重力波を用いた重力理論の精密な検証

• 研究課題/領域番号: 10J02592
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(理論)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西澤 篤志 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2011年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2010年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 重力波 / 修正重力理論 / ダークエネルギー / 重力理論の検証

研究概要

(1)修正重力理論の重力波伝播への影響
連星系からの重力波は宇宙大規模構造中を伝播する際に弱い重力レンズ効果により増光・減光を受ける。従来、この重力レンズ効果は観測における系統的雑音として考えられていたが、その大きさは宇宙大規模構造の成長具合に関する情報をもたらすので、宇宙膨張や修正重力理論での重力の強さを測るのに役立つ。我々はまず、重力波の受ける重力レンズ効果が宇宙論パラメータにどう依存するかを調べた。そして、複数の連星からの重力波を観測することにより将来の銀河サーベイ等を上回る精度で宇宙論パラメータ(物質パワースペクトル)を決定出来ることを示した。また、パラメータ化した修正重力理論のトイモデルでも非常に良い精度で宇宙論的距離での重力の強さを測定出来ることを示した。
(2)連星系からの重力波の偏極モードによる重力理論の検証
重力理論を修正すると一般的に重力の自由度が増えるので、重力波の偏極モードの数も一般相対性理論と比べて増える。この余分な偏極モードの有無を観測的に調べることによりモデルに依存しない重力理論の検証が出来る。前年度までの研究において背景重力波の観測による重力波偏極モード探査について調べたが、本年度は連星系や超新星爆発等からの重力波に対しても適用可能な偏極モード探査法を構築し、現実的な検出器雑音を取り入れた数値シミュレーションによってその解析方法の有効性を示した。
(3)初期宇宙における重力理論の検証
前年度までの研究では、f(R)重力という修正重力理論について調べ、インフレーションと現在の宇宙加速膨張の両方を統一的に説明出来るモデルを構築出来ることを確認した。本年度は重力波観測からそのようなモデルに対して観測的制限を与えることを試みた。まず、インフレーション時期に生成される背景重力波スペクトルを計算した。そのスペクトルの周波数依存性からビッグバン元素合成からの観測的制限が最も厳しいことが分かり、上記モデルの典型的なパラメータ領域は既に観測的に棄却されているという結果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Search for gravitational waves from binary black hole inspiral, merger, and ringdown in LIGO-Virgo data from 2009-2010 (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Aasi, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 87 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevd.87.022002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Einstein＠Home all-sky search for periodic gravitational waves in LIGO S5 data (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Aasi, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 87 号: 4 ページ: 042001-129
  • DOI: 10.1103/physrevd.87.042001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Positive Acceleration of the Universe and Testing Inhomogeneous Models under Gravitational Wave Cosmology (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yagi, A. Nishizawa, C. -M. Yoo
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 04(2012) 号: 04 ページ: 31-31
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2012/04/031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Weak-value amplification in a shot-noise-limited interferometer (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Nishizawa, K. Nakamura, M. -K. Fujimoto
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 85 号: 6
  • DOI: 10.1103/physreva.85.062108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reheating after f(R) inflation (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Motohashi, A. Nishizawa
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 86 号: 8 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1103/physrevd.86.083514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for gravitational waves from low mass compact binary coalescence in LIGO's Sixth science run and Virgo's science runs 2 and 3 (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Abadie, et al.(LIGO Scietific Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 85 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.082002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for gravitational waves from intermediate mass binary black holes (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Abadie, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 85 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.102004
  • 査読あり
• [雑誌論文] First low-latency LIGO+Virgo search for binary inspirals and their electromagnetic counterparts (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Abadie, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 541 ページ: A155-A155
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201218860
  • 査読あり
• [雑誌論文] All-sky search for gravitational-wave bursts in the second joint LIGO-Virgo run (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Abadie, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 85 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.122007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Upper limits on a stochastic gravitational-wave background using LIGO and Virgo interferometers at 600-1000Hz (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Abadie, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 85 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.122001
  • 査読あり
• [雑誌論文] The characterization of Virgo data and its impact on gravitational-wave searches (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Aasi, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 29
  • 査読あり
• [雑誌論文] IMPLICATIONS FOR THE ORIGIN OF GRB 051103 FROM LIGOOBSERVATIONS (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Abadie, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 755 号: 1 ページ: 2-2
  • DOI: 10.1088/0004-637x/755/1/2
  • 査読あり
• [雑誌論文] SEARCH FOR GRAVITATIONAL WAVES ASSOCIATED WITH GAMMA-RAY BURSTS DURING LIGO SCIENCE RUN 6 AND VIRGO SCIENCE RUNS 2 AND 3 (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Abadie, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 760 号: 1 ページ: 12-118
  • DOI: 10.1088/0004-637x/760/1/12
  • 査読あり
