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ブラックホール・中性子星連星合体からの高精度重力波波形の計算

公募研究

研究領域重力波物理学・天文学:創世記
研究課題/領域番号 18H04595
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関京都大学 (2019)
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2018)

研究代表者

久徳 浩太郎  京都大学, 理学研究科, 准教授 (30757125)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード宇宙物理学 / 重力波 / 相対論 / ブラックホール / 中性子星 / 宇宙物理
研究実績の概要

ブラックホール・中性子星連星合体の長時間計算を複数のモデルに対して実行し、軌道10-15周の重力波波形を多数導出した。ブラックホールの質量が中性子星の3-5倍、ブラックホールの無次元化したKerrパラメータが0.5-0.75、状態方程式として3種類の2段階ポリトロープを主に用いた。これらのモデルについては昨年度までの結果を元に離心率を0.1%程度に下げ、それによる系統誤差を十分に低減している。昨年度の結果により、中性子星と同程度に軽いブラックホールでは高精度の計算が困難であることがわかったため、ブラックホールの質量をやや大きく、またスピンも大きく中性子星の潮汐破壊が期待される場合に着目した。幅広い解像度での計算を行うことで、いくつかのモデルについては数値誤差が1ラジアン以下の重力波波形を得ることができたが、同程度以上の計算機資源を費やしても連星中性子星の場合よりは全体的に精度が出にくいこともわかった。これはブラックホール付近の大きな曲率に起因するものであり、今後のさらなる高精度化には数値手法を洗練させる必要があることを示唆する。これらの結果は現在論文にまとめており、成果を公表するとともに波形を公開して関連分野の研究者に提供することを予定している。また、ブラックホールが中性子星の7-10倍と重くスピンが大きい場合の計算も進めている。このパラメータ領域は現在のLIGOやVirgoによって発見されているブラックホールの質量に対応しており、波形モデルの構築のみならず近い将来の観測と直接的に比較できる見込みもある。さらに広げたパラメータ領域も用いて、離心率低減のための半経験的公式の構築を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 6件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 6件、 招待講演 10件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] マックスプランク重力物理学研究所(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] オックスフォード大学/シェフィールド大学/レスター大学(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ストックホルム大学(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] イタリア国立天文台(イタリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ヨーロッパ南天文台/マックスプランク重力研究所(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] 紫金山天文台(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] r-process enrichment in the Galactic halo characterized by nucleosynthesis variation in the ejecta of coalescing neutron star binaries2020

    • 著者名/発表者名
      Takuji Tsujimoto, Nobuya Nishimura, Koutarou Kyutoku
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 889 号: 2 ページ: 119-119

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab655c

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On the possibility of GW190425 being a black hole--neutron star binary merger2020

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku, Sho Fujibayashi, Kota Hayashi, Kyohei Kawaguchi, Kenta Kiuchi, Masaru Shibata, Masaomi Tanaka
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 890 号: 1 ページ: 4-4

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ab6e70

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Revisiting the lower bound on tidal deformability derived by AT 2017gfo2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Masaru Shibata, Keisuke Taniguchi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 876 号: 2 ページ: L31-L31

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ab1e45

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Discrepancy in tidal deformability of GW170817 between the Advanced LIGO twin detectors2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Narikawa, Nami Uchikata, Kyohei Kawaguchi, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Masaru Shibata, Hideyuki Tagoshi
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 1 号: 3 ページ: 033055-033055

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.1.033055

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Systematic effects from black hole-neutron star waveform model uncertainties on the neutron star equation of state2019

    • 著者名/発表者名
      Chakravarti Kabir、Gupta Anuradha、Bose Sukanta、Duez Matthew D.、Caro Jesus、Brege Wyatt、Foucart Francois、Ghosh Shaon、Kyutoku Koutarou、Lackey Benjamin D.、Shibata Masaru、Hemberger Daniel A.、Kidder Lawrence E.、Pfeiffer Harald P.、Scheel Mark A.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 号: 2 ページ: 024049-024049

    • DOI

      10.1103/physrevd.99.024049

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Prospects of the local Hubble parameter measurement using gravitational waves from double neutron stars2018

    • 著者名/発表者名
      Seto Naoki , Kyutoku Koutarou
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 475 号: 3 ページ: 41334139-41334139

    • DOI

      10.1093/mnras/sty090

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Detectability of thermal neutrinos from binary neutron-star mergers and implications for neutrino physics2018

    • 著者名/発表者名
      Kyutoku Koutarou、Kashiyama Kazumi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 97 号: 10 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1103/physrevd.97.103001

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Global simulations of strongly magnetized remnant massive neutron stars formed in binary neutron star mergers2018

    • 著者名/発表者名
      Kiuchi Kenta、Kyutoku Koutarou、Sekiguchi Yuichiro、Shibata Masaru
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 97 号: 12 ページ: 124039-124039

    • DOI

      10.1103/physrevd.97.124039

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of inhomogeneity on primordial black hole formation in the matter dominated era2018

    • 著者名/発表者名
      Kokubu Takafumi、Kyutoku Koutarou、Kohri Kazunori、Harada Tomohiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 98 号: 12 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1103/physrevd.98.123024

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] How to detect the shortest period binary pulsars in the era of LISA2018

    • 著者名/発表者名
      Kyutoku Koutarou , Nishino Yuki , Seto Naoki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 483 号: 2 ページ: 26152620-26152620

    • DOI

      10.1093/mnras/sty3322

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The origin of polarization in kilonovae and the case of the gravitational-wave counterpart AT 2017gfo2018

    • 著者名/発表者名
      Bulla M. , Covino S. , Kyutoku K. , Tanaka M. , Maund J. R. , Patat F. , Toma K. , Wiersema K. , Bruten J. , Jin Z. P. , et al.
    • 雑誌名

      Nature Astronomy

      巻: 3 号: 1 ページ: 99106-99106

    • DOI

      10.1038/s41550-018-0593-y

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 多粒子観測から原子核物理へ: ブラックホール・中性子星連星を例に2019

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      原子核物理でつむぐrプロセス
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Measuring tidal deformability of neutron stars with numerical relativity2019

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku
    • 学会等名
      Workshopt to bring together experts on High Energy Astrophysics from Japan and Israel
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gravitational-wave and multi-messenger astronomy2019

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku
    • 学会等名
      Strings and Fields 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] AT 2017gfoによる潮汐変形率への下限の再検討2019

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Tidal disruption in black hole--neutron star binaries2019

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku
    • 学会等名
      Tidal Disruption Events: General Relativistic Transients
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マルチメッセンジャー天体物理の理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 中性子星連星のマルチメッセンジャー天文学2019

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multi-messenger from compact binary mergers2019

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku
    • 学会等名
      The 10th International Workshop on Very High Energy Particle Astronomy in 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] コンパクト連星合体からの質量放出2019

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      核データと重元素合成を中心とする宇宙核物理研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] LISAを用いた最短周期連星パルサーの検出法2019

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] What did we learn about neutron-star properties from AT 2017gfo?2019

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku
    • 学会等名
      Nucleosynthesis and electromagnetic counterparts to neutron star mergers: Preparation for the new discovery
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Electromagnetic counterparts to black hole-neutron star mergers after GW1708172018

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      Jet and Shock Breakouts in Cosmic Transients
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Computation of high-accuracy gravitational waveforms from black hole-neutron star binary mergers2018

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      新学術領域「重力波物理学・天文学創世記」B班ワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] GW170817の再解析2018

    • 著者名/発表者名
      久徳浩太郎
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理学研究会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Numerical-relativity simulations of binary-neutron-star mergeres and GW1708172018

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku
    • 学会等名
      The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gravitational waves from binary neutron stars2018

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku
    • 学会等名
      Hadron structure and interaction in dense matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 重力波の源2018

    • 著者名/発表者名
      柴田 大、久徳 浩太郎
    • 総ページ数
      224
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254138016
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 中性子星合体からの光の偏りが起こる新しいメカニズムを提唱

    • URL

      https://www2.kek.jp/ipns/ja/post/2018/11/polar_knovae/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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