重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開の総括的研究

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開
• 研究課題/領域番号: 24103001
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中村 卓史 京都大学, 理学研究科, 名誉教授 (80155837)
• 研究分担者: 田中 貴浩 京都大学, 理学研究科, 教授 (40281117) ; 神田 展行 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (50251484) ; 河合 誠之 東京工業大学, 理学院, 教授 (80195031) ; 吉田 道利 広島大学, 宇宙科学センター, 教授 (90270446) ; ヴァギンズ マーク 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (90509902)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 重力波 / X線・ガンマ線観測 / 光学赤外観測 / ニュートリノ観測 / データ解析 / 重力波の理論

研究実績の概要

2016年2月13日にLIGOが人類初の重力波を2015年9月14日に発見したと発表した。総括班はこれに関係して天文学会のpost dead line企画、物理学会のシンポジュウム、各種新聞へのコメント、学会誌や一般市民向けの各種雑誌への投稿、市民講演会等でその意義と今後の進展の予想の普及に努めた。このイベントはGW150914と呼ばれ太陽質量の30倍程度のブラックホール連星であるが、本領域ではすでに2014年に宇宙の初代星起源を予言していてそれがGW150914と見事に一致した。今年度には本領域から、別の起源として宇宙初期の密度揺らぎに伴う原始ブラックホール説が提案されダークマターの候補でもあるので世界的にも注目されている。また、星団系でのブラックホールの合体成長説も提案された。世界的にも多くの起源説が唱えられているが、どの説が正しいかはブラックホールの自転角運動量の分布と赤方偏移分布の決定が必須であり、我が国の将来計画DECIGOのような0.1Hz帯の宇宙重力波干渉計の建設が必要になった。これらは、領域の名前に相応しい「宇宙物理の新展開」である。LIGOのO2が2016年12月から現在も進行中で、X線と光学観測の２つの計画研究はLIGOとのMOUの下で共同観測を実施中である。取りまとめの科研費が採択されたので8月末に新しい結果も含めて領域のシンポジュウムを開催する。ニュートリノの計画研究はGdを入れた反ニュートリノ判定可能な世界初の200tの水チェレンコフ装置EGADSを予定通り2年間運転した。この運転実績はGdをsuper Kamiokandeに封入する決定にも繋がった。データ解析の計画研究は2016年3-４月のKAGRAの常温での試験観測のデータ取得に成功し、実データ転送の試験等に成功した。結論として、本領域は最初の想定を超えた成果を生みだしていると言える。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] SLAC National Accelerator Laboratory/California Institute of Technology/Louisiana State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: SLAC National Accelerator Laboratory/California Institute of Technology/Louisiana State University
  • 他の機関数: 50
• [国際共同研究] Max-Planck-Institut/University Hamburg/Leibniz University Hannover(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max-Planck-Institut/University Hamburg/Leibniz University Hannover
  • 他の機関数: 4
• [国際共同研究] European Gravitational Observatory/Gran Sasso Science Institute/University di Pisa(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: European Gravitational Observatory/Gran Sasso Science Institute/University di Pisa
  • 他の機関数: 10
• [国際共同研究] Australian National University/University of Western Australia(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Australian National University/University of Western Australia
• [国際共同研究] University of Southampton/University of Glasgow/University of the West of Scotland(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Southampton/University of Glasgow/University of the West of Scotland
  • 他の機関数: 5
• [雑誌論文] J-GEM follow-up observations of the gravitational wave source GW151226 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, M., Utsumi, Y., Tominaga, N., Morokuma, T., Tanaka, M., Asakura, Y., Matsubayashi, K., Ohta, K., Abe, F., Chimasu, S., Furusawa, H., Itoh, R., Itoh, Y., Kanda, Y., 他24名
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 68 ページ: 9
  • DOI: 10.1093/pasj/psw113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gravitational waves from merging intermediate-mass black holes : II Event rates at ground-based detectors (2017)
  • 著者名/発表者名: Hisa-aki Shinkai, Nobuyuki Kanda, Toshikazu Ebisuzaki
  • 雑誌名: Astrophys. J. 巻: 835 ページ: 276
  • DOI: 10.3847/1538-4357/835/2/276
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gravitational wave quasinormal mode from Population III massive black hole binaries in various models of population synthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Kinugawa, Tomoya; Nakano, Hiroyuki; Nakamura, Takashi
  • 雑誌名: PTEP 巻: no 10 ページ: -
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw143
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pre-DECIGO can get the smoking gun to decide the astrophysical or cosmological origin of GW150914-like binary black holes (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Takashi; Ando, Masaki; Kinugawa, Tomoya; Nakano, Hiroyuki; Eda, Kazunari; Sato, Shuichi; Musha, Mitsuru; Akutsu, Tomotada; Tanaka, Takahiro; Seto, Naoki; Kanda Nobuyuki; Itoh Yousue
  • 雑誌名: PTEP 巻: no 9 ページ: -
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw127
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] J-GEM follow-up observations to search for an optical counterpart of the first gravitational wave source GW150914 (2016)
  • 著者名/発表者名: Morokuma, T., Tanaka, M., Asakura, Y., Abe, F., Tristram, P.~J., Utsumi, Y., Doi, M., Fujisawa, K., Itoh, R., Itoh, Y., Kawabata, K.~S., Kawai, N., Kuroda, D., Yoshida, M., 他11名
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 68 ページ: L9
  • DOI: 10.1093/pasj/psw061
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Localization and Broadband Follow-up of the Gravitational-wave Transient GW150914 (2016)
  • 著者名/発表者名: Abbott, B.~P., Abbott, R., Abbott, T.~D., Abernathy, M.~R., Acernese, F., Ackley, K., Adams, C., Adams, T., Addesso, P., Adhikari, R.~X., Adya, V.~B., Affeldt, C., Agathos, M., Yoshida, M., 他1560名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 826 ページ: L13
  • DOI: 10.3847/2041-8205/826/1/L13
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Search for neutrinos in Super-Kamiokande associated with gravitational-wave events GW150914 and GW151226 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Abe et. al. (Super-Kamiokande collaboration)
  • 雑誌名: The astrophysical journal, letters 巻: 830 ページ: L11
  • DOI: http://dx.doi.org/10.3847/2041-8205/830/1/L11