• [雑誌論文] SWIFT FOLLOW-UP OBSERVATIONS OF CANDIDATE GRAVITATIONAL-WAVE TRANSIENT EVENTS (2012)
  • 著者名/発表者名: P. A. Evans, et al.(LIGO Scientific Collaboration)
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 203 号: 2 ページ: 28-28
  • DOI: 10.1088/0067-0049/203/2/28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of weak measurements to all orders (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Nakamura, A.Nishizawa, M.-K.Fujimoto
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 85 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.85.012113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Positive Acceleration of the Universe and Testing Inhomogeneous Models under Gravitational Wave Cosmology (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Yagi, A.Nishizawa, C.-M.Yoo
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: (未定)(掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] All-sky search for periodic gravitational waves in the full S5 LIGO data (2012)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al., LIGO Scientific Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 85 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.022001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Beating the spin-down limit on gravitational wave emission from the Vela pulsar (2012)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al., LIGO Scientific Collaboration
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 737 号: 2 ページ: 93-109
  • DOI: 10.1088/0004-637x/737/2/93
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cosmology with space-based gravitational-wave detectors---dark energy and primordial gravitational waves--- (2011)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nishizawa, Kent Yagi, el al
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 85 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.044047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tracing the redshift evolution of Hubble parameter with gravitational-wave standard sirens (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, A.Taruya, S.Saito
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 83 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevd.83.084045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Japanese space gravitational wave antenna : DECIGO (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kawamura, et al
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 28 号: 9 ページ: 94011-94011
  • DOI: 10.1088/0264-9381/28/9/094011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Directional Limits on Persistent Gravitational Waves Using LIGO S5 Science Data (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al., LIGO Scientific Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 107 号: 27
  • DOI: 10.1103/physrevlett.107.271102
  • 査読あり
• [雑誌論文] A gravitational wave observatory operating beyond the quantum shot-noise limit (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al., LIGO Scientific Collaboration
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 7 号: 12 ページ: 962-965
  • DOI: 10.1038/nphys2083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for gravitational waves from binary black hole inspiral, merger and ringdown (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al., LIGO Scientific Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 83 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevd.83.122005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for gravitational wave bursts from six magnetars (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al., LIGO Scientific Collaboration
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 734 号: 2 ページ: L35-L35
  • DOI: 10.1088/2041-8205/734/2/l35
  • 査読あり
• [雑誌論文] A search for gravitational waves associated with the August 2006 timing glitch of the Vela pulsar (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al. (LIGO Scientific collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cosmological test of gravity with polarizations of stochastic gravitational waves around 0.1-1 Hz (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, A.Taruya, S.Kawamura
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 81
  • 査読あり
• [雑誌論文] DECIGO and DECIGO pathfinder (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaki Ando, et al. (DECIGO collaboration)
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 27
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for gravitational-wave inspiral signals associated with short gamma-ray bursts during LIGO's fifth and VIRGO'S first science run (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al. (LIGO Scientific collaboration)
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 715 ページ: 1453-1461
  • 査読あり
• [雑誌論文] All-sky search for gravitational-wave bursts in the first joint LIGO-GEO-Virgo run (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al. (LIGO Scientific collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for gravitational-wave bursts associated with gamma-ray bursts using data from LIGO science run 5 and VIRGO science run 1 (2010)
  • 著者名/発表者名: B.P.Abbott, et al. (LIGO Scientific collaboration)
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 715 ページ: 1438-1452
