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。

随着目前正在运行的LIGO、Virgo、KAGRA等第三代引力波探测器的建成以及计划建造的爱因斯坦望远镜，将有可能探测到众多致密双星并合产生的引力波引起的天文背景引力波探测起源于早期宇宙的宇宙背景引力波正在成为现实。这种背景引力波的探测本质上需要相关分析来确定从多个探测器获得的数据之间的相关性。这是因为背景引力波是由随机相位和很小幅度的引力波叠加而存在的，不具有特征波形，因此单个探测器无法将其与噪声区分开来。原则。然而，如果全球范围内存在的扰动影响引力波探测器，即使两个探测器相距足够远，也可能会出现引力波以外的相关性，并且存在相关噪声可能导致引力波误检测的风险。这种相关噪声的主要原因之一是称为舒曼共振磁场的全局磁场，到目前为止有报道称它实际上可能会产生严重的影响。今年，我们基于Fisher分析定量阐明了舒曼共振磁场引起的相关噪声对背景引力波探测的影响。具体来说，在参数化相关噪声下，即使背景引力波参数与相关噪声模型参数同时估计，参数之间也不会出现强简并性，另一方面可以限制和估计幅度和功率指标；另一方面，如果仅使用背景引力波来估计参数而忽略相关噪声，则背景引力波振幅和功率指数的最佳拟合值将会有偏差。该结果作为论文发表在《Physical Review D》上。