宇宙重力波干渉計によるミリヘルツ帯での背景重力波相関解析に対する理論的研究

• Project/Area Number: 23K03385
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 瀬戸 直樹 京都大学, 理学研究科, 助教 (80462191)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 重力波

Outline of Research at the Start

本計画ではLISA を含めた宇宙干渉計ネットワークによるmHz 帯での重力波相関解析を多面的に研究する。主なターゲットは初期宇宙起源の背景重力波および銀河内連星の作る前景重力波放射である。以下の2つの目標を設定して研究を推進していく。
1) 　重力波に対する検出器応答に立ち返り、相関解析による背景(前景) 重力波観測を幾何学的視点から分析して、系の対称性が果たす役割を明らかにする。
2) 観測指標の高精度計測を実現するため、干渉計ネットワークの最適な形状を探り、効率的なデータ解析法を開拓する。

Outline of Annual Research Achievements

2030年代には、欧米のLISA、中国のTaiji、TianQinなどの宇宙レーザー干渉計がミリヘルツ帯で重力波を捉えることが期待される。これらの検出器が連携することで、科学的に重要な利点がもたらされる可能性がある。このネットワーク観測の基本的な側面を探究するのが、本研究計画の基本的な方向性の一つである。今年度は、LISA-Taijiネットワークを活用した効率的な背景重力波の計測法に焦点を当てた。特に、パリティ成分の分離において、ネットワークの幾何学的対称性が重要である。検出器間の相対的な傾きや距離の最適な設定を、信号対雑音比（SN比）を計算して評価した。

さらに、宇宙レーザー干渉計ネットワークに関するこれまでの研究全般をまとめたレビュー論文を共同で執筆した。この作業は、2030年代に向けた重力波ネットワーク観測の道筋をより明確にするものであり、本研究計画を俯瞰的に進めていく上で基礎となる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

共同研究者の移動に伴い、LISA-Taijiの論文執筆が当初の予定よりもやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、可変パラメーターに対する宇宙干渉計ネットワークの応答を調査する。

Research Products

• [Journal Article] Measuring the maximally allowed polarization states of the isotropic stochastic gravitational wave background with the ground-based detectors (2023)
  • Author(s): Omiya Hidetoshi、Seto Naoki
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 107 Issue: 12 Pages: 124027-124027
  • DOI: 10.1103/physrevd.107.124027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On networks of space-based gravitational-wave detectors (2023)
  • Author(s): Cai Rong-Gen、Guo Zong-Kuan、Hu Bin、Liu Chang、Lu Youjun、Ni Wei-Tou、Ruan Wen-Hong、Seto Naoki、Wang Gang、Wu Yue-Liang
  • Journal Title: Fundamental Research Volume: 1 Issue: 5 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1016/j.fmre.2023.10.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tracking the long-term GW phase evolution for HM Cancri-like binaries with LISA (2023)
  • Author(s): Seto Naoki
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 108 Issue: 2 Pages: 023019-023019
  • DOI: 10.1103/physrevd.108.023019
  • Peer Reviewed
• [Presentation] スペース重力波アンテナDECIGO計画(176)：DECIGOのサイエンス (2024)
  • Author(s): 瀬戸直樹 他
  • Organizer: 日本物理学会