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| Original Text | 日本語訳 |
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| The inclusion of spin effects in the binary dynamics for black hole and neutron stars is crucial for the computation of gravitational wave observables. Worldline supersymmetric models have shown to be particularly efficient at this task up to quadratic order in spin, but progress at higher orders has been hampered by no-go-theorems. In this work we propose a novel approach to overcome this problem by extending the supersymmetry beyond minimal coupling. We demonstrate the potential of this approach by computing an all-order in spin and linear in curvature, manifestly supersymmetric Hamiltonian, as well as a cubic order in spin Hamiltonian in arbitrary spacetime dimensions. In doing so, we identify a criterion that uniquely determines the Kerr geometry in terms of worldline supersymmetry. Equipped with these Hamiltonians, we demonstrate the exponentiation of three-point and Compton amplitudes using the recently proposed Generalized Wilson line approach. | ブラックホールと中性子星の連星ダイナミクスにスピン効果を取り入れることは、重力波観測量の計算にとって極めて重要である。 世界線超対称モデルは、スピンの2乗オーダーまでは特に効率的であることが示されているが、高次オーダーでの進歩は、禁制定理によって妨げられてきた。 本研究では、超対称性を最小結合を超えて拡張することで、この問題を克服する新しいアプローチを提案する。 我々は、スピンの全オーダー、曲率の線形、そして明白に超対称なハミルトニアン、および任意の時空次元におけるスピンの3乗オーダーのハミルトニアンを計算することで、このアプローチの可能性を示す。 その際、世界線超対称性の観点からカー幾何学を一意に決定する基準を特定する。 これらのハミルトニアンを用いて、最近提案された一般化ウィルソン線アプローチを用いて、3点振幅とコンプトン振幅のべき乗を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper a relation between entangled states and geometry is studied. In particular, the area of 2D parallelogram is obtained from an entangled 4-qubit state. In addition, the vector area of a 3D parallelogram is derived from entangled 6-qubit states. Moreover, the volume of a 3D parallelepiped is deduced from an entangled 9-qubit state. Furthermore, it has been provided the quantum circuit in qiskit code for these entangled states. It is worth mentioning that parallelograms and parallelepipeds serve as fundamental building blocks for more sophisticated geometric structures. | 本論文では、エンタングル状態と幾何学の関係について考察する。 特に、2次元平行四辺形の面積は、エンタングルされた4量子ビット状態から得られる。 さらに、3次元平行四辺形のベクトル面積は、エンタングルされた6量子ビット状態から導出される。 さらに、3次元平行六面体の体積は、エンタングルされた9量子ビット状態から推定される。 さらに、これらのエンタングル状態のためのQiskitコードによる量子回路も提供されている。 平行四辺形と平行六面体は、より洗練された幾何学構造の基本的な構成要素として機能することは特筆に値する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We demonstrate that the statistical fluctuations in resonant radiation detectors operating in homodyne and heterodyne modes offers additional, complementary information to that obtained from their direct operation as click detectors. We use this to refine tests of the coherent state hypothesis of interest in connection with gravitational wave fields. | ホモダインモードおよびヘテロダインモードで動作する共鳴放射線検出器の統計的変動は、クリック検出器としての直接動作から得られる情報に加えて、追加的かつ補完的な情報を提供することを示す。 これを用いて、重力波場との関連において関心の高いコヒーレント状態仮説の検証を精緻化する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A random matrix model definition of a family of ${\cal N}{=}1$ supersymmetric extensions of the Virasoro minimal string of Collier, Eberhardt, M\"{u}hlmann, and Rodriguez is presented. An analysis of the defining string equations shows that the models all naturally have unambiguous non-perturbative completions, which are explicitly supplied by the double-scaled orthogonal polynomial techniques employed. Perturbatively, the multi-loop correlation functions of the model define a special supersymmetric class of ``quantum volumes'', generalizing the prototype case, some of which are computed. | Collier、Eberhardt、M\"{u}hlmann、およびRodriguezによるVirasoro極小弦の${\cal N}{=}1$超対称拡張族のランダム行列モデル定義が提示される。 定義弦方程式の解析により、モデルはすべて、用いられる二重スケール直交多項式技法によって明示的に提供される、一義的な非摂動論的完備化を自然に持つことが示される。 