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重力波データ解析とディープラーニング型ノイズ除去の融合による重力理論検証の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 19K14717
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
研究機関長岡工業高等専門学校

研究代表者

酒井 一樹  長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教 (40824298)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード重力波物理学 / ブラックホール / ノイズ除去 / ディープラーニング / 時系列データ解析 / 重力波 / ニューラルネットワーク / データ解析
研究開始時の研究の概要

本研究は重力波観測による重力理論検証における新たな可能性を見つけ出すための新しいデータ解析手法の構築に関するものである。重力波を観測することでブラックホールの運動のような光や電磁波などの観測では調べることのできない現象を調べられるのだが,振幅が小さいために観測データにおいてはノイズに埋もれてしまい,詳細な解析が難しい。その問題をディープラーニング型ノイズ除去を応用して解決することを目的としている。

研究成果の概要

重力波の直接観測が実現され,重力波観測による強くて動的な重力場における重力理論の検証が行えるようになると期待されている。観測データを解析するためにはデータに含まれるノイズの影響をいかに排除するかが課題となっている。
本研究ではディープラーニングを用いて重力波観測データに対する新しいノイズ除去方策を検討する。複数通りの方針について,実際にシミュレーションデータを用いた性能評価を行い,有効性を確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究ではディープラーニングを用いた重力波観測データに対するノイズ除去方法について検討し,その有効性を確認した。ノイズ除去が実行できれば,重力波の観測データを用いた重力理論検証の新たな方向性を生み出すことが期待される。具体的には,Hilbert-Huang変換や自己回帰モデルなどの時間領域での時系列データ解析は,周波数領域での解析手法よりもノイズの影響を大きく受けるかわりに,ブラックホールの準固有振動などのより詳細な解析ができると知られている。これらの手法をより高度に活用するために,本研究の成果が役立つと期待される。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Black hole spectroscopy for KAGRA future prospect in O52020

    • 著者名/発表者名
      Nami Uchikata, Tatsuya Narikawa, Kazuki Sakai, Hirotaka Takahashi, Hiroyuki Nakano
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Basic Study of Noise Reduction on the Analysis of Burst Gravitational Waves by Direct and Parallel Denoising Autoencoder2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Hayashi, Kazuki Sakai, Hiroyuki Hamazumi, Hirotaka Takahashi, Yuto Omae
    • 雑誌名

      ICIC Express Letters

      巻: 14 ページ: 337-345

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ニューラルネットワークによる重力波波形再構成のための最適なフィルターデザインの生成2021

    • 著者名/発表者名
      オドンチメド ソドタウィラン, 高橋弘毅, 酒井一樹
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 重力波の観測データに対するリカレントニューラルネットワークを用いたノイズ除去の検討2020

    • 著者名/発表者名
      住安宏介, 酒井一樹
    • 学会等名
      2020年電子情報通信学会総合大会 ISS学生ポスターセッション
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] L2正則化を導入した直並列型 Denoising Autoencoder を用いたバースト重力波解析におけるノイズ除去の基礎的検討2020

    • 著者名/発表者名
      林滉之, 酒井一樹, 高橋弘毅, 濱住啓之, 大前佑斗
    • 学会等名
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] リカレントニューラルネットワークを用いた重力波観測データにおけるノイズ除去の検討2019

    • 著者名/発表者名
      酒井一樹, 高橋弘毅, 大原謙一
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] KAGRAアップグレードに向けたブラックホール準固有振動解析2019

    • 著者名/発表者名
      内潟那美, 酒井一樹, 高橋弘毅, 中野寛之, 成川達也
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] A Basic Study of Noise Reduction on the Analysis of Burst Grabitational Waves by Direct and Parallel Denoising Autoencoder2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Hayashi, Kazuki Sakai, Hiroyuki Hamazumi, Hirotaka Takahashi, Yuto Omae
    • 学会等名
      14th International Conference on Innovative Computing, Information and Control
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-01-27  

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