重力波によるダークマターの新しい探査方法とその実データへの応用

• Project/Area Number: 14J08636
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 枝 和成 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 重力波 / 連続重力波 / パルサー / ダークマター / ブラックホール / 中性子星 / 重力波検出器

Outline of Annual Research Achievements

試験稼働したKAGRAから得たデータを用いて、電磁波観測により既知の孤立パルサーから放射される連続重力波を探査した。パルサーに関するパラメータは電磁波観測で測定されているため、必要なテンプレートはただ一つである。この場合、全天探査とは異なり、頻度主義者的に最適な手法であるF-statistic法による探索が計算コストの面で可能である。本年度は、解析パイプラインの実装とその動作確認を、KAGRAデータを用いて行った。
また、全天連続波探査におけるライン雑音除去法を新たに考案した。重力波データ解析の分野では、解析の結果、十分大きな信号対雑音比が得られたとしても、それは重力波信号の検出を意味しない。信号対雑音比の計算の際、多くの場合、検出器雑音の統計的性質として定常ガウス雑音を仮定するからである。一般に、検出器には予期しない突発的な非ガウス雑音が現れるため、信号対雑音比による信号候補の選別後、それが重力波起源なのか非ガウス雑音起源なのかを識別する必要がある。とりわけ全天探査では、要するテンプレート数は膨大であり、結果として、周波数空間でライン雑音と適合するテンプレートが劇的に増え、それに伴い誤検出率も増加してしまう。本研究では、信号と雑音の振幅の時間変動に着目し、新たなライン雑音除去法を開発した。全天探査では、計算量削減のため、約1日ごとにF-statisticを計算し、それらをスタックした量を検出統計量として扱う。そこで、1日ごとに測定されるF-statisticの値が、真の信号の場合に期待されるF-statisticの値とどの程度適合しているかを識別基準とした。その際、カイ二乗識別子を導入し、LIGO S5データを用いてその性能を確認した。その結果、ライン雑音で汚れた周波数帯において効率よく誤検出率を抑えられることを確認し、さらに、観測データに疑似的に重力波信号を注入することで、信号検出率が増加することも確かめられた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Ground-based low-frequency gravitational-wave detector with multiple outputs (2017)
  • Author(s): Ayaka Shoda, Yuya Kuwahara, Masaki Ando, Kazunari Eda, Kodai Tejima, Yoichi Aso, and Yousuke Itoh
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 95 Issue: 8 Pages: 82204-82204
  • DOI: 10.1103/physrevd.95.082004
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Toward the detection of gravitational waves under non-Gaussian noises II. Independent component analysis (2016)
  • Author(s): Soichiro MORISAKI, Jun’ichi YOKOYAMA, Kazunari EDA, Yousuke ITOH
  • Journal Title: Proceedings of the Japan Academy, Series B Volume: 92 Issue: 8 Pages: 336-345
  • DOI: 10.2183/pjab.92.336
  • NAID: 130005420971
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] P re-DECIGO can get the smoking gun to decide the astrophysical or cosmological origin of GW150914-like binary black holes (2016)
  • Author(s): Nakamura, Takashi; Ando, Masaki; Kinugawa, Tomoya; et al.
  • Journal Title: PROGRESS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS Volume: 9 Issue: 9 Pages: 930-930
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw127
  • NAID: 120005973373
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Search for a stochastic gravitational wave background at 1-5 Hz with a torsion bar (2016)
  • Author(s): Kuwahara, Yuya; Shoda, Ayaka; Eda, Kazunari; et al.
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 94 Issue: 4 Pages: 42003-42003
  • DOI: 10.1103/physrevd.94.042003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] All-sky coherent search for continuous gravitational waves in 6-7 Hz band with a torsion-bar antenna (2016)
  • Author(s): Kazunari Eda, Ayaka Shoda, Yuya Kuwahara, Yousuke Itoh, Masaki Ando
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 1 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv179
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Determination of mass of an isolated neutron star using continuous gravitational waves with two frequency modes: an effect of a misalignment angle (2016)
  • Author(s): K.Eda, K.Ono, and Y.Itoh
  • Journal Title: Proceedings of the 11th Amaldi Conference
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gravitational waves as a probe of dark matter minispikes (2015)
  • Author(s): K.Eda, Y.Itoh, S.Kuroyanagi, and J.Silk
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 91 Issue: 4 Pages: 044045-044045
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.044045
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] New estimation method for mass of an isolated neutron star using gravitational waves (2015)
  • Author(s): K.Ono, K.Eda, and Y.Itoh
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 91 Issue: 8 Pages: 084032-084032
  • DOI: 10.1103/physrevd.91.084032
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Improving parameter estimation accuracy with torsion-bar antennas (2014)
  • Author(s): K. Eda, A. Shoda, Y. Itoh, M. Ando
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 90 Issue: 6 Pages: 064039-064039
  • DOI: 10.1103/physrevd.90.064039
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Known pulsar search using the iKAGRA data (2016)
  • Author(s): K. Eda
  • Organizer: 15th KAGRA Face to Face Meeting
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-12-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] iKAGRAデータを用いた既知パルサーからの連続重力波探査 (2016)
  • Author(s): 枝和成、KAGRA Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] A chi-squared veto in semi-coherent F-statistic search for continuous gravitational wave (2016)
