天王星と海王星へのミッションによるドップラー追跡を介した重力波の検索

放物線運動をしている探査機との通信の周波数変化を調べると重力波による空間の歪みが分かる？以下、機械翻訳。
天王星と海王星への将来のミッションによるドップラー追跡を介した重力波の検索
2021年1月28日に提出
昨年は、今後10年間の天王星型惑星への宇宙ミッションの重要性を強調する多くの出版物を見てきました。提案されたミッション計画は木星を伴うスイングバイに続い〜氷の巨人に10年のクルーズ時間。巡航時間は、地球と宇宙船の無線リンクで発生するドップラーシフトを観測することにより、低周波の重力波を検索するために利用できます。重力波に対する将来の天王星型惑星ミッションの感度を計算します。次に、定常状態のブラックホール連星母集団を採用して、極端な質量比のインスピレーション（EMRI）、超大質量（SMBH）、および恒星の質量バイナリブラックホール（sBBH）のマージの検出率の控えめな推定値を導き出します。SMBHの母集団をクエーサーの割合f_binにリンクしますfbin SMBHをバイナリにペアリングする銀河の合体の結果です。単一の宇宙船の巡航中に10 40日間の観察の合計、O（fbin）〜0.5カッシーニ時代のノイズのアラン偏差がある場合SMBH合併の検出が、そうです～10^2によって改善されました。EMRIの場合、この数は〜O（0.1 ）、- O（100 ）にあり、sBBHの場合は～ {O}（0.01）の周りにあると推定されます。
キーワード：重力波–惑星と衛星：個人：天王星–惑星と衛星：個人：海王星

図1.上部パネル：地球（赤）、木星（オレンジ）、天王星（シアン）と海王星（青）は太陽を中心に、2050年1月1日。 マーカーはさまざまなタイムスタンプを表し、完全なものは
宇宙船の存在。 位置データはJPLから取得されています　Astroqueryツールを使用したHORIZONSシステムGinsburgetal。 （2019）。 ミッションの詳細はhttps://github.com/ice-giants/papers/raw/にあります
マスター/プレゼンテーション/IGs2020_missiondesign_elliott.pdf。
中央のパネル：天王星の宇宙船（1）、地球（E）、海王星の間の角度　宇宙船（2）。 ミッションの関連するタイムスタンプは垂直で表示されます　行。 下のパネル：宇宙船と地球の間の距離。


図2.GWの周波数変動の電力応答
𝜇 = 0.01（青）、𝜇 = 0.99（赤）、空平均（黒）、双方向ライトの場合　時間𝑇2の5000秒（≈5AU、上部パネル）および30000秒（≈30AU、下部パネル）。


図3.上部パネル：logℎ𝑛対log𝜈で表されるさまざまな実験の感度（Bertotti et al。（1999）のデータを使用したUlysses and Cassini、LISA曲線
ロブソン等。 （2019）、ムーアらによるaLIGOとSKA時代のPTA。 （2015））。オレンジ、ブルー、ピンクの曲線は、天王星型惑星のミッションの感度を表しています。
カッシーニ時代と比較して、それぞれ3、30、100倍のアラン偏差の改善が見られます。 𝑇2= 8000秒の間の10、40日間の観測をサンプリングします
および30000秒。赤い曲線は、さまざまな等質量GWソースに対応しています。緑と黒の曲線は、𝑁= 2（実線）および𝑁= 4（破線）の高調波です。
𝑧= 0.3、0.1でのエキセントリックEMRI。下のパネル：対数質量あたりの検出可能なSBHBの数、赤方偏移、および観測されたGW頻度。破線はすべてを表します
私たちのモデルによって予測されたSBHB、実線は指定された検出器で検出可能なSBHBの数を表します𝑁式を介してSBHB。 （11）、SNRあり
𝜌𝑐 = 1のしきい値（Dによる過少カウントのために部分的に正当化されます）。明確にするために、600Mpcの光度距離が赤方偏移プロットに示されています


図4.SMBHバイナリマージとアラン偏差の予想される検出
400日間の総観測。 黒の曲線は、1,3のSNRと
5.垂直の色付きの線は、アラン偏差を伴う天王星型惑星のミッションです
カッシーニ時代の測定値に関して3、30、100の改善。