重力波を通じた新物理の探究-データ解析ツールの開発とその応用-

通过引力波探索新物理 - 数据分析工具开发及其应用 -

• 批准号: 21K13921
• 负责人: 山田 慧生
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13921/
• 关键词: 一般相対論; 重力波; データ解析; リングダウン; 修正重力理論; ブラックホール; 重力理論; 暗黒物質

本年度は重力理論の好ましいパラメター領域を明らかにする目的のため，重力波データ解析のためのツール作成を行なった．特に，連星ブラックホール合体による重力波における最終段階であるリングダウン期に着目し，その時期の波形が一般相対論を超える理論によって変化した場合にこれを捉えるための検証プログラムを構築した．この理論検証においては，リングダウン期における重力波形を特徴付ける２つの周波数を一般相対論の予言からずれ得るパラメターとして扱うことで，データから推定されたパラメターが如何に一般相対論と一致しているか，はたまたずれがあるのかを調べた．作成したプログラムの動作確認はガウシアンノイズの中に理論波形を挿入した擬似データを用いたインジェクションテストで行った．さまざまな質量やその比を持つ擬似データをSXS重力波データベースから取り出したシミュレーション波形を用いて作成した．結果として，一般相対論によって予言される波形を挿入したインジェクションテストでは高い確度で一般相対論の予言値を推定することが出来ており，想定通りの動作・検証が可能であることがわかった．実際の観測データを用いた理論検証においてはLIGO-Virgoコラボレーションによって観測・公開されている重力波カタログ（GWTC-1, 2.1, 3-confident catalogs）を対象とし，中性子星連星合体と思われる２つのイベントを除いた全てのイベントに対してパラメターサーベイを行うとともに，それらの結果をスタックして一般相対論の理論検証を行なった．結果として，リングダウン期の信号雑音比が十分に高くない現状の観測においても観測データは３σレベルで一般相対論と無矛盾であることが示された．

今年，为重力波数据分析创建了工具，以阐明优选重力理论的参数区域。特别是，我们专注于降落期，这是由于关节星黑洞联合引起的引力波的最后阶段，并构建了一个验证程序，以捕获这一点，如果当时的波形随着理论的变化而超过了总体相对理论。在此理论验证中，表征在环向下周期中的重力波形的两个频率被视为可以从大相关理论的预言中取代的参数，以及从数据中估计的参数如何与大相对理论相匹配有一个突破。创建程序的操作是在注射测试中使用伪数据进行的，将理论波形插入高斯噪声中。使用SXS重力波数据库取出的模拟波形创建具有不同质量和比率的伪数据。结果，发现注射测试插入了由大相关理论预测的波形，可以以高精度估算大型相对理论的蛋白质价值，并且可以按预期进行操作和验证。在使用实际观察数据的理论验证中，引力波目录（GWTC-1、2.1、3-符合目录）由Ligo-Virgo协作观察和发布，并被认为是中性淀粉2进行参数调查。对于除一个事件以外的所有事件，并且这些结果被堆叠以验证一般亲戚的理论。结果，结果表明，观察数据与当前观察结果的3σ水平的一般亲戚不一致，即环下降低的信号噪声比不够高。

项目成果

Testing ringdown signal with modified templates

使用修改后的模板测试振铃信号

• 发表时间: 2022
• 作者: Shiori Shakuto;Kei Yamada
• 通讯作者: Kei Yamada

パラメター化したテンプレートを用いたリングダウン波形の検証

使用参数化模板验证振铃波形

• 发表时间: 2022
• 作者: 富樫甫;鷹野正利;富樫甫;Hajime Togashi;富樫甫;富樫甫;山田慧生
• 通讯作者: 山田慧生