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Estimate of the radius responsible for quasinormal modes in the extreme Kerr limit and asymptotic behavior of the Sasaki-Nakamura transformation (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Nakano, Norichika Sago, Takahiro Tanaka, Takashi Nakamura
  • 雑誌名: PTEP 巻: 1093 ページ: 12
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw098
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Primordial Black Hole Scenario for the Gravitational-Wave Event GW150914 (2016)
  • 著者名/発表者名: Misao Sasaki, Teruaki Suyama, Takahiro Tanaka and Shuichiro Yokoyama
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 117 ページ: 5
  • DOI: Phys. Rev. Lett.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synergy between ground and space based gravitational wave detectors for estimation of binary coalescence parameters (2016)
  • 著者名/発表者名: Remya Nair, Sanjay Jhingan and Takahiro Tanaka
  • 雑誌名: PTEP 巻: 1093 ページ: 18
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw043
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An Achromatic Break in the Afterglow of the Short GRB 140903A: Evidence for a Narrow Jet (2016)
  • 著者名/発表者名: Troja, E., T. Sakamoto, S. B. Cenko, N. Kawai 他15名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 827 ページ: 102
  • DOI: 10.3847/0004-637X/827/2/102
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Soft X-ray observation of the prompt emission of GRB 100418A (2016)
  • 著者名/発表者名: Imatani, R., H. Tomida, S. Nakahira, M. Kimura, T. Sakamoto, M. Arimoto, Y. Morooka, D. Yonetoku, N. Kawai, and H. Tsunemi,
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan, 巻: 68 ページ: S29
  • DOI: 10.1093/pasj/psv075
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The MAXI/GSC Nova-Alert System and results of its first 68 months (2016)
  • 著者名/発表者名: Negoro, H., M. Kohama, M. Serino, and 38 colleagues
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan, 巻: 68 ページ: S1
  • DOI: 10.1093/pasj/psw016
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unveiling linearly and nonlinearly correlated signals between gravitational wave detectors and environmental monitors (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Yuzurihara, Kazuhiro Hayama, Shuhei Mano, Didier Verkindt, and Nobuyuki Kanda
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 94 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.94.04200
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Status of Super-Kamiokande and SK-Gd (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Vagins
  • 学会等名: Workshop on Supernova at Hyper-Kamiokande
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2017-02-12 – 2017-02-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Testing gravity theory by gravitational waves (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tanaka
  • 学会等名: UTQuest WS5・YITP
  • 発表場所: YITP Kyoto Japan
  • 年月日: 2016-12-12 – 2016-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] J-GEM: EM follow-up Network in Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田道利
  • 学会等名: RESCUE symposium 2016
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 2016-12-06 – 2016-12-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gadolinium Loading in WC Detectors (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Vagins
  • 学会等名: 12th Annual Applied Neutrino Physics Workshop (AAP16)
  • 発表場所: Liverpool, Merseyside, England
  • 年月日: 2016-12-01 – 2016-12-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Japanese electromagnetic follow-up network for gravitational wave sources: J-GEM (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田道利
  • 学会等名: KAGRA 2nd international meeting
  • 発表場所: Beijing Normal University, Beijing, China
  • 年月日: 2016-11-11 – 2016-11-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Astronomy and Cosmology from the first detection of gravitational wave (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakamura
  • 学会等名: Hanoi international workshop “Gravitation and the Universe”
  • 発表場所: Hanoi Vietnam
  • 年月日: 2016-10-30 – 2016-10-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 重力波観測入門 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神田展行
  • 学会等名: Flavor Physics Workshop 2016
  • 発表場所: 岩室温泉ゆもとや
  • 年月日: 2016-10-29 – 2016-10-29
  • 招待講演
• [学会発表] Status and Future of KAGRA (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Kanda, KAGRA collaboration
  • 学会等名: The 26th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • 発表場所: Osaka City University
  • 年月日: 2016-10-26 – 2016-10-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Revival of classical black hole evaporation? (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tanaka
  • 学会等名: Rethinking Quantum Field Theory・
  • 発表場所: DESY Germany
  • 年月日: 2016-09-27 – 2016-09-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 重力波イベントに対する電磁フォローアップ観測の可能性について (2016)
  • 著者名/発表者名: 中村卓史
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 愛媛大学 松山市
  • 年月日: 2016-09-15 – 2016-09-15
• [学会発表] Supernova neutrinos: MeV Messengers of the Extreme (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Vagins
  • 学会等名: TeV Particle Astrophysics 2016 (TeVPA16)
  • 発表場所: CERN, Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] HinOTORI Project and J-GEM Collaboration (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田道利
  • 学会等名: Time-domain astronomy in China
  • 発表場所: National Astronomical Observatories, Beijing, China
  • 年月日: 2016-07-11 – 2016-07-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] The 26th Workshop on General Relativity and Gravitation (JGRG26) (2016)
  • 発表場所: Osaka City University Japan
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-28