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2022 年度 実績報告書

重力波宇宙物理学の包括的研究

研究課題

研究課題/領域番号 20H05639
研究機関東京大学

研究代表者

横山 順一  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50212303)

研究分担者 カンノン キップ  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50777886)
仏坂 健太  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50867033)
伊藤 洋介  大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60443983)
茂山 俊和  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70211951)
道村 唯太  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 客員共同研究員 (80747006)
研究期間 (年度) 2020-08-31 – 2025-03-31
キーワード重力波 / データ解析 / ブラックホール / 独立成分解析 / 原始ブラックホール
研究実績の概要

重力波検出器KAGRAのノイズ除去に関する研究については、引き続き独立成分解析の理論整備を行うとともに、O3GK観測時のKAGRA実データに線形独立成分解析を適用し、iKAGRAデータの解析時と同様、より感度の上がったO3GKにおいてもこの方法の有効性を示すことができた。またKAGRAーPEM(Physical Environmental Monitor)チームとの協力により、引き続き環境信号の取得に努めているが、その副産物としてトンガの大地震の影響をこれらのモニターで検出し、その結果を論文にまとめた。
重力波で発見されたブラックホールの起源に関する理論研究としては、パルサータイミングアレイによって有意な重力波背景放射が検出されたことを受け、研究の方針を変更しているところであるが、新たな方針の下でインフレーション宇宙論の高次量子効果の研究を行い、音速に対する制限の論文を刊行するとともに、原始ブラックホールに対する大きな制限が得られる見通しが立った。
重力波対応天体のマルチメッセンジャー宇宙物理学に関する研究としては、まず連星中性子星合体後のキロノバにおける近赤外線スペクトルにおけるランタノイド元素の痕跡がどのように現れるかを明らかにした。また、キロノバ放出物の動的挙動を理論的に考察し、観測との比較において理論を制限した。また、Spitzer衛星や高視野紫外線衛星によるキロノバ観測からどのような知見が得られるかを明らかにした。一方、マルチメッセンジャー宇宙物理学のもう一つの柱である超新星に関する研究については、相互作用駆動型超新星の完全な歴史を明らかにするコードを作成し、一般公開した。
これらの研究に加え、重力波データ解析の研究の応用としてKAGRAを用いた軽量ダークマター探索に取組み、有用な制限を得つつあるところである。

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

LIGO-Virgo-KAGRA(LVK)による第四観測期の開始が大幅に遅れていること、それに対するKAGRAの準備も遅れていることが本研究計画の遂行に大きな影響を及ぼしているが、理論研究者及び解析研究者は当初計画を上回る成果を挙げており、外的要因に寄らない部分の研究は順調に進捗している。代表者横山はKAGRAの感度向上とLVKの世界協力の推進に一層の寄与をするため、KAGRA科学会議議長に就任し、本研究費の順調な発展を阻む外的要因の解決に努力しているところである。

今後の研究の推進方策

KAGRAの感度が一刻も早く上がり、LVKネットワークのもとでの真の共同観測が実現できるようてこ入れをする。

  • 研究成果

    (49件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (34件) (うち国際共著 15件、 査読あり 34件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア工科大学/マサチューセッツ工科大学/ウィスコンシン州立大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      カリフォルニア工科大学/マサチューセッツ工科大学/ウィスコンシン州立大学
    • 他の機関数
      37
  • [国際共同研究] ヨーロッパ重力研究所/ピサ大学/ローマ大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      ヨーロッパ重力研究所/ピサ大学/ローマ大学
    • 他の機関数
      7
  • [国際共同研究] 国立清華大学/国立中央大学/國立台湾大学(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      国立清華大学/国立中央大学/國立台湾大学
  • [国際共同研究] 北京師範大学/重慶大学/中国科学院大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      北京師範大学/重慶大学/中国科学院大学
    • 他の機関数
      5
  • [国際共同研究] 延世大学/KASI/KIST(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      延世大学/KASI/KIST
    • 他の機関数
      3
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      25
  • [雑誌論文] A Joint Fermi-GBM and Swift-BAT Analysis of Gravitational-wave Candidates from the Third Gravitational-wave Observing Run2024

    • 著者名/発表者名
      Fletcher C. et al LIGO-Virgo-KAGRA collaboration (J. Yokoyama, Y Itoh, Y. Michimura)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 964 ページ: 149~149

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad1eed

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of mirror birefringence and its fluctuations to laser interferometric gravitational wave detectors2024

