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New Developments on Tests of Gravity Theory by combining Gravitational Wave Data Analysis and Deep Learning based Denoising

Research Project

Project/Area Number 19K14717
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionNagaoka National College of Technology

Principal Investigator

Sakai Kazuki  長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教 (40824298)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords重力波物理学 / ブラックホール / ノイズ除去 / ディープラーニング / 時系列データ解析 / 重力波 / ニューラルネットワーク / データ解析
Outline of Research at the Start

本研究は重力波観測による重力理論検証における新たな可能性を見つけ出すための新しいデータ解析手法の構築に関するものである。重力波を観測することでブラックホールの運動のような光や電磁波などの観測では調べることのできない現象を調べられるのだが,振幅が小さいために観測データにおいてはノイズに埋もれてしまい,詳細な解析が難しい。その問題をディープラーニング型ノイズ除去を応用して解決することを目的としている。

Outline of Final Research Achievements

Advanced LIGO succeeded in the first direct detection of gravitational waves, and the era of gravitational wave astronomy started. It is expected that we can test gravity theories in strong dynamic gravity fields by observing gravitational waves. Analyzing observed data requires reducing the effect of noise that is contained in the data.
In this research, I proposed and evaluated brand-new deep learning-based noise reduction methods for gravitational wave observed data. I conducted performance tests with simulated data for multiple methods and confirmed their effectiveness.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではディープラーニングを用いた重力波観測データに対するノイズ除去方法について検討し,その有効性を確認した。ノイズ除去が実行できれば,重力波の観測データを用いた重力理論検証の新たな方向性を生み出すことが期待される。具体的には,Hilbert-Huang変換や自己回帰モデルなどの時間領域での時系列データ解析は,周波数領域での解析手法よりもノイズの影響を大きく受けるかわりに,ブラックホールの準固有振動などのより詳細な解析ができると知られている。これらの手法をより高度に活用するために,本研究の成果が役立つと期待される。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Black hole spectroscopy for KAGRA future prospect in O52020

    • Author(s)
      Nami Uchikata, Tatsuya Narikawa, Kazuki Sakai, Hirotaka Takahashi, Hiroyuki Nakano
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Basic Study of Noise Reduction on the Analysis of Burst Gravitational Waves by Direct and Parallel Denoising Autoencoder2020

    • Author(s)
      Hiroyuki Hayashi, Kazuki Sakai, Hiroyuki Hamazumi, Hirotaka Takahashi, Yuto Omae
    • Journal Title

      ICIC Express Letters

      Volume: 14 Pages: 337-345

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ニューラルネットワークによる重力波波形再構成のための最適なフィルターデザインの生成2021

    • Author(s)
      オドンチメド ソドタウィラン, 高橋弘毅, 酒井一樹
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 重力波の観測データに対するリカレントニューラルネットワークを用いたノイズ除去の検討2020

    • Author(s)
      住安宏介, 酒井一樹
    • Organizer
      2020年電子情報通信学会総合大会 ISS学生ポスターセッション
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] L2正則化を導入した直並列型 Denoising Autoencoder を用いたバースト重力波解析におけるノイズ除去の基礎的検討2020

    • Author(s)
      林滉之, 酒井一樹, 高橋弘毅, 濱住啓之, 大前佑斗
    • Organizer
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] リカレントニューラルネットワークを用いた重力波観測データにおけるノイズ除去の検討2019

    • Author(s)
      酒井一樹, 高橋弘毅, 大原謙一
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] KAGRAアップグレードに向けたブラックホール準固有振動解析2019

    • Author(s)
      内潟那美, 酒井一樹, 高橋弘毅, 中野寛之, 成川達也
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] A Basic Study of Noise Reduction on the Analysis of Burst Grabitational Waves by Direct and Parallel Denoising Autoencoder2019

    • Author(s)
      Hiroyuki Hayashi, Kazuki Sakai, Hiroyuki Hamazumi, Hirotaka Takahashi, Yuto Omae
    • Organizer
      14th International Conference on Innovative Computing, Information and Control
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-01-27  

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