2017 Fiscal Year Research-status Report
適応データ解析による重力波探査システムの開発とデータ解析ライブラリの整備
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15K05071
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
大原 謙一 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00183765)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 重力波 / データ解析 / 準固有振動 / 超新星 / プログラムライブラリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Hilbert-Huang Transform (HHT) を用いた重力波データ解析については，連星ブラックホールの合体や超新星爆発からの重力波の解析など，および，HHT解析と機械学習を組み合わせて重力波探査を行う新しい手法の開発を行った。
連星ブラックホール合体については，数値シミュレーションデータやAdvanced LIGOによって実際に観測された重力波GW150914の実データを用いて，合体したブラックホールの準固有振動（QNM）をHHT解析によりどの程度取り出せるか，特にQNMが優勢になり始める時刻，QNMの中心振動数と減衰時間についての解析を中心に行った。その結果，ノイズがない場合は，シミュレーションのパラメータと1%以内の精度で一致する値を再現できることを示した。いっぽう，GW150914についても，LIGOチームが別の解析方法で与えた合体ブラックホールのパラメータの値と誤差の範囲で一致するが少し違う値を与えることを明らかにした。いずれも一般相対論の予言とは矛盾することはないので，どちらがより正しい値なのかについては，この1例だけでは判別は困難である。
超新星爆発からの重力波については，HHTを用いて，放射される重力波の時間-周波数解析を行い，超新星爆発のメカニズムと中性子星物質の状態方程式との関連で注目されているStanding Accretion Shock Instabilityの出現するかどうかを精度良く解析できることを示した。
重力波の予測波形テンプレートを用いない重力波探査として，HHTと機械学習を用いた新たの手法開発の提案を行った。ここでは，観測データがノイズだけの場合と重力波信号を含む場合は異常検知の観点から区別することができる可能性を示した。
プログラムライブラリーKAGALIの開発については，ユーザー向けのマニュアル整備などを中心に行った。
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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
ブラックホールの準固有振動の解析では，HHTの有用性を示すことができた。定量的な解析方法とノイズに対する耐性強化の方法にはもう少し改善の余地があるが，今後観測データの蓄積が進むと，有力な手法となると考えられる。超新星爆発からの重力波についても，他の手法と比較して，精度良い時間-周波数解析が可能であることを示すことができた。これにつても，定量的な判定方法の開発を行うことにより，超新星からの重力波について，実際に観測が成功した際には重要な解析手法となる。HHTと機械学習との組み合わせは，本年度の研究を進める上で着想した新たな手法であり，今後の進展が期待できる。
KAGALIの開発は，上記の解析に関する研究を優先したため，当初の予定以上の進展はないが，現ユーザーの意見，要望を取り入れながら，より広く一般ユーザーへの公開に向けてのライブラリー整備は着実に進めているところである。
なお，研究成果発表のために予定していた国際会議について，大学の業務と重なったり，会議主催者の都合で中止になったりしたため，参加できないものがあった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の期間延長が認められたため，次年度は，これまでの研究をさらに進めて，国際会議などでの研究成果の発表を行う予定である。さらに，これから進められようとしている日本と欧米との重力波共同観測に向けて，日本独自のデータ解析手法を共同で観測されたデータへ適用するために，KAGALIのさらなる充実を行うとともに，本研究課題と密接に関連する研究のさらなる進展を目指して，海外研究者との積極的な情報交換を行っていく。
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| Causes of Carryover |
台湾で開催された国際会議に参加する予定であったが，大学業務と重なったため参加できなかった。また，参加予定であった香港での国際会議が主催者の都合で中止となった。重力波データ解析の計算精度とソフトウェアライブラリの完成度をさらに向上させ，さらに，その成果を用いて日米欧の重力波共同観測に貢献するため，国際研究集会に参加する予定である。
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[Presentation] 超新星爆発重力波のHilbert Huang解析2018
Author(s)
渡邊幸伸, 横澤孝章, 黒田仰生, 高橋弘毅, 端山和大, 神田展行, 固武慶, 大原謙一, 酒井一樹, 坂井佑輔, 滝脇知也, 若松剛司
Organizer
第73回日本物理学会年次大会
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