    • 著者名/発表者名
      Michimura Yuta、Wang Haoyu、Salces-Carcoba Francisco、Wipf Christopher、Brooks Aidan、Arai Koji、Adhikari Rana X.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 109 ページ: 022009

    • DOI

      10.1103/physrevd.109.022009

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Overview of KAGRA : Data transfer and management2023

    • 著者名/発表者名
      T Akutsu et al KAGRA collaboration (J. Yokoyama, Y Itoh, Y. Michimura)
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2023 ページ: 10A102

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad112

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of the global magnetic noise for the stochastic gravitational wave background search2023

    • 著者名/発表者名
      Washimi Tatsuki、Fukunaga Isamu、Itoh Yousuke、Kanda Nobuyuki、Nishizawa Atsushi、Yokoyama Jun'ichi、Yokozawa Takaaki
    • 雑誌名

      Proceedings of Science ICRC 2023

      巻: 2023 ページ: 1572

    • DOI

      10.22323/1.444.1561

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reheating process in the R2 inflationary model with the baryogenesis scenario2023

    • 著者名/発表者名
      Jeong Hyun、Kamada Kohei、Starobinsky Alexei A.、Yokoyama Jun'ichi
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2023 ページ: 023

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2023/11/023

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Baryogenesis from sphaleron decoupling2023

    • 著者名/発表者名
      Hong Muzi、Kamada Kohei、Yokoyama Jun’ichi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 ページ: 063502

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.108.063502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Search for subsolar-mass black hole binaries in the second part of Advanced LIGO’s and Advanced Virgo’s third observing run2023

    • 著者名/発表者名
      The LVK Collaboration (J. Yokoyama, Y Itoh, Y. Michimura)
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 524 ページ: 5984~5992

    • DOI

      10.1093/mnras/stad588

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generation of neutrino dark matter, baryon asymmetry, and radiation after quintessential inflation2023

    • 著者名/発表者名
      Fujikura Kohei、Hashiba Soichiro、Yokoyama Jun’ichi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 ページ: 063537

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.107.063537

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Noise subtraction from KAGRA O3GK data using Independent Component Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      H Abe et al KAGRA collaboration (J. Yokoyama, Y Itoh, Y. Michimura)
    • 雑誌名

      Classical and Quantum Gravity

      巻: 40 ページ: 085015

    • DOI

      10.1088/1361-6382/acc0cb

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Gravitational Wave Signal for Quark Matter with Realistic Phase Transition2023

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto Yuki、Fukushima Kenji、Hotokezaka Kenta、Kyutoku Koutarou
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 130 ページ: 091404

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.130.091404

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The First JWST Spectrum of a GRB Afterglow: No Bright Supernova in Observations of the Brightest GRB of all Time, GRB 221009A2023

    • 著者名/発表者名
      Levan A. J. et al (K. Hotokezaka)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 946 ページ: L28~

    • DOI

      10.3847/2041-8213/acc2c1

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Prospects of Gravitational-wave Follow-up through a Wide-field Ultraviolet Satellite: A Dorado Case Study2023

    • 著者名/発表者名
      Dorsman Bas、Raaijmakers Geert、Cenko S. Bradley、Nissanke Samaya、Singer Leo P.、Kasliwal Mansi M.、Piro Anthony L.、Bellm Eric C.、Hartmann Dieter H.、Hotokezaka Kenta、Luko?i?t? Kamil?
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 944 ページ: 126~126

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acaa9e

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stochastic effects on observation of ultralight bosonic dark matter2023

    • 著者名/発表者名
      Nakatsuka Hiromasa、Morisaki Soichiro、Fujita Tomohiro、Kume Jun’ya、Michimura Yuta、Nagano Koji、Obata Ippei
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 ページ: 092010

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.092010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First results of axion dark matter search with DANCE2023

    • 著者名/発表者名
      Oshima Yuka、Fujimoto Hiroki、Kume Jun’ya、Morisaki Soichiro、Nagano Koji、Fujita Tomohiro、Obata Ippei、Nishizawa Atsushi、Michimura Yuta、Ando Masaki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 ページ: 072005

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.072005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-step experiment for sensitivity improvement of DECIGO: Sensitivity optimization for simulated quantum noise by completing the square2023

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Tomohiro、Kawasaki Yuki、Tsuji Kenji、Yamada Rika、Watanabe Izumi、Wu Bin、Iwaguchi Shoki、Shimizu Ryuma、Umemura Kurumi、Nagano Koji、Enomoto Yutaro、Komori Kentaro、Michimura Yuta、Furusawa Akira、Kawamura Seiji
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 ページ: 022007