  • Author(s): K. Eda and Y. Itoh
  • Organizer: APCosPA-Planet2 RESCEU Summer School
  • Place of Presentation: 臥龍の郷（岐阜県高山市）
  • Year and Date: 2016-08-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Searches for continuous GWs from known pulsars with iKAGRA data (2016)
  • Author(s): K. Eda
  • Organizer: 14th KAGRA Face to Face Meeting
  • Place of Presentation: 富山大学（富山県富山市）
  • Year and Date: 2016-08-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A chi-squared discriminator for continuous gravitational wave detection in all-sky search (2016)
  • Author(s): K. Eda and Y. Itoh
  • Organizer: The First International Meeting on KAGRA
  • Place of Presentation: Daejeon（Korea）
  • Year and Date: 2016-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A chi-squared veto for semi-coherent F-statistic search in continuous gravitational waves (2016)
  • Author(s): K. Eda and Y. Itoh
  • Organizer: Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) 2016
  • Place of Presentation: Massachusetts（USA）
  • Year and Date: 2016-06-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 連続重力波探査におけるカイ二乗検定を用いた検出器雑音の棄却法 (2016)
  • Author(s): 枝和成，伊藤洋介
  • Organizer: 日本物理学会2016年年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-03-22
• [Presentation] An all-sky coherent search for continuous gravitational waves in 6-7 Hz band with a torsion-bar antenna (2015)
  • Author(s): K.Eda, A.Shoda, Y.Kuwahara, Y.Itoh, and M.Ando
  • Organizer: The 25th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan (JGRG25)
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府京都市)
  • Year and Date: 2015-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] iKAGRAへ向けた連続重力波探査パイプラインの構築 (2015)
  • Author(s): 枝和成，伊藤洋介，神田展行，田中一幸，KAGRA DAS Collaborators
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学(大阪府大阪市)
  • Year and Date: 2015-09-27
• [Presentation] An all-sky search for continuous gravitational waves in low-frequency regime using the Phase-II TOBA data (2015)
  • Author(s): K.Eda, A.Shoda, Y.Kuwahara, Y.Itoh, and M.Ando
  • Organizer: RESCEU APCosPA Summer School on Cosmology and Particle Astrophysics
  • Place of Presentation: 伊東園ホテル(栃木県日光市)
  • Year and Date: 2015-08-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Determining mass of an isolated neutron star using gravitational waves (2015)
  • Author(s): K.Eda, K.Ono, and Y.Itoh
  • Organizer: 14th Marcel Grossmann Meeting (MG14)
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 2015-07-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Search for mass of an isolated neutron star using gravitational wave observations (2015)
  • Author(s): K.Eda, K.Ono, and Y.Itoh
  • Organizer: 11th Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves
  • Place of Presentation: Gwangju, South Korea
  • Year and Date: 2015-06-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Search for low-frequency continuous gravitational waves with a torsion-bar antenna (2015)
  • Author(s): K.Eda, A.Shoda, Y.Kuwahara, Y.Itoh, and M.Ando
  • Organizer: Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) 2015
  • Place of Presentation: インテックス大阪(大阪府大阪市)
  • Year and Date: 2015-06-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A new estimation method for masses of isolated neutron stars using gravitational waves (2015)
  • Author(s): Kazunari Eda
  • Organizer: The 3rd annual symposium on the new-innovative area "New Developments in Astrophysics Through Multi-Messenger Observations of Gravitational Wave Sources"
  • Place of Presentation: 広島大学, 広島県
  • Year and Date: 2015-02-19 – 2015-02-21
• [Presentation] Multiple output configuration for a torsion-bar gravitational wave antenna (2014)
  • Author(s): Kazunari Eda
  • Organizer: The 24th Workshop on General Relativity and Gravitation (JGRG24)
  • Place of Presentation: Kavli IPMU, 東京大学, 千葉県
  • Year and Date: 2014-11-12
• [Presentation] 3出力ねじれ型振り子検出器(TOBA)によるパラメーター決定精度の向上 (2014)
  • Author(s): 枝和成
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学, 佐賀県
  • Year and Date: 2014-09-21
• [Presentation] Gravitational waves as a probe of dark matter mini-spike (2014)
  • Author(s): Kazunari Eda
  • Organizer: AEI Hannover Colloquium
  • Place of Presentation: Albert Einstein Institute, Hannover, Germany
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] Searching for gravitational waves using triple triple-output torsion-bar antennas (2014)
  • Author(s): Kazunari Eda
  • Organizer: RESCEU APCosPA Summer School on Cosmology and Particle Astrophysics
  • Place of Presentation: 松本市, 長野県
  • Year and Date: 2014-08-02 – 2014-08-04