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研究成果報告(2001-2003)「一般相対論に於ける数値計算を安定化させる数学的背景の解明」 [html] or [pdf]
研究成果報告(2010-2013)「高次元時空における時空特異点形成条件の解明」 [html] or [pdf]
研究成果報告(2013-2017)「拡張重力理論における非線形ダイナミクス」[html]
研究成果報告(2017-2021)「重力波データ解析による重力理論の検証」(this page)
研究成果報告書
重力波データ解析による重力理論の検証
Testing gravity theories using gravitational waves
平成29(2017)年度--34(2021)年度
科学研究費補助金 新学術領域研究「重力波物理学・天文学：創世記」
計画研究A01「重力波データ解析による重力理論の検証」
研究分担 （研究代表者：田中貴浩）平成30年(2018年) 4月 [初年度の研究成果報告]
真貝寿明 Hisaaki Shinkai
大阪工業大学情報科学部 教授
１．研究の目的（概要）
２．研究実績の概要（2017年度まで）
３．研究成果の詳細（2017年度まで）
４．研究発表リスト（2017年度まで）
１．研究の目的（概要）
Advanced LIGOの観測によりブラックホール(BH)連星の存在が直接確認され、これまでにない強い重力場での物理現象の検証が可能となってきた。一般相対性理論の適用限界を検証することは重力波物理学の中心的課題のひとつである。BH 連星の合体は、物理的不定性も少なく、強い重力場での理論検証にとって理想的な現象である。加えて、今後、本格的に KAGRAとLIGO/Virgoとの間でのデータ共有が進み、多数の同様のイベントの検出が期待される。
そこで、本計画研究では、BH 連星合体からの重力波の先進的なデータ解析手法を開発することで、重力理論の検証、BH時空の理解、BH連星進化の理解を進展させることを研究目的とする。
２．研究実績の概要 （2017年度まで）
2017年度（H29年度）は，「Gauss-Bonnet重力理論での特異点形成」についての論文をまとめ，投稿し，掲載された[1][2]．ワームホールのダイナミクスおよびスカラー波の衝突現象において，高次の曲率項は特異点形成を避ける方向にはたらくことを結論づけた．また，trapped surfaceの存在は必ずしも最終的なBH形成を意味しないこともあり得ることを結論した． 次の課題として，dilaton場を含めたGauss-Bonnet重力理論での問題に着手し，基本となる場の方程式の導出を行っている．
ブラックホール合体と重力波イベントの関連については，中間質量・超巨大質量ブラックホールの合体現象によって発生する重力波[3]が，地球上では検出できない低周波数領域に相当することから，宇宙空間での重力波検出計画（LISA, DECIGO）でのイベントレートの見積もりや，より技術的に実現性の高い光格子時計を用いた宇宙空間での重力波検出の新たな方法を提案した．どちらも論文執筆中である．
重力理論を重力波のデータ解析から明らかにするための手法として，ブラックホール合体の最終段階で発生するリングダウン重力波の解析が有力視されている．しかし短時間で消失するこのリングダウン部分をノイズに埋もれたデータから抽出する手法はまだ確立していない．そこで，自己回帰モデル(auto-regressive 法）を用いて，短時間のデータから波形を再構築する方法を重力波のデータ解析に応用し，リングダウン部分を捉えられることを示した．また，A01計画研究グループで，リングダウン部分の疑似データ解析チャレンジプロジェクトを行い，AR法による結果を準備している．いずれも論文執筆中である．
真貝は，2017年8月に，日本の重力波干渉計KAGRAプロジェクトの科学部門実行委員長に選出され，2019年度中の本格観測開始に向けて，組織の構築に尽力することになった．2016年4月の試運転時の論文をまとめる[4]とともに，現在2018年4月の試運転時の論文執筆を進めている．
３．研究成果の詳細（2017年度まで）
PDF版 査読付論文誌掲載 Nonlinear dynamics in the Einstein-Gauss-Bonnet gravity
by H. Shinkai, and T. Torii
Physical Review D96 (2017) 044009 (14 pages)[pdf] (APS page) [1] 査読付論文誌掲載 Colliding scalar pulses in the Einstein-Gauss-Bonnet gravity
by H. Shinkai, and T. Torii
Europian Physics Journal, Web of Conferences 168, 04014 (2018) (5 pages)[pdf] (EPJ page) [2] 査読付論文誌掲載 Event Rates of Gravitational Waves from merging Intermediate mass Black Holes: based on a Runaway Path to a SMBH
by H. Shinkai
Europian Physics Journal, Web of Conferences 168, 05002 (2018) (5 pages)[pdf] (EPJ page) [3] 査読付論文誌掲載 Construction of KAGRA: an Underground Gravitational Wave Observatory
by KAGRA collaboration
Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2018, 1, 013F01 (2018) (23 pages)[pdf] (PTEP page) [4] 一般雑誌掲載 『光格子時計による重力波検出』（玉川徹，真貝寿明，野田篤司，香取秀俊，牧野淳一郎，戎崎俊一） 岩波「科学」2017年12月号掲載
４．研究発表リスト（2017年度まで）
- H. Shinkai
Gravitational waves from merging intermediate-mass black holes
The 13th International Conference on Gravitation, Astrophysics, and Cosmology (ICGAC-XIII), Seoul, Korea，2017年7月- H. Shinkai, T. Torii
Nonlinear dynamics in Einstein-Gauss-Bonnet gravity
The 13th International Conference on Gravitation, Astrophysics, and Cosmology (ICGAC-XIII), Seoul, Korea，2017年7月- 真貝寿明，戎崎俊一
中間質量ブラックホール合体モデルと重力波観測
日本物理学会，宇都宮大学，2017年9月- H. Shinkai
Nonlinear dynamics in Einstein-Gauss-Bonnet gravity
European Einstein Toolkit Workshop 2017, Spain，2017年10月- H. Shinkai
Event rates of gravitational waves in space-borne detectors based on a hierarchical growth model of SMBHs
The 27th workshop on General Relativity and Gravitation in Japan (JGRG27)，広島大学，2017年11月- S. Yamamoto, H. Shinkai
Analysis of ringdown waveform using Auto-Regressive model
The 27th workshop on General Relativity and Gravitation in Japan (JGRG27)，広島大学，2017年11月- H. Shinkai
Intermediate-mass black holes as sources of gravitational waves
International Symposium on Cosmology and Particle Astrophysics (CosPA 2017)，京都大学，2017年12月- 真貝寿明，玉川徹，野田篤司，香取秀俊，牧野淳一郎，戎崎俊一
光格子時計を用いた重力波検出法の提案
日本物理学会，東京理科大学，2018年3月
Last updated: 2018/4/1
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