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.022007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model-based Cross-correlation Search for Gravitational Waves from the Low-mass X-Ray Binary Scorpius X-1 in LIGO O3 Data2022

    • 著者名/発表者名
      Abbott R. et al LIGO-Virgo-KAGRA collaboration (J. Yokoyama, Y Itoh, Y. Michimura)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 941 ページ: L30

    • DOI

      10.3847/2041-8213/aca1b0

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Response of the underground environment of the KAGRA observatory against the air pressure disturbance from the Tonga volcanic eruption on January 15, 20222022

    • 著者名/発表者名
      Washimi Tatsuki、Yokozawa Takaaki、Takamori Akiteru、Araya Akito、Hoshino Sota、Itoh Yousuke、Kobayashi Yuichiro、Kume Jun’ya、Miyo Kouseki、Ohkawa Masashi、Oshino Shoichi、Tomaru Takayuki、Yokoyama Jun’ichi、Yuzurihara Hirotaka
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2022 ページ: 113H02

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac128

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Perturbative region on non-Gaussian parameter space in single-field inflation2022

    • 著者名/発表者名
      Kristiano Jason、Yokoyama Jun'ichi
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2022 ページ: 007

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2022/07/007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Search for continuous gravitational wave emission from the Milky Way center in O3 LIGO-Virgo data2022

    • 著者名/発表者名
      Abbott R. et al LIGO-Virgo-KAGRA collaboration (J. Yokoyama, Y Itoh, Y. Michimura)
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 ページ: 042003

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.042003

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Self-similar Solution of Rotating Eruptive Outflows on Its Equatorial Plane2022

    • 著者名/発表者名
      Ko Takatoshi、Fujisawa Kotaro、Shigeyama Toshikazu
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 941 ページ: 38~

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aca095

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Potential Signature of Population III Pair-instability Supernova Ejecta in the BLR Gas of the Most Distant Quasar at z = 7.54*2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshii Yuzuru、Sameshima Hiroaki、Tsujimoto Takuji、Shigeyama Toshikazu、Beers Timothy C.、Peterson Bruce A.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 937 ページ: 61~

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac8163

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Eruption of the Envelope of Massive Stars by Energy Injection with Finite Duration2022

    • 著者名/発表者名
      Ko Takatoshi、Tsuna Daichi、Takei Yuki、Shigeyama Toshikazu
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 930 ページ: 168~

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac67e1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CHIPS: Complete History of Interaction-powered Supernovae2022

    • 著者名/発表者名
      Takei Yuki、Tsuna Daichi、Kuriyama Naoto、Ko Takatoshi、Shigeyama Toshikazu
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 929 ページ: 177~

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac60fe

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Training Process of Unsupervised Learning Architecture for Gravity Spy Dataset2022

    • 著者名/発表者名
      Sakai Yusuke、Itoh Yousuke、Jung Piljong、Kokeyama Keiko、Kozakai Chihiro、Nakahira Katsuko T.、Oshino Shoichi、Shikano Yutaka、Takahashi Hirotaka、Uchiyama Takashi、Ueshima Gen、Washimi Tatsuki、Yamamoto Takahiro、Yokozawa Takaaki
    • 雑誌名

      Annalen der Physik

      巻: 536 ページ: 2200140

    • DOI

      10.1002/andp.202200140

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lanthanide Features in Near-infrared Spectra of Kilonovae2022

    • 著者名/発表者名
      Domoto Nanae、Tanaka Masaomi、Kato Daiji、Kawaguchi Kyohei、Hotokezaka Kenta、Wanajo Shinya
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 939 ページ: 8~8

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac8c36

    • 査読あり
  • [雑誌論文] GW170817 4.5 Yr After Merger: Dynamical Ejecta Afterglow Constraints2022

    • 著者名/発表者名
      Balasubramanian Arvind、Corsi Alessandra、Mooley Kunal P.、Hotokezaka Kenta、Kaplan David L.、Frail Dale A.、Hallinan Gregg、Lazzati Davide、Murphy Eric J.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 938 ページ: 12~12

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac9133

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Tungsten versus Selenium as a potential source of kilonova nebular emission observed by Spitzer2022

    • 著者名/発表者名
      Hotokezaka Kenta、Tanaka Masaomi、Kato Daiji、Gaigalas Gediminas
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

