Developing numerical-relativity codes for high-precision computations of gravitational waves toward third-generation gravitational-wave detectors
| Project/Area Number |
22K03617
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
久徳 浩太郎 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30757125)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 宇宙物理 / 重力波 / 相対論 / 中性子星 / ブラックホール / 数値相対論 |
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| Outline of Research at the Start |
連星中性子星やブラックホール・中性子星連星の合体からの重力波波形を理論的に導出するにあたり、精度を決めている中性子星の運動をより正確に解くため、数値相対論コードの流体解法や状態方程式の取り扱いを改良する。2030年代に動き出すと期待される第三世代重力波検出器で得られる重力波データの解析から、中性子星の半径を系統誤差なく100m程度の精度で決めることを目標に、高精度重力波波形の計算を手がける。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当初計画していた通り、一般化区分的ポリトロープを数値相対論コードに実装し、問題なく安定に動くように整備した。従来の区分的ポリトロープよりも高い収束性を示すかについてもいくつかの数値実験を行い、残念ながら今のところ精度の改善は限定的にとどまる様子であるが、さらに広く解像度を変えた計算によって慎重に比較することも検討している。一方、今年度は中性子星物質が引き起こすであろうクォーク・ハドロンクロスオーバーが連星中性子星合体にもたらす影響の研究を行なっており、その際に従来の区分的ポリトロープでは厳密には音速が不連続になっていて相転移とも捉えられてしまうという懸念があった。この問題は一般化区分的ポリトロープにより克服できるため、その準備的なシミュレーションを行なっており、科学的成果につながる見込みを得ている。今後はこちらへの応用も進めていく予定である。もう一つの計画であったHLLC法は、共同研究者が別のプロジェクトで実装を行い、流体現象の追跡において諸々の改善が見られた。これが収束性の改善や高精度の重力波計算につながるかはまだ未知の部分があるため、今後は連携して取り組んでいこうと考えている。他に、連星の合体後にブラックホールを取り囲む降着円盤ができた場合など、ブラックホール時空が摂動を受けた際に本当に準固有振動と呼ばれる重力波が放射されるのかを、解析的手法に基づいて検討した。これは準固有振動は摂動によって容易に不安定化するという議論を受けてのもので、準固有振動が確認される連星合体シミュレーションとの整合性が理論的に未解決であったが、散乱問題の手法を応用することに寄ってなんら矛盾がないことを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
一般化区分的ポリトロープを首尾よく実装し、収束性確認も科学計算への応用も進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
一般化区分的ポリトロープによる科学的計算を進めつつ、収束性をさらに確認する。HLLC法の実装およびテストも進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(13 results)
