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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Inclusive study on gravitational-wave astrophysics

Research Project

Project/Area Number 20H05639
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

横山 順一  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50212303)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) カンノン キップ  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50777886)
仏坂 健太  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50867033)
伊藤 洋介  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60443983)
茂山 俊和  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70211951)
道村 唯太  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80747006)
Project Period (FY) 2020-08-31 – 2025-03-31
Keywords重力波 / データ解析 / 独立成分解析 / ブラックホール / 連星中性子星合体 / キロノバ / 数値相対論 / インフレーション宇宙論
Outline of Annual Research Achievements

本研究計画は以下の三つの目的に関わる研究を遂行することにより、重力波宇宙物理学を包括的に推進することである。各目的ごとに本年度の研究実績を報告する。
目的Ⅰ 独立成分解析によるKAGRAデータ解析:KAGRAとGEO600検出器の共同観測O3GKのデータに基づき、独立成分解析による線形ノイズ除去と非線形ノイズ除去の双方を行い、この観測データが独立成分解析の活用に堪えることを示すとともに、ノイズの再度バンドの除去にも成功した。一般の非線形ノイズを環境信号を使って除去する方法論を開発した。また、KAGRAが第四期観測後半までに感度を向上させ、重力波初検出を果たせるよう、環境整備を調えた。
目的Ⅱ 重力波によって発見されたブラックホールの起源の解明:パルサータイミングアレイが背景重力波かもしれない信号を検出したとの報告を受け、その宇宙論的意義を検討した。その結果、原始ブラックホール説の当否を重力波によって検証する上での問題点を明らかにし、研究方針を拡大するため、原始ブラックホールの起源を与えるインフレーション宇宙論の曲率ゆらぎ生成機構の高次効果を計算する手法を開発した。その初期成果として曲率ゆらぎの非ガウス性に従来知られていなかった強い制限が課されることを発見した。
目的Ⅲ マルチメッセンジャー宇宙物理による連星中性子星合体の諸過程と重元素の起源の解明:昨年度の準備に引き続き、キロノバ 星雲期のエジェクタの物理状況(温度、電離度)とネオジム元素からの放射スペクトルの計算を行い、原子データベースNISTからラインリストを作成し、中間赤外のキロノバ 星雲期のスペクトルを計算し、GW170817のスピッツァー宇宙望遠鏡による観測結果と比較を行った。また、大質量星末期の質量放出現象のモデル化とその後の重力崩壊による爆発現象に与える影響を記述し、観測と比較できるモデルを構築した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

KAGRAの実データを用いた重力波初検出を目指す研究に関しては、新型コロナウイルス蔓延等によるKAGRA側の遅延という外的要因によって遅れている部分があるものの、本研究計画自体が行うこととしていた研究については、機動的な対応により、当初計画を大きく超える成果も挙がりつつあり、全体としては順調に進捗しているといえます。

Strategy for Future Research Activity

パルサータイミングアレイによる予想外の報告に関しては、理論研究の幅を広げることにより、当初研究計画を大きく超える成果が挙がる目処がついてきました。KAGRAの感度向上の遅れが気になるところですが、第四期観測後半のデータに独立成分解析を実装し、重力波の初検出を実現できるよう、引き続き理論研究と環境整備を行っていく所存です。合わせて、数値シミュレーション研究については導入した計算機クラスターを駆使して精力的に推進して参ります。

  • Research Products

    (28 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 13 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 11 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] プリンストン大学/カリフォルニア工科大学/ペンシルベニア州立大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      プリンストン大学/カリフォルニア工科大学/ペンシルベニア州立大学
  • [Int'l Joint Research] ヨーロッパ重力波天文台(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      ヨーロッパ重力波天文台
  • [Journal Article] Why Must Primordial Non-Gaussianity Be Very Small?2022

    • Author(s)
      Kristiano Jason、Yokoyama Jun’ichi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 128 Pages: 061301

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.128.061301

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Implication of pulsar timing array experiments on cosmological gravitational wave detection2021

    • Author(s)
      Yokoyama Jun’ichi
    • Journal Title

      AAPPS Bulletin

      Volume: 31 Pages: 17

    • DOI

      10.1007/s43673-021-00020-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Discovery of the Fastest Early Optical Emission from Overluminous SN Ia 2020hvf: A Thermonuclear Explosion within a Dense Circumstellar Environment2021

    • Author(s)
      Jiang, Ji-an; Maeda, Keiichi; Kawabata, Miho; Doi, Mamoru ;Shigeyama, Toshikazu et al
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 923 Pages: L8 --L22

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac375f

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] AT 2018lqh: Black Hole Born from a Rotating Star?2021

    • Author(s)
      Tsuna Daichi、Kashiyama Kazumi、Shigeyama Toshikazu
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 922 Pages: L34 --L40

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac3997

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An analytical density profile of dense circumstellar medium in Type II supernovae2021

    • Author(s)
      Tsuna Daichi、Takei Yuki、Kuriyama Naoto、Shigeyama Toshikazu
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 73 Pages: 1128~1136

