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2023 Fiscal Year Research-status Report

原始重力波観測へ向けた前景放射除去のための統計データ解析法の開発

Research Project

Project/Area Number 23K03408
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

西澤 篤志  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90569378)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2027-03-31
Keywords重力波 / データ解析 / 前景放射 / インフレーション
Outline of Annual Research Achievements

本研究計画の初年度は多数のコンパクト連星からの重力波が作る、前景放射の統計的性質について調べた。そのためにまず、これまでの重力波観測から分かっている現実的な連星合体率や連星までの距離分布、ブラックホールや中性子星の質量分布を考慮し、比較的計算が軽い、周波数領域において重力波信号を生成し、擬似観測データを生成した。この擬似観測データの統計的性質を調べることで、個別に除去可能な振幅の大きな信号と振幅が小さく個別には検出できない信号の混合比を見積もった。その結果、連星の個数 (ポワソン) ゆらぎ、すなわち、背景重力はの振幅ゆらぎが想定していたよりも大きいことが分かった。これはつまり、背景重力波の非等方性も想定よりも大きいことを意味する。本研究計画では、1年目に信号雑音比の大きな重力波信号の個別除去に焦点を当て研究を行い、2年目に非等方背景重力波としての統計的除去を行うことにしていたが、非等方背景重力波の除去が重要と考え、2年目の計画を先に行うことにした。非等方背景重力波を統計的除去に除去するためには背景重力波の非等方性を正確に見積もる必要がある。そこで、観測データの解析による非等方性の観測精度を推定するために、Fisher 行列による解析コードを開発し、非等方背景重力波の全天マップの多重極成分の測定誤差を見積もることが可能となった。これにより、実際の観測データに対して非等方背景重力波の除去を行った際の残留雑音を推定できるようになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は多数のコンパクト連星からの重力波が作る前景放射の統計的性質について調べ、目標通り、個別に除去可能な振幅の大きな信号と振幅が小さく個別には検出できない信号の混合比やそれらの統計ゆらぎに関する成果を得ることができた。ここで得られた情報を元にして、1年目と2年目の研究計画を逆順に行うことにしたが、当初2年目として計画していた、非等方背景重力波の観測精度を見積もるための Fisher 行列による解析コードについてはおよそ開発が完了し、非等方背景重力波の全天マップの多重極成分の測定誤差を見積もることが可能となった。

Strategy for Future Research Activity

当初1年目として計画していた、信号雑音比の大きな重力波信号の個別除去に焦点を当て研究を2年目に行う。まず、必要な波形モデルの検討を行う。最も単純な波形モデル (円軌道、スピン歳差なし、周辺物質なし) をベースとして、より複雑な要素(連星の離心率、スピン歳差、多重極高次モードの寄与、環境効果 (降着円盤、暗黒物質ハロー、3体問題) ) がパラメータ推定誤差に与える影響について、個々の連星に対してフィッシャー情報量行列を用いた定量的な見積りを行う。以上の結果に計算コストの現実的な制約条件も考慮して差し引ける重力波信号の信号雑音比の下限を求める。一方で、非等方背景重力波の統計的除去に関しては、擬似観測データを生成し、より現実的なセットアップにおいて測定誤差の見積もりを行う。

Causes of Carryover

学内業務のために予定していた海外出張に行けなかったため。研究計画をより効率的に遂行するため、関係する研究を行っている海外の研究グループを訪問し、議論を行う。

  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] パドヴァ大学/ピサ大学(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      パドヴァ大学/ピサ大学
  • [Journal Article] Circular Polarization of the Astrophysical Gravitational Wave Background2023

    • Author(s)
      Valbusa Dall’Armi L.、Nishizawa A.、Ricciardone A.、Matarrese S.
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 131 Pages: 041401

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.131.041401

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] First results of axion dark matter search with DANCE2023

    • Author(s)
      Oshima Yuka、Fujimoto Hiroki、Kume Jun’ya、Morisaki Soichiro、Nagano Koji、Fujita Tomohiro、Obata Ippei、Nishizawa Atsushi、Michimura Yuta、Ando Masaki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Pages: 072005

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.072005

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Observational constraints on axion dark matter from GW propagation2024

    • Author(s)
      A. Nishizawa
    • Organizer
      YITP long-term workshop: Gravity and Cosmology 2024
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 背景重力波探索によるアクシオン暗黒物質への観測的制限2024

    • Author(s)
      西澤篤志, Lorenzo Valbusa Dall'Armi, 筒井拓也
    • Organizer
      日本物理学会 2024 年春季大会
  • [Presentation] When should we follow-up binary black-hole mergers?2023

    • Author(s)
      A. Nishizawa
    • Organizer
      Transformative Research Areas (A): The creation of multi-messenger astrophysics, The first Annual Area Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stochastic gravitational wave background from axion dark matter2023

    • Author(s)
      A. Nishizawa
    • Organizer
      One-day workshop: “Search for new particles using gravitational waves (SNPGW)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Circular Polarizations of the Astrophysical Gravitational Wave Background2023

    • Author(s)
      A. Nishizawa
    • Organizer
      Black Hole and Gravitational Waves: from modified theories of gravity to data analyses
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observational constraint on axion dark matter with gravitational waves2023

    • Author(s)
      A. Nishizawa
    • Organizer
      Kickoff workshop: “Search for new particles using gravitational waves (SNPGW)”
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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