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，我们创建了一种用于分析重力波数据的工具，以阐明重力理论的首选参数区域。特别是，我们专注于降落时期，这是由二进制黑洞引起的引力波的最后阶段，并构建了一个验证程序，以捕获波形在当时捕获其由于超过相对论一般理论的理论而变化时的波形。在此理论验证中，我们检查了从数据估计的参数如何与一般相对论一致，以及是否存在偏差或偏差，是否通过处理将重力波形表征在响声周期中的两个频率作为可能偏离普遍相对性预测的参数。使用注射测试使用伪数据检查创建程序的操作，其中将理论波形插入到高斯噪声中。使用从SXS引力波数据库中提取的模拟波形创建具有各种质量和比率的伪数据。结果，发现注射测试插入了通过一般相对性预测的波形，能够以高精度估算一般相对性的预测值，并且可以实现预测的行为和验证。在使用实际观察数据的理论验证中，我们研究了通过Ligo-Virgo合作进行观察和发布的引力波目录（GWTC-1、2.1、2.1、2.1、3-配置目录），并为所有事件进行了参数调查，除了两个事件外，除了两个似乎是中子星星星星的事件外，我们还堆叠了一般性的验证，这些事件还堆叠了一般的理论，这些事件均已验证一般的理论，这些事件均已验证一般的理论，该理论是理论的。结果，即使在当前观察结果中，在回合期间的信噪比不足以高，观察到的数据也与3σ水平的一般相对性一致。

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