重力波観測支援のための新型適応光学技術を開発(New Adaptive Optics to Support Gravitational-Wave Discoveries)

2025-09-26 カリフォルニア大学リバーサイド校(UCR)

カリフォルニア大学リバーサイド校の研究チームは、重力波望遠鏡LIGO用に新しい自適応光学システム「FROSTI」を開発しました。これは高出力レーザーによる鏡の歪みを補正し、従来よりも精密に波面を制御できる技術で、将来の観測で重力波イベントを10倍多く捉えられる可能性があります。プロトタイプは直径34cm、重さ40kgのLIGO鏡で実証され、次世代計画「Cosmic Explorer」の大型鏡(440kg)にも適用可能とされます。FROSTIは熱放射で鏡表面を局所的に加熱し、歪みを除去する仕組みで、量子レベルの精度を保ちながらレーザー出力をメガワット級に引き上げられる点が革新的です。本技術はLIGO A#アップグレードや次世代探査の基盤となり、今後20年の重力波天文学を支えると期待されています。

<関連情報>

重力波検出のための次世代波面アクチュエータの実証 Demonstration of a next-generation wavefront actuator for gravitational-wave detection

Tyler Rosauer, Huy Tuong Cao, Mohak Bhattacharya, Peter Carney, Luke Johnson, Shane Levin, Cynthia Liang, Xuesi Ma, Luis Martin Gutierrez, Michael Padilla, Liu Tao, Aiden Wilkin, Aidan Brooks, and Jonathan W. Richardson
Optica  Published: September 26, 2025
DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICA.567608

重力波観測支援のための新型適応光学技術を開発(New Adaptive Optics to Support Gravitational-Wave Discoveries)

Abstract

In the last decade, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) and the European Virgo Observatory have opened a new observational window on the universe. These cavity-enhanced laser interferometers sense spacetime strain, generated by distant astrophysical events such as black hole mergers, to an RMS fluctuation of a few parts in 1021over a multi-kilometer baseline. Optical advancements in laser wavefront control are key to advancing the sensitivity of current detectors and enabling a planned next-generation 40 km gravitational wave observatory in the United States, known as Cosmic Explorer. We report an experimental demonstration of a wavefront control technique for gravitational-wave detection, obtained from testing a full-scale prototype on a 40 kg LIGO mirror. Our results indicate that this design can meet the unique and challenging requirements of providing higher-order precision wavefront corrections at megawatt laser power levels while introducing extremely low effective displacement noise into the interferometer. This technology will have a direct and enabling impact on the observational science, expanding the gravitational-wave detection horizon to very early times in the universe, before the first stars formed, and enabling new tests of gravity, cosmology, and dense nuclear matter.

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