摂動論的には、モデルの多重ループ相関関数は、プロトタイプケースを一般化する特別な超対称クラスの「量子体積」を定義し、そのいくつかは計算されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational radiation from known astrophysical sources is conventionally treated classically. This treatment corresponds, implicitly, to the hypothesis that a particular class of quantum-mechanical states -- the so-called coherent states -- adequately describe the gravitational radiation field. We propose practicable, quantitative tests of that hypothesis using resonant bar detectors monitored in coincidence with LIGO-style interferometers. Our tests readily distinguish fields that contain significant thermal components or squeezing. We identify concrete circumstances in which the classical (i.e., coherent state) hypothesis is likely to fail. Such failures are of fundamental interest, in that addressing them requires us to treat the gravitational field quantum-mechanically, and they open a new window into the dynamics of gravitational wave sources. | 既知の天体源からの重力放射は、従来、古典的に扱われてきた。 この扱いは、暗黙のうちに、ある種の量子力学的状態、いわゆるコヒーレント状態が重力放射場を適切に記述するという仮説に対応している。 我々は、LIGO型の干渉計と同時に観測される共鳴棒検出器を用いて、この仮説の実用的かつ定量的な検証を提案する。 この検証は、顕著な熱成分やスクイージングを含む場を容易に識別する。 我々は、古典的（すなわちコヒーレント状態）仮説が成り立たない可能性のある具体的な状況を特定する。 このような仮説の成り立ちの悪さは、それに対処するには重力場を量子力学的に扱う必要があるという点で根本的に興味深いものであり、重力波源のダイナミクスへの新たな窓を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Bialynicki-Birula and Charzynski argued that a gravitational wave emitted during the merger of a black hole binary may be approximated by a circularly polarized wave which may in turn trap particles [1]. In this paper we consider particle motion in a class of gravitational waves which includes, besides circularly polarized periodic waves (CPP) [2], also the one proposed by Lukash [3] to study anisotropic cosmological models. Both waves have a 7-parameter conformal symmetry which contains, in addition to the generic 5-parameter (broken) Carroll group, also a 6th isometry. The Lukash spacetime can be transformed by a conformal rescaling of time to a perturbed CPP problem. Bounded geodesics, found both analytically and numerically, arise when the Lukash wave is of Bianchi type VI. Their symmetries can also be derived from the Lukash-CPP relation. Particle trapping is discussed. | Bialynicki-BirulaとCharzynskiは、ブラックホール連星の合体時に放出される重力波は、円偏波波で近似でき、それが粒子を捕捉する可能性があると主張した[1]。 本論文では、円偏波周期波（CPP）[2]に加えて、ルカシュが異方性宇宙論モデルを研究するために提唱した[3]を含む重力波のクラスにおける粒子の運動を考察する。 どちらの波も7パラメータの共形対称性を持ち、一般的な5パラメータ（破れた）キャロル群に加えて、6番目の等長対称性も含む。 ルカシュ時空は、摂動を受けたCPP問題への時間の共形リスケーリングによって変換できる。 解析的にも数値的にも発見された有界測地線は、ルカシュ波がビアンキVI型である場合に生じる。 これらの対称性は、ルカシュ-CPP関係からも導かれます。 粒子のトラッピングについて議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Arising from admissible extended scale-critical short-pulse initial data, we show that 3+1 dimensional Einstein vacuum equations admit dynamical Kerr black hole formation solutions. Our hyperbolic arguments combine the scale-critical gravitational-collapse result by An--Luk with the recent breakthrough by Klainerman--Szeftel on proving nonlinear Kerr stability with small angular momentum, which requires us to perform various specific coordinate changes and frame transformations. Furthermore, allowing large spacetime angular momentum, with new elliptic arguments and precise leading order calculations, we also solve the apparent horizon in Kerr black hole formation spacetimes (including Klainerman--Szeftel's Kerr stability spacetimes) and conduct an exploration, detailing the emergence, evolution, asymptotics and final state of the apparent horizon. Building on our analysis, without time symmetric assumption, we then put forward a new mathematical framework and prove both the dynamical Penrose inequality and the spacetime Penrose inequality in our black-hole formation spacetimes and in the perturbative regime of subextremal Kerr black holes. Collectively, without assuming any symmetry, we extend Christodoulou's celebrated trapped surface formation theorem to a black hole formation result. | 許容される拡張スケール臨界短パルス初期データから、3+1次元アインシュタイン真空方程式が動的カーブラックホール形成解を許容することを示す。 我々の双曲型議論は、アン＝ルクによるスケール臨界