    • DOI

      10.1093/pasj/psab063

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Necessary Condition for Supernova Fallback Invading Newborn Neutron-star Magnetosphere2021

    • Author(s)
      Zhong Yici、Kashiyama Kazumi、Shigeyama Toshikazu、Takasao Shinsuke
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 917 Pages: 71~81

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac0a74

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] All-sky search for long-duration gravitational-wave bursts in the third Advanced LIGO and Advanced Virgo run2021

    • Author(s)
      R. Abbott et al (K. Cannon, Y. Itoh, Y. Michimura, J. Yokoyamaを含む)
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 104 Pages: 102001

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.104.102001

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] All-sky search for short gravitational-wave bursts in the third Advanced LIGO and Advanced Virgo run2021

    • Author(s)
      R. Abbott et al (K. Cannon, Y. Itoh, Y. Michimura, J. Yokoyamaを含む)
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 104 Pages: 120001

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.104.122004

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multiwavelength Emission from Magnetically Arrested Disks around Isolated Black Holes2021

    • Author(s)
      Kimura Shigeo S.、Kashiyama Kazumi、Hotokezaka Kenta
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 922 Pages: L15~L15

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac35dc

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hunting wide-area optical surveys for high proper motion isolated neutron stars2021

    • Author(s)
      Toyouchi Daisuke、Hotokezaka Kenta、Takada Masahiro
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 510 Pages: 611~619

    • DOI

      10.1093/mnras/stab3428

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Radio afterglows from compact binary coalescences: prospects for next-generation telescopes2021

    • Author(s)
      Dobie Dougal、Murphy Tara、Kaplan David L、Hotokezaka Kenta、BonillaAtaides Juan Pablo、Mahony Elizabeth K、Sadler Elaine M
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 505 Pages: 2647~2661

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1468

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Continued Radio Observations of GW170817 3.5 yr Post-merger2021

    • Author(s)
      Balasubramanian Arvind、Corsi Alessandra、Mooley Kunal P.、Brightman Murray、Hallinan Gregg、Hotokezaka Kenta、Kaplan David L.、Lazzati Davide、Murphy Eric J.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 914 Pages: L20~L20

    • DOI

      10.3847/2041-8213/abfd38

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The Challenges Ahead for Multimessenger Analyses of Gravitational Waves and Kilonova: A Case Study on GW1904252021

    • Author(s)
      Raaijmakers Geert、Nissanke Samaya、Foucart Francois、Kasliwal Mansi M.、Bulla Mattia、Fernndez Rodrigo、Henkel Amelia、Hinderer Tanja、Hotokezaka Kenta、Luko K、Venumadhav Tejaswi、Antier Sarah、Coughlin Michael W.、Dietrich Tim、Edwards Thomas D. P.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 922 Pages: 269~269

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac222d

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] インフレーションと重力波2022

    • Author(s)
      横山順一
    • Organizer
      日本物理学会年次大会 シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] KAGRA観測データへの線形独立成分分析の適用2022

    • Author(s)
      小林佑一朗, 粂潤哉, 伊藤洋介, 上野昂, 横山順一, 鷲見貴生, 横澤孝章
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Invited
  • [Presentation] 独立成分解析によるKAGRAデータの非線形雑音除去2022

    • Author(s)
      粂潤哉, 小林佑一朗, 伊藤洋介, 上野昂, 横山順一, 鷲見貴生, 横澤孝章
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Invited
  • [Presentation] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAの現状2022

    • Author(s)
      伊藤洋介
    • Organizer
      日本天文学会2022年春季年会
    • Invited
  • [Presentation] Quest for the smallness of the primordial non-Gaussianity2021

    • Author(s)
      J. Yokoyama
    • Organizer
      Theoretical Physics at CQuest
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Inflationary cosmology: its quantum nature2021

    • Author(s)
      J. Yokoyama
    • Organizer
      Interntational Conference on Frontier of Physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quantum aspects of inflationary cosmology2021

    • Author(s)
      J. Yokoyama
    • Organizer
      1st international symposium on trans-scale quantum science
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Modified gravity in cosmology and gravitational wave physics2021

    • Author(s)
      J. Yokoyama
    • Organizer
      CQuest Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Jet physics and remnant properties of neutron star mergers2021

    • Author(s)
      Kenta Hotokezaka
    • Organizer
      GWPAW
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Models for the kilonova2021

    • Author(s)
      Kenta Hotokezaka
    • Organizer
      GWUniverse Inauguration Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 大質量星の大規模質量放出現象の輻射流体シミュレーション:親星外層への エネルキー注入の依存性2021

    • Author(s)
      黄 天鋭, 津名 大地, 武井 勇樹, 茂山 俊和
    • Organizer
      日本天文学会2021年秋季年会
    • Invited
  • [Remarks] 宇宙はじめの凸凹(でこぼこ)はなぜ対称に作られたか?

    • URL

      https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2022/7768/

  • [Remarks] Quantum nature makes spacetime fluctuations ...

    • URL

      https://apps.adm.s.u-tokyo.ac.jp/WEB_info/p/p/7784/RhwLtDnz/

URL: 

Published: 2022-12-28  

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