초록 ▼

- 초전도 중력구배계(gravity gradiometer) 기술에 기반한 신개념 중력파망원경 개발 타당성과 과학적 성취 가능성을 3개 세부과제(중력파천문학, 기기개발, 잡음/신호처리)로 나누어 알아봄.
- 초전도 중력파망원경 개발에 필요한 원천기술을 파악하고, 핵심기술개발용 프로토타입(prototype)과 관측용 고성능타입 2 가지 플랫폼 개념 시안을 제시함.
- 두 시안 중 융합연구단 사업에 보다 적합한 기술구현용 프로토타입 플랫폼 개념 설계에 대한 구조 해석 연구 결과를 제시하고 프토로타입 개발 예산 규모를 산출함.<

- 초전도 중력구배계(gravity gradiometer) 기술에 기반한 신개념 중력파망원경 개발 타당성과 과학적 성취 가능성을 3개 세부과제(중력파천문학, 기기개발, 잡음/신호처리)로 나누어 알아봄.
- 초전도 중력파망원경 개발에 필요한 원천기술을 파악하고, 핵심기술개발용 프로토타입(prototype)과 관측용 고성능타입 2 가지 플랫폼 개념 시안을 제시함.
- 두 시안 중 융합연구단 사업에 보다 적합한 기술구현용 프로토타입 플랫폼 개념 설계에 대한 구조 해석 연구 결과를 제시하고 프토로타입 개발 예산 규모를 산출함.
- 초전도 저주파 중력파망원경의 주요 잡음원(原)을 특정하고 잡음 저감(低減)에 필요한 실험 및 후속 연구를 제안함.
- 해당 중력파망원경 개념에 요구되는 신호 처리의 핵심 개념과 신호 처리 방안, 모의 실험 결과를 제시하고,관측 주파수 대역(0.1-10 Hz)에서의 중력파 천문 관측 자료 처리에 요구되는 컴퓨팅 자원을 산출함.
- 관측용 고성능 중력파망원경을 활용한 중력파 천문 관측 가능성과 예상 성과를 주요 중력파원 두 가지(블랙홀 쌍성 병합, 우주 중력파 배경)에 대해 예측/제시함.
- 프로토타입 만으로도 가능한 중력파 천문 관측 연구 가능성도 함께 제시함.
- 초전도 중력파망원경 개발과 관련된 원천기술에 대해서는 별도 특허전략 보고서를 제출함.

( 출처 : 보고서 요약서 5p )

Abstract ▼

We report results of the pilot study on “development of a superconducting low-frequency (0.1-10 Hz) gravitational-wave telescope (SLGT).” The SLGT is primarily based on gravity gradiometer technology but it also requires cryogenic systems below 4K, sensitive SQUID sensors reaching quantum limit, etc

We report results of the pilot study on “development of a superconducting low-frequency (0.1-10 Hz) gravitational-wave telescope (SLGT).” The SLGT is primarily based on gravity gradiometer technology but it also requires cryogenic systems below 4K, sensitive SQUID sensors reaching quantum limit, etc. We find the SLGT has a good potential to understand the early universe and evolution of the exotic objects such as black holes by gravitational-wave (GW) observation.
There are technical issues to be solved in order to build the SLGT. During the 10-month pilot study we have established a basic concept design for the SLGT and studied selected requirements to build the telescope. We also characterized primary noise sources (e.g. Newtonian noises) within the telescope’s expected frequency band and provided suggestions for noise mitigation and signal processing. As follows, we describe summaries from the three sub-topics studied in this program:

(a) Science agenda within GW astronomy with the SLGT in 0.1-10 Hz.
Focusing on black hole (BH)　binaries and cosmic GW background, we were able to assess the SLGT’s design sensitivity & observational requirements to detect GWs from these expected sources. SLGT will be able to observe massive black holes (1,000-10,000 times more massive than the SUN) by direct GW observation.
SLGT will provide the unique constraints within 0.1-10 Hz for cosmic GW energy density that is important information for a cosmology model. In order for performing routine GW astronomy observation, we need a SLGT with a full“observational” capability. For the scope of the convergence study (융합연구단), it will be possible to build a proto-type SLGT and we can still detect GW sources in our Milky Ways and those in nearby galaxies.

(b) The concept designs of SLGT (prototype and observational design)
We suggest design concepts for prototype SLGT that is plausible to realize within the timescale and budget for the convergence research program. We also suggest a design concept for advanced SLGT that can actually detect GWs from BH binary mergers (the primary source for GW astronomy in the SLGT frequency band). We perform structure analyses for the platform designs of prototype and advanced SLGT. The results are summarized in this report.

(c) Noise and signal processing
We characterize important noise sources for the SLGT and provide more realistic sensitivity curves depending on different noise-level scenarios. Considering Raleigh-wave and infrasound wave, we then suggest how to mitigate the noises.
We also provide basic concepts on how to process tensorial GW signals for BH binary mergers and for cosmic GW background, respectively. We also compute the telescope’s response function. Finally, we estimate requirements for computing resources for GW data analysis.

( 출처 : SUMMARY 11p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 11
• 목차 ... 13
• 제1장 연구과제의 개요 ... 15
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제3장 연구수행 내용 및 결과 ... 19
• 세부과제 1. 중력파 천문학(이론) ... 19
• 세부과제 2. 초전도 저주파 중력파망원경(SLGT) 개념설계 ... 41
• 세부과제 3. 중력파망원경의 잡음 분석 및 자료처리 ... 66
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 83
• 제5장 연구결과의 활용계획 ... 85
• 제6장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 86
• 제7장 참고문헌 ... 87
• 부록. 연구성과 집계(최종보고서 부록) ... 91
• 끝페이지 ... 94