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predictions for the rates of compact binary coalescences observable by ground-based gravitational-wave detectors (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al. (LIGO Scientific collaboration)
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 27
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calibration of the LIGO gravitational wave detectors in the fifth science run (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al. (LIGO Scientific collaboration)
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 624 ページ: 223-240
  • 査読あり
• [雑誌論文] First search for gravitational waves from the youngest known neutron star (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al. (LIGO Scientific collaboration)
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 722 ページ: 1504-1513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for Gravitational Waves from Compact Binary Coalescence in LIGO and Virgo Data from S5 and VSR1 (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Abadie, et al. (LIGO Scientific collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 82
  • 査読あり
• [学会発表] Measuring cosmological inhomogeneities with gravitational waves (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Nishizawa
  • 学会等名: 11th DECIGO workshop
  • 発表場所: 京都大学(京都市)
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 弱値の増幅の精密位相測定への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西澤篤志、中村康二、藤本眞克
  • 学会等名: 日本物理学会春季大会
  • 発表場所: 関西学院大学、西宮、兵庫
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Weak measurement for gravitational wave detectors (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, K.Nakamura, M.-K Fujimoto
  • 学会等名: KAGRA f2f meeting
  • 発表場所: ICRR,東京大学、柏、千葉(招待講演)
  • 年月日: 2012-02-02
• [学会発表] Measuring cosmological inhomogeneities with GW standard sirens (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Nishizawa, S. Camera
  • 学会等名: GWPAW 2012
  • 発表場所: Hannover, Germany
• [学会発表] Reheating after f(R) inflation and observational constraints (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Nishizawa, H. Motohashi
  • 学会等名: 13th Marcel-Grossmann meeting
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
• [学会発表] f(R)重力理論における再加熱と背景重力波 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西澤篤志, 本橋隼人
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都市)
• [学会発表] Probing for massive GW background with a ground-based detector network (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Nishizawa, K. Hayama
  • 学会等名: JGRG 22
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス(東京都)
• [学会発表] Probing for massive GW background with a ground-based detector network (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Nishizawa, K. Hayama
  • 学会等名: Nishinomiya Yukawa Symposium
  • 発表場所: 京都大学(京都市)
• [学会発表] Weak-value amplification and quantum noise (2011)
  • 著者名/発表者名: 西澤篤志、中村康二、藤本眞克
  • 学会等名: 第25回量子技術検討会
  • 発表場所: 大阪大学、豊中、大阪
  • 年月日: 2011-11-21
• [学会発表] 弱い量子測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西澤篤志
  • 学会等名: 第10回DECIGOワークショップ
  • 発表場所: 京都大学、京都、京都(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-19
• [学会発表] スペース重力波アンテナDECIGO計画(34):サイエンス1 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西澤篤志、八木絢外、樽家篤史、田中貴浩
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 弘前大学、弘前、青森
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Application of weak measurement to gravitational wave detection (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, K.Yagi, A.Taruya, T.Tanaka
  • 学会等名: KIAS Workshop on Gravity and Quantum information
  • 発表場所: KIAS, Seoul, Korea(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-29
• [学会発表] Gravitational-wave standard siren without redshift information (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, K.Yagi, A.Taruya, T.Tanaka
  • 学会等名: Amaldi9
  • 発表場所: Cardiff University, Cardiff, UK(ポスター発表)
• [学会発表] Gravitational-wave standard siren without redshift information (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, K.Yagi, A.Taruya, T.Tanaka
  • 学会等名: RESCEU summer school
  • 発表場所: 阿蘇、熊本(ポスター発表)
• [学会発表] DECIGOによる重力波位相を用いた宇宙膨張測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西澤篤志, 八木絢外, 田中貴浩, 樽家篤史, 斎藤俊
  • 学会等名: 日本物理学会春季大会
  • 発表場所: 新潟大学(震災のためWeb上発表)
• [学会発表] Direct measurement of Hubble parameter with gravitational waves (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, A.Taruya, S.Saito
  • 学会等名: GR19
  • 発表場所: Mexico city, Mexico
  • 年月日: 2010-07-07
• [学会発表] 重力波とダークエネルギー (2010)
  • 著者名/発表者名: 西澤篤志
  • 学会等名: 第8回DECIGOワークショップ
  • 発表場所: 東京大学(本郷)(招待講演)
  • 年月日: 2010-06-14
• [学会発表] 連星系からの重力波によるハッブルパラメータの測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西澤篤志, 樽家篤史, 斎藤俊
  • 学会等名: 第23回理論懇シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学(ポスター発表)
• [学会発表] Cosmological test of gravity with polarizations of stochastic gravitational waves (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, A.Taruya, K.Hayama, S.Kawamura
  • 学会等名: Yukawa International Seminar 2010
  • 発表場所: 京都大学(ポスター)
• [学会発表] Direct measurement of Hubble parameter with gravitational waves (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Nishizawa, A.Taruya, S.Saito
  • 学会等名: COSMO/CosPA
  • 発表場所: 東京大学(本郷)(ポスター発表)