非ガウスノイズを取り入れた重力波データ解析方法の研究

• Project Area: New development in astrophysics through multimessenger observations of gravitational wave sources
• Project/Area Number: 25103504
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 横山 順一 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50212303)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2014: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2013: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 重力波 / データ解析 / 非ガウス分布 / ノイズ / 非ガウス性 / 尤度解析 / マッチトフィルター / 独立成分解析 / エッジワース展開

Outline of Annual Research Achievements

2015年度の前半は、それに先立つ3月に発表されたBICEP2による原始重力波の発見報告に翻弄され、その対応に追われたため、本研究計画のような長期的な視野に立った基礎研究はなかなか進めることができなかった。しかしながら、この結果はダストによる混淆が主因であることが判明した後は、落ち着きを取り戻し、本来の研究に取り組み、成果を挙げることができた。
まずは前年度から取り組んできた非ガウスノイズの存在下での尤度関数の定式化を進め、重力波信号の弱い、現実的な場合について局所的最善統計量(locally optimal statistic)をさまざまな非ガウスノイズの場合について定式化した。具体的には、非ガウス性が弱い場合にはガウス分布の周りのEdgeworth展開、強い場合には新しく開発したGaussian Mapping法によって局所的最善統計量を与えた。その結果をStudentのt-分布に適用したところ、非ガウス性が弱い場合は双方とも、強い場合は後者のみが真の分布とよく一致することを見いだした。この結果は日本学術会議の英文誌に招待論文として掲載された。
さらに、非ガウス性を活用してノイズと信号を分離する方法となり得る独立成分分析の研究を進め、異なるノイズの非線型相関によってノイズの周波数変調が起こる場合の定式化まで成功した。独立成分分析はこれまで線型変換の場合に限って定式化されていたので、これは現実的応用への重要な一歩となった。
以上の結果を現実的なデータ解析に応用することが、次の課題であったが、LIGOの公開データからはノイズの環境信号が得られなかったため、本学のTOBA実験のデータを用いるべく、80TBのストレージを導入した。しかし、実験の進捗が遅れたため、データが得られたのが3月にずれ込んだ。現在鋭意解析を開始しているところである。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Prospects of determination of reheating temperature after inflation by DECIGO (2015)
  • Author(s): Kuroyanagi Sachiko, Nakayama Kazunori and Yokoyama Jun'ichi
  • Journal Title: PTEP Volume: 2015 Issue: 1 Pages: 13E02-0
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu176
  • Peer Reviewed / Open Access / 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] Toward the detection of gravitational waves under non-Gaussian noises I. Locally optimal statistic (2014)
  • Author(s): Yokoyama Jun'ichi
  • Journal Title: Proceedings of the Japan Academy, Series B Volume: 90 Issue: 10 Pages: 422-432
  • DOI: 10.2183/pjab.90.422
  • NAID: 130004704860
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • Peer Reviewed / Open Access / 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
• [Journal Article] New Probe of Dark-Matter Properties: Gravitational Waves from an Intermediate-Mass Black Hole Embedded in a Dark-Matter Minispike (2013)
  • Author(s): K. Eda, Y. Itoh, S. Kuroyanagi and J. Silk
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 110 Issue: 22 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.221101
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Gravitational Waves: Near Future, Far Future (2014)
  • Author(s): Yokoyama Jun'ichi
  • Organizer: CosPA2014
  • Place of Presentation: オークランド大学
  • Year and Date: 2014-12-11
  • Invited
• [Presentation] Independent Component Analysis of Gravitational Waves (2014)
  • Author(s): Yokoyama Jun'ichi
  • Organizer: CosPA2014
  • Place of Presentation: オークランド大学
  • Year and Date: 2014-12-09 – 2014-12-12
• [Presentation] 初期宇宙と重力波 (2014)
  • Author(s): 横山順一
  • Organizer: DECIGO検討会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2014-10-26
• [Presentation] 原始重力波直接検出への期待 (2014)
  • Author(s): 横山順一
  • Organizer: 日本物理学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 佐賀大学
  • Year and Date: 2014-09-19
  • Invited
• [Presentation] Toward GW detection under non-Gaussian noises
  • Author(s): 横山順一
  • Organizer: 重力波データ解析ブートキャンプ
  • Place of Presentation: 大阪府 大阪市立大学 梅田サテライト
• [Presentation] Confronting non-Gaussian statistics in gravitational wave data analysis
  • Author(s): 横山順一
  • Organizer: 新学術領域重力波天体シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都 東京工業大学
• [Remarks] 横山順一教授が井上学術賞を受賞
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/info/3726/