      巻: 515 ページ: L89~L93

    • DOI

      10.1093/mnrasl/slac071

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electromagnetic Counterparts of Binary-neutron-star Mergers Leading to a Strongly Magnetized Long-lived Remnant Neutron Star2022

    • 著者名/発表者名
      Kawaguchi Kyohei、Fujibayashi Sho、Hotokezaka Kenta、Shibata Masaru、Wanajo Shinya
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 933 ページ: 22~

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac6ef7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conceptual design and science cases of a juggled interferometer for gravitational wave detection2022

    • 著者名/発表者名
      Wu Bin、Ishikawa Tomohiro、Iwaguchi Shoki、Shimizu Ryuma、Watanabe Izumi、Kawasaki Yuki、Michimura Yuta、Yokoyama Shuichiro、Kawamura Seiji
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 ページ: 042007

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.042007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Angular trapping of a linear-cavity mirror with an optical torsional spring2022

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Takuya、Komori Kentaro、Fujimoto Hiroki、Michimura Yuta、Ando Masaki
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 106 ページ: 013514

    • DOI

      10.1103/physreva.106.013514

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neutron displacement noise-free interferometer for gravitational-wave detection2022

    • 著者名/発表者名
      Nishizawa Atsushi、Iwaguchi Shoki、Chen Yanbei、Morimoto Taigen、Ishikawa Tomohiro、Wu Bin、Watanabe Izumi、Kawasaki Yuki、Shimizu Ryuma、Shimizu Hirohiko、Kitaguchi Masaaki、Michimura Yuta、Kawamura Seiji
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 ページ: 124017

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.124017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Displacement-noise-free neutron interferometer for gravitational wave detection using a single Mach-Zehnder configuration2022

    • 著者名/発表者名
      Iwaguchi Shoki、Nishizawa Atsushi、Chen Yanbei、Kawasaki Yuki、Kitaguchi Masaaki、Morimoto Taigen、Ishikawa Tomohiro、Wu Bin、Watanabe Izumi、Shimizu Ryuma、Shimizu Hirohiko、Michimura Yuta、Kawamura Seiji
    • 雑誌名

      Physics Letters A

      巻: 441 ページ: 128150

    • DOI

      10.1016/j.physleta.2022.128150

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First joint observation by the underground gravitational-wave detector KAGRA with GEO 6002022

    • 著者名/発表者名
      Abbott et al LVK collaboration (J. Yokoyama, Y. Itoh, and Y. Michimura)
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2022 ページ: 063F01

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac073

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] On the Use of CHIME to Detect Long-duration Radio Transients from Neutron Star Mergers2022

    • 著者名/発表者名
      Shikauchi Minori、Cannon Kipp、Lin Haoxiang、Totani Tomonori、Shaw J. Richard
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 928 ページ: 72~72

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac540d

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Postscript 2019 or: How I learned to continue worrying and got involved in KAGRA2023

    • 著者名/発表者名
      Jun'ichi Yokoyama
    • 学会等名
      Workshop on fundamental cosmology: From beginning to end"
  • [学会発表] Searches for geontropic fluctuations and axion dark matter with LIGO2023

    • 著者名/発表者名
      Yuta Michimura
    • 学会等名
      Brainstorming new ideas for the km-scale facilities, Online
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser interferometric searches for ultralight dark matter: Updates from B01 group2023

    • 著者名/発表者名
      Yuta Michimura
    • 学会等名
      Transformative Research Area "Dark Matter" FY2022 Symposium, Kavli IPMU and Online
    • 国際学会
  • [学会発表] KAGRA toward O4 and beyond2022

    • 著者名/発表者名
      Jun'ichi Yokoyama
    • 学会等名
      15th Asia Pacific Physics Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Status of KAGRA in September 20222022

    • 著者名/発表者名
      Jun'ichi Yokoyama
    • 学会等名
      LVK meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Kilonova2022

    • 著者名/発表者名
      Kenta Hotokezaka
    • 学会等名
      NBIA Workshop on Radiation Transfer in Astrophysics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Element Identification in Kilonova2022

    • 著者名/発表者名
      Kenta Hotokezaka
    • 学会等名
      EM Counterparts to GW Sources
    • 国際学会
  • [学会発表] Open questions in neutron star mergers (kilonova & r-process)2022

    • 著者名/発表者名
      Kenta Hotokezaka
    • 学会等名
      TCAN22 on binary neutron stars workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Updates on the Optical Levitation Experiment2022

    • 著者名/発表者名
      Yuta Michimura
    • 学会等名
      The 4th QFilter Workshop, LMA and Online
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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