Development of data analysis toward the search for cosmological stochastic background of gravitational waves

寻找引力波宇宙学随机背景的数据分析的发展

基本信息

批准号：
21K03580
负责人：
姫本宣朗
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

現在稼働中のLIGO・Virgo・KAGRAや建造予定のEinstein Telescopeに代表される第3世代の重力波検出器の完成によって、多数のコンパクト連星合体からの重力波による天体起源的背景重力波や、初期宇宙に起源を持つ宇宙論的背景重力波の検出が、現実味を帯びてきている。このような背景重力波の検出には、複数台の検出器から得られるデータ間で相関を取る相関解析が本質的である。なぜなら、ランダムな位相と非常に小さな振幅をもった重力波が重ね合わさった結果として存在している背景重力波は、特徴的な波形をもたないため、一台の検出器では雑音との区別が原理的に不可能だからである。しかしながら、地球規模で存在する擾乱が重力波検出器に影響を与える場合、十分離れた2台の検出器でも、重力波以外の相関が現れ、相関雑音による重力波誤検出を誘発する恐れがある。このような相関雑音の主要な原因の一つが、シューマン共鳴磁場と呼ばれる大域磁場であり、事実、深刻な影響を及ぼす可能性があることがこれまでに報告されている。本年度では、シューマン共鳴磁場による相関雑音が背景重力波の検出に与える影響について、フィッシャー解析に基づいて定量的に明らかにした。具体的には、パラメトライズされた相関雑音のもとで、背景重力波のパラメーターを相関雑音のモデルパラメーターと同時に推定しても、パラメーター間の強い縮退は起こらず、従来通りに、背景重力波の振幅・ベキ指数を制限・推定できること、またその一方で、相関雑音を無視して背景重力波だけでパラメーター推定を行った場合には、背景重力波の振幅やベキ指数のベストフィット値がバイアスされることなどについて明らかにした。この成果は論文として， Physical Review Dに掲載採択された。

随着第三代重力探测器的完成，例如当前操作的Ligo，处女座和Kagra以及计划建造的Einstein望远镜，该望远镜的检测是由众多紧凑型二进制星形组合和相思性的背景浪潮引起的自天体起源背景引力波的检测，并且是早期的启动。检测这种背景引力波的基本部分是相关分析，该分析与从多个检测器获得的数据之间相关。这是因为背景引力波是由于随机相和引力波的重叠而产生的，其幅度很小，但没有独特的波形，从原则上讲，不可能用单个检测器将它们与噪声区分开。但是，当全球现有的干扰影响重力波检测器时，即使是两个相距遥远的探测器也可能引起相关性，而除了引力波以外，还会导致由于相关噪声引起的重力波的错误检测。据报道，这种相关噪声的主要原因之一是被称为舒曼共振场的全球磁场，实际上可能会产生严重的影响。在今年，我们定量阐明了由舒曼的共振磁场引起的相关噪声对基于Fisher分析检测背景引力波的影响。具体而言，我们已经揭示了，即使背景引力波的参数与参数化的噪声相关噪声下的相关噪声的模型参数同时估计，也不会发生参数之间的强变性，并且在不限制背景的范围内，在不限制背景的情况下，参数之间的强度和功率指数也可以限制，并且在其他方向上是在其他方向上进行的，并且在其他噪声上均在其他噪声上进行噪声，并且在其他噪声上进行了噪声，该噪声是在其他噪声上进行的，并且是在其他噪声上进行的，并且在另一个噪声上进行噪声，并且在其他方面均可依赖于其他噪声。背景引力波和功率指数的最佳拟合值的幅度有偏见。这项工作是作为物理评论的论文发表的。