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2012 年度 実施状況報告書

バースト的シグナルを含む新しい重力波データ解析手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23540293
研究機関新潟大学

研究代表者

大原 謙一  新潟大学, 自然科学系, 教授 (00183765)

研究分担者 高橋 弘毅  山梨英和大学, 人間文化学部, 准教授 (40419693)
キーワード国際情報交換 / 重力波 / データ解析
研究概要

Hilbert-Huang Transform (HHT) を用いた重力波のデータ解析では,Empirical Mode Decomposition (EMD) や Ensemble EMD (EEMD) の計算の際に使用するいくつかのパラメータを決定しなければならない。そこで,サイン・ガウス波形のデータとガウス的ホワイト・ノイズを用いて,最適パラメータの決定を試みた。ここでは,サイン・ガウス波形の周波数が一定の場合と時間的に線形に変化する波形(いわゆるチャープ信号)を用いた。特に,HHT解析により計算された瞬時周波数(instantaneous frequency IF)について,線形関数および2次関数でのフィッティングを行い,EMDやEEMDのパラメータをいろいろと変えた場合に,どの程度の精度で注入した信号の周波数を再現できるかを調べた。また,用いるパラメータごとの計算に必要なCPU時間も加味して,データ解析で最適なパラメータを見いだすことができた。
また,前年度から行っている,HHTを用いた重力波捕捉のalert system構築について,新たに,Reciever Operating Characteristics (ROC) 曲線を用いた検出効率の検証を行った。その結果,十分効率的にalert systemを構築できる可能性を見いだしたが,さらなる統計的な解析が必要である。
さらに,連星中性子星の合体の際に放射される重力波について,数値相対論の結果得られた波形データとTAMAなど実際のノイズデータを用いて,波形解析,特に連星中性子星の合体フェーズとリングダウン・フェーズのIFの時間変化を捉える精度の解析に着手し始めた。現段階で,ある程度精度良くIFを捕捉できることが判明してきたが,さらに詳細な考察が必要である。

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

EMD, EEMDのパラメータ決定の研究は,おおむね予定どおり完了し,学会や国際研究集会などで成果発表を行った。また,これまでの研究成果をまとめた論文を現在投稿中である。
alert system構築に関する研究も,現時点までの研究成果をとりまとめて論文作成の準備中である。
さらに,数値相対論のデータを用いたデータ解析は,数値相対論に関する研究グループなどとの議論を通じて新たに見いだした研究手法であり,本研究のさらなる広がりが期待できるものである。
以上のことから,おおむね順調に進展しているものと判断した。

今後の研究の推進方策

alert system構築に関して,統計的な議論を追加して,最終的な成果を発表する。特に,ROC曲線や周波数-振幅を用いて,大きなノイズを含む観測データの中に重力波が含まれる可能性の有無をどの程度まで絞り込むことができるかを議論する。必要に応じて,HHTと他の解析手法を組み合わせた,2段階,3段階のalert systemの構築を考察する。
また,中性子星やブラックホールのコンパクト星の連星合体の際の重力波について,数値相対論により得られたデータを用いて,時間-周波数や時間-振幅の解析におけるHHTの有効性について議論し,実際に重力波が観測された際に重力波源の物理的性質を明らかにしていく方法を追求する。その際に,数値相対論の研究で世界をリードしている京都グループなどとの連携を進める。
HHTを用いたバースト的シグナルを含む重力波データ解析の最終的なとりまとめとして,実際の重力波観測装置のノイズ・データを用い,また,HHT以外の,短時間フーリエ変換やwavelet変換を用いたバースト重力波のデータ解析との比較も行う。さらに,HHTと同様にadpaptiveな信号解析手法である,sparse time-frequency representation を用いたデータ解析への発展についても議論する。
なお,本研究の成果について,本年12月にインドで開催されるGWPAW2013などにおいて発表する予定である。

次年度の研究費の使用計画

共同研究者である米国 NASA の Jordan B. Camp氏たちとの情報交換,共同研究のために渡米して議論することを予定していたが,先方の都合で,電子メールやネットワークを通じた議論だけとなった。そのため,改めて,本年度に渡米することを予定している。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] The cross-correlation search for a hot spot of gravitational waves : Numerical study for point spread function2012

    • 著者名/発表者名
      Yuta Okada, Nobuyuki Kanda, Sanjeev Dhurandhar, Hideyuki Tagoshi and Hirotaka Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series

      巻: 363 ページ: 012040-1-9

    • DOI

      10.1088/1742-6596/363/1/012040

    • 査読あり
  • [学会発表] 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究「重力波天体 の多様な観測による宇宙物理学の新展開」第1回シンポジウム2013

    • 著者名/発表者名
      金山 雅人, 大原謙一, 高橋弘毅, 平沼 悠太, Jordan B. Camp
    • 学会等名
      Excess power method with the Hilbert-Huang transform in search for gravitational waves
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      20130301-20130302
  • [学会発表] Excess Power Method with the Hilbert-Huang Transform in Search for Gravitational Wave Signals2012

    • 著者名/発表者名
      Masato Kaneyama, Ken-ichi Oohara, Yuta Hiranuma, Hirotaka Takahashi, Jordan B. Camp, Alexander Stroeer
    • 学会等名
      The 22th workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      20121112-20121116
  • [学会発表] Constructing an Alert System with the Empirical Mode Decomposition in Search for Gravitational Wave Signals2012

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Oohara, Masato Kaneyama, Yuta Hiranuma, Hirotaka Takahashi, Jordan B. Camp, Alexander Stroeer
    • 学会等名
      Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW 2012)
    • 発表場所
      Hannover, Germany
    • 年月日
      20120604-20120607
  • [学会発表] Effectiveness of Empirical Mode Decomposition in Search for Gravitational Wave Bursts2012

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Takahashi, Ken-ichi Oohara, Masato Kaneyama, Yuta Hiranuma, Jordan B. Camp, Alexander Stroeer
    • 学会等名
      Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW 2012)
    • 発表場所
      Hannover, Germany
    • 年月日
      20120604-20120607
  • [学会発表] Hilbert-Huang Transformによる重力波検出法

    • 著者名/発表者名
      金山 雅人, 大原謙一, 高橋弘毅, 平沼 悠太, Jordan B. Camp, Alexander Stroeer
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] Hilbert-Huang変換を用いた重力波のデータ解析

    • 著者名/発表者名
      大原謙一, 金山 雅人, 平沼 悠太, 高橋弘毅, Jordan B. Camp, Alexander Stroeer
    • 学会等名
      日本天文学会2013年春季年会
    • 発表場所
      埼玉大学
  • [学会発表] On Investigating EMD Parameters to Search for Gravitational Waves

    • 著者名/発表者名
      高橋弘毅, 大原謙一, 金山 雅人, 平沼 悠太, Jordan B. Camp,
    • 学会等名
      文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究「重力波天体 の多様な観測による宇宙物理学の新展開」第1回シンポジウム
    • 発表場所
      大阪市立大学
  • [学会発表] 連星系からの重力波とその観測

    • 著者名/発表者名
      高橋 弘毅
    • 学会等名
      連星系変光星低温度星研究会
    • 発表場所
      東京大学天文学教育センター木曽観測所
    • 招待講演
  • [学会発表] Constructing an Alert System with the Hilbert Huang Transform in Search for Gravitational Wave Bursts

    • 著者名/発表者名
      高橋弘毅, 大原謙一, 金山 雅人, 平沼 悠太, Jordan B. Camp, Alexander Stroeer
    • 学会等名
      日本天文学会2012年秋季年会
    • 発表場所
      大分大学
  • [学会発表] Effectiveness of Empirical Mode Decomposition in Search for Gravitational Wave Signals III

    • 著者名/発表者名
      高橋弘毅, 大原謙一, 金山 雅人, 平沼 悠太, Jordan B. Camp, Alexander Stroeer
    • 学会等名
      日本物理学会秋期大会
    • 発表場所
      京都産業大学

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公開日: 2014-07-24  

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