| 研究課題/領域番号 |
23K03408
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 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
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
西澤 篤志 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90569378)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2026年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 重力波 / データ解析 / 前景放射 / インフレーション / 原始重力波 / 重力波観測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
原始重力波は宇宙初期における急速な宇宙膨張（インフレーション）により生成される重力波であり、その観測に成功すれば、インフレーション理論の直接的検証となり、初期宇宙の進化や時空の量子性に関する情報が得られる。一方、天体起源の重力波は前景放射として原始重力波を覆い隠すため、データ解析により観測データから除去する必要がある。しかし、現実的に実行可能な方法はこれまで提案されていない。本研究では、古くからある前景放射除去の問題に、近年発展が著しい非等方背景重力波のデータ解析法を応用して挑む。重力波信号の個別除去と統計的除去を最適に組み合わせることにより、前景放射除去のための標準的方法論を確立する。
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| 研究実績の概要 |
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。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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。
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| 今後の研究の推進方策 |
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。
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