• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

重力波レーザー干渉計を用いた軽いダークマターの検証

公募研究

研究領域ダークマターの正体は何か?- 広大なディスカバリースペースの網羅的研究
研究課題/領域番号 21H05453
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関東京工業大学

研究代表者

須山 輝明  東京工業大学, 理学院, 准教授 (20456198)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022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)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードダークマター / レーザー干渉計 / 軽いスカラー場 / 重力波干渉計
研究開始時の研究の概要

非常に微弱な信号も検出できる重力波レーザー干渉計を重力波検出のためだけでなく他の基礎物理学の探求にも利用する機運が高まっている。本研究では、標準模型の粒子とわずかに相互作用する非常に軽いダークマターを重力波レーザー干渉計のデータを用いて検出・制限するためのデータ解析法の定式化を行なう。その後、定式化された解析法を既存の実データに適用し、干渉計の感度領域に対応する質量域にダークマターが存在するかどうかを明らかにすることを目指す。これによって、重力波物理学とダークマターという2つの異なる分野の融合を促進させ、異分野間の相乗効果を目指す当該研究領域に貢献する。

研究実績の概要

標準模型の粒子とわずかに相互作用する非常に軽いダークマターを、LIGO重力波レーザー干渉計のデータを用いて探索し、制限した。まず、前年度に行ったデータ解析法の定式化に地球の銀河系内での公転運動に伴うダークマターの速度分布の非等方性の効果を取り入れた。その結果、有効観測量である2台の検出器間によるcross-correlation statisticが、3×(10の-13乗)電子ボルトのスカラー場の質量(70ヘルツの信号に対応)付近に対しては感度を失い、それ以外の10の-13乗から10の-11乗電子ボルト間の質量に対しては、2倍ほど感度が良くなることが分かった。その後、導いたcross-correlation statisticをLIGOのO3観測に基づくcross-correlation statisticの公開データと比較した。その結果、スカラー場の存在を示す兆候は見つからなかった。この非検出の結果から、ダークマタースカラー場と標準模型粒子との相互作用として5つの場合(グルーオンと結合、クォークと結合、電子と結合、光子と結合、重力との非最小結合)を考え、それぞれの場合において相互作用の強さの上限を導いた。最初の4つの場合については今回の制限は等価原理の検証実験による制限には及ばないことが分かった。また、最後の場合についても、今回の制限は第五の力の探索実験による制限には及ばないものの、その差は5倍以内であることが分かり、今後レーザー干渉計の感度向上に伴い、いずれ今回の方法が第五の力の実験を上回り、最も有効となることが実証できた。また、ここまでの結果を当該学術変革のシンポジウムにて発表した。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 10件、 招待講演 7件)

  • [国際共同研究] Tongji University(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Superluminal propagation from IR physics2023

    • 著者名/発表者名
      Ito Asuka、Suyama Teruaki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 号: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.016011

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Testing time evolution of mass distribution of black hole mergers2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama, So Okano
    • 雑誌名

      Astrophysics and Space Science

      巻: 368 号: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1007/s10509-022-04160-4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Physical effects of gravitational waves: pedagogical examples2022

    • 著者名/発表者名
      Motohashi Hayato、Suyama Teruaki
    • 雑誌名

      European Journal of Physics

      巻: 44 号: 1 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1088/1361-6404/ac9ef1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Revisiting non-Gaussianity in non-attractor inflation models in the light of the cosmological soft theorem2021

    • 著者名/発表者名
      Suyama Teruaki、Tada Yuichiro、Yamaguchi Masahide
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2021 号: 7 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1093/ptep/ptab063

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reconstruction of primordial power spectrum of curvature perturbation from the merger rate of primordial black hole binaries2021

    • 著者名/発表者名
      Kimura Rampei、Suyama Teruaki、Yamaguchi Masahide、Zhang Ying-li
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2021 号: 04 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/04/031

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Angular correlation as a novel probe of supermassive primordial black holes2021

    • 著者名/発表者名
      Shinohara Takumi、Suyama Teruaki、Takahashi Tomo
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 104 号: 2 ページ: 023526-023526

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.023526

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Universal Relation between the Variances of Distortions of Gravitational Waves owing to Gravitational Lensing2021

    • 著者名/発表者名
      Inamori Makoto、Suyama Teruaki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 918 号: 2 ページ: 1-5

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac2142

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gravitational Wave Physics and Astronomy in the nascent era2021

    • 著者名/発表者名
      Arimoto Makoto、Asada Hideki、Cherry Michael L、Tsutomu Kobayashi、他
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 未定 号: 10 ページ: 1-83

    • DOI

      10.1093/ptep/ptab042

    • 関連する報告書
      2021 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] Limits for scalar field dark matter from gravitational wave detectors2023

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Workshop on Fundamental Cosmology: from Beginning to End
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gravitational lensing of gravitational waves as a probe of small scale matter fluctuations2023

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Non-linear Nature of Cosmological Perturbations and its Observational Consequences
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Upper limit on the scalar field dark matter from LIGO third observation run2023

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 物質揺らぎによる重力レンズを受けた重力波の性質について2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Non-linear aspects of cosmological gravitational waves
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal relation of lensed gravitational waves2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Testing time evolution of the mass distribution of the black hole mergers2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      1st International conference on holography and its applications
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Toward search for light scalar field dark matter by interferometers2022

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      Dark matter symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Revisiting non-Gaussianity in non-attractor inflation models in the light of the cosmological soft theorem2021

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      JGRG webinar
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Search for the Stochastic Gravitational-wave Background Induced by Primordial Curvature Perturbations in LIGO’s Second Observing Run2021

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      AMALDI14
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 重力レンズを受けた光と重力波の伝搬時間について2021

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Universal relation of lensed gravitational waves2021

    • 著者名/発表者名
      Teruaki Suyama
    • 学会等名
      8th Korea-Japan workshop on Dark Energy
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 原始ブラックホール20212021

    • 著者名/発表者名
      須山輝明
    • 学会等名
      第10回観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi