アインシュタインが一般相対性理論を創り上げて 100 年後，彼の予言した「時空の歪みの伝播（重力波）」が 米国の LIGO（レーザー干渉計）によって初めて捉えられました．連星ブラックホールの合体現象の痕跡でした．そして，2017 年 8 月には，連星中性子星の合体現象が検出され，直後に世界中の天文台が追観測を実施して，『重力波天文学』が幕をあけました．本研究室は，これまで，シミュレーション研究および手法の研究を中心にして，一般相対性理論の描く動的な時空の解明を研究をしてまいりましたが，重力波に関しては，表題の3研究を中心に進めています．

振幅がとても小さく，ノイズに埋もれた重力波観測データから，未知の重力波信号を取り出す手法の開発が必要になります．原理的には，質量をもつ物体が加速度運動すれば重力波は発生しますが，観測できるほどの振幅になるのは天体スケールのもの になります．しかも，天文学的な距離を伝播することで波が減衰することを加味する と，長距離での時空の歪みを測定する必要があります．現在の地上レーザー干渉計は 3km （LIGO は 4km） の腕で，ターゲットとする重力波の典型的な相対振幅は10の-21乗（太陽・地球間の距離で原子核1つ分），周波数は 100~2000Hz のものです．（宇宙空間に出れば低周波のものが観測可能になります）．

測定されるデータは地面振動や機器の熱振動・レーザー光の量子ゆらぎなどのノイズに埋もれていて，重力波として抽出するためには，あらかじめ想定される波形との相関をみるマッチド・フィルタリング解析が主流です．通常と異なるスペクトルを探知するバースト・サーチ手法も使われています．重力波検出の兆候が報告されると，シミュレーションで得られた波形とモンテカルロ法を駆使したベイズ推定が 1000コア程度の並列計算で行われます．決めなければならないパラメータ空間が大きいのが問題になります．（連星合体の波形の場合，14 パラメータの特定が必要．）

現状の手法の問題点は，計算時間がかかりすぎること，既知の重力波波形にしか対応できないこと，ベイズ推定の事前推定が収束性から常に問題になることなどです．機械学習による手法も模索されはじめましたが，学習データの必要数を含めて研究途上です．本研究室では，スパースモデリングによるノイズ除去や，自己回帰法や独立成分分析法などによる（テンプレートを用いない）波形抽出など従来にない方法構築を目指しています．

今後，重力波観測装置の性能があがり，検出数が増加すると，連星ブラックホールや連星中性子星の形成過程の解明が進みます．これらは現在未解明である銀河中心ブラックホールの形成過程へのヒントを与えます．また，一般相対性理論がどこまで正しい理論なのか，という検証も可能になります．当研究室ではこの 2 点をターゲットにして，手法上の独自性も含めた研究を展開します．

科学が巨大になるにつれ，一般の方へのフィードバックも重視される時代になりました．いわゆる EPO （Education & Public Outreach） 活動も今後展開する必要があります．当研究室は，KAGRA-EPO の代表として，LIGO-Virgo と連携した EPO 活動の拠点 ともなっています．

重力波データ抽出方法の開発ページ　https://www.oit.ac.jp/is/shinkai/GWdata2019/

科研費・基盤研究(C) 「重力波観測データから探るブラックホール形成シナリオへの制限と一般相対性理論の検証」（2024-2028年度，課題番号24K07029，研究代表）

科研費・基盤研究(B) 「重力波データ抽出方法の開発：新たな解析手法および分散型コンピューティングの導入」（2019–2023年度，課題番号19H01901，研究代表）