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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Testing alternative theories of gravity in strong gravitational field by searching for gravitational-wave polarization from compact binary coalescences

Research Project

Project/Area Number 22KJ1650
Allocation TypeMulti-year Fund
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

武田 紘樹  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Keywords重力波 / 宇宙物理学 / 重力 / 一般相対性理論 / 修正重力理論 / 重力理論検証 / 偏極モード / コンパクト連星合体
Outline of Annual Research Achievements

本年度はまず、太陽系内の実験の影響を考慮に入れつつ、コンパクト連星の合体から発生する重力波のスカラーモードの検出可能性について議論した。まず、インスパイラル重力波の観測された位相進化から、生成時のスカラーモードによって運ばれるエネルギーはテンソルモードのそれと同程度であると主張した。次に、重力波の一般的な伝播を定式化し、伝播中のエネルギーフラックスは背景が伝播する波の波長に比べてゆっくり変化する限り、ほとんど変わらないことを指摘した。最終的に、地上の重力波望遠鏡によって検出されるスカラー偏極モードの可能な振幅は、すでに太陽系内の重力実験によって厳しく制約されていることを示した。本年度はさらに、スカラー場がリッチスカラーと結合する非最小結合理論に焦点を当てた。この理論によると、中性子星は重力を介した物質との相互作用を通じてスカラー電荷を持つことができる。よって、中性子星とブラックホールからなる連星系から放出される重力波の観測を、中性子星のスカラー電荷の制限に用いることができる。さらに、非最小結合スカラーテンソル理論は二つのテンソル偏極に加えてスカラーモードを生成する。GW200115データを使用して、中性子星のスカラー電荷および非最小結合強度に対する観測制約を与えた。先行研究とは異なり、テンソルとスカラー偏極の混合の波形を利用した。スカラーモードを考慮に入れることで、スカラー電荷はテンソル重力波だけの分析に比べてさらに厳しく制約されることを示した。また、ブランス・ディッケ重力や自発的スカラー化シナリオを含む非最小結合理論で、各理論のモデルパラメータに新たな制限を設けた。本解析は、先行研究における混合偏極モード探査の一般化になっており、研究期間全体を通してコンパクト連星合体からの重力波の偏極モード探査による強重力場検証の一般的な枠組みを構築し実証することができた。

  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 8 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] A Joint Fermi-GBM and Swift-BAT Analysis of Gravitational-wave Candidates from the Third Gravitational-wave Observing Run2024

    • Author(s)
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 964 Pages: 149~149

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad1eed

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Scalar polarization window in gravitational-wave signals2023

    • Author(s)
      Takeda Hiroki、Manita Yusuke、Omiya Hidetoshi、Tanaka Takahiro
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2023 Pages: 073E01

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad082

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Overview of KAGRA : Data transfer and management2023

    • Author(s)
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2023 Pages: 10A102

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad112

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Open Data from the Third Observing Run of LIGO, Virgo, KAGRA, and GEO2023

    • Author(s)
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboratio
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Supplement Series

      Volume: 267 Pages: 29~29

    • DOI

      10.3847/1538-4365/acdc9f

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Constraints on the Cosmic Expansion History from GWTC?32023

    • Author(s)
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 949 Pages: 76~76

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac74bb

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the Second Part of the Third Observing Run2023

    • Author(s)
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • Journal Title

      Physical Review X

      Volume: 13 Pages: 041039

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.13.041039

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Search for subsolar-mass black hole binaries in the second part of Advanced LIGO’s and Advanced Virgo’s third observing run2023

    • Author(s)
      The LVK Collaboration
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 524 Pages: 5984~5992

    • DOI

      10.1093/mnras/stad588

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Noise subtraction from KAGRA O3GK data using Independent Component Analysis2023

    • Author(s)
      LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration
    • Journal Title

      Classical and Quantum Gravity

      Volume: 40 Pages: 085015~085015

    • DOI

      10.1088/1361-6382/acc0cb

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gravitational-wave constraints on scalar-tensor gravity from a black-hole and neutron star binary2023

    • Author(s)
      Hiroki Takeda, Shinji Tsujikawa, and Atsushi Nishizawa
    • Organizer
      The 28th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan; JGRG32
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Scalar polarization window in gravitational-wave signals2023

    • Author(s)
      Hiroki Takeda, Yusuke Manita, Hidetoshi Omiya and Takahiro Tanaka,
    • Organizer
      15th Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gravitational-wave constraints on scalar-tensor gravity from a black-hole and neutron star binary2023

    • Author(s)
      Hiroki Takeda, Shinji Tsujikawa, and Atsushi Nishizawa
    • Organizer
      Search for new particles using gravitational waves
  • [Presentation] Scalar polarization window in gravitational-wave signals2023

    • Author(s)
      Hiroki Takeda, Yusuke Manita, Hidetoshi Omiya and Takahiro Tanaka,
    • Organizer
      Search for new particles using gravitational waves
  • [Remarks] Hiroki Takeda (home page)

    • URL

      https://hiroki-takeda.github.io/index.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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