

外部リンク

国際パルサータイミングアレイ
ナノグラヴ
パークスパルサータイミングアレイ
欧州パルサータイミングアレイ
インドパルサータイミングアレイ

[1] Hobbs, G.; et al. (2010). 「国際パルサータイミングアレイプロジェクト：パルサーを重力波検出器として使用する」.クラス. Quantum Grav. 27 (8): 084013. arXiv : 0911.5206 . Bibcode :2010CQGra..27h4013H. doi :10.1088/0264-9381/27/8/084013. S2CID 56073764. 084013.

[2] ジョシ、バル・チャンドラ;ゴパクマル、アチャムヴィードゥ。パンディアン、アルル。プラブ、ティアガラート;デイ、ランケスワール。バグキ、マンジャリ。デサイ、シャンタヌ。タラフダル、プラティク。ラナ、プレナ。マーン、ヨゲシュ。バトラ、ニーラム・ダンダ。ギルガオンカル、ラーガブ。アガルワル、ニキータ。アルムガム、パラマシワン。バス、アヴィシェク (2022-12-08)。「SKA時代のナノヘルツ重力波天文学：InPTAの視点」。天体物理学と天文学のジャーナル。43 (2): 98.arXiv : 2207.06461。ビブコード:2022JApA...43...98J。doi :10.1007/s12036-022-09869-w. ISSN 0973-7758. S2CID 250526806.

[3] タラフダール、プラティク;ノーブルソン、Ｋ．ラナ、プレナ。シンハ、ジャイホンバ;マサチューセッツ州クリシュナクマール。ジョシ、バル・チャンドラ。パラディ、アビナシュ・クマール。コール、ニール。バトラ、ニーラム・ダンダ。アガルワル、ニキータ。バチュラ、アーダルシュ。ダンダパット、スバジット。デサイ、シャンタヌ。デイ、ランケスワール。ひさの、しんのすけ（2022年1月）。「インディアンパルサータイミングアレイ: 最初のデータリリース」。オーストラリア天文学会の出版物。39 : e053. arXiv : 2206.09289。ビブコード:2022PASA...39...53T。土井：10.1017/pasa.2022.46。ISSN 1323-3580。S2CID 249889663 。

[4] 米国科学アカデミー国立研究評議会 (2011)。パネル報告書-天文学と天体物理学における新世界、新地平。ワシントン D.C.: National Academies Press。ISBN 978-0-309-15962-3。

[arXiv:1602.03640-5] Verbiest, JPW; Lentati, L.; Hobbs, G.; van Haasteren, R.; Demorest, PB; Janssen, GH; Wang, J. -B.; Desvignes, G.; Caballero, RN; Keith, MJ; Champion, DJ; Arzoumanian, Z.; Babak, S.; Bassa, CG; Bhat, NDR; Brazier, A.; Brem, P.; Burgay, M.; Burke-Spolaor, S.; Chamberlin, SJ; Chatterjee, S.; Christy, B.; Cognard, I.; Cordes, JM; Dai, S.; Dolch, T.; Ellis, JA; Ferdman, RD; Fonseca, E.; et al. (2016). 「国際パルサータイミングアレイ：最初のデータリリース」。王立天文学会月報. 458 (2): 1267–1288. arXiv : 1602.03640 . Bibcode :2016MNRAS.458.1267V. doi : 10.1093/mnras/stw347 . S2CID 4684500.

[6] Perera, BBP; et al. (2019-12-21). 「国際パルサータイミングアレイ：第2回データリリース」。Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 490 (4): 4666–4687. arXiv : 1909.04534 . doi : 10.1093/mnras/stz2857 . ISSN 0035-8711.

[7] Castelvecchi, Davide (2022-01-27). 「天文学者が重力波を検出する新しい方法に近づいている」. Nature . 602 (7896): 194–195. Bibcode :2022Natur.602..194C. doi :10.1038/d41586-022-00170-y. PMID 35087253. S2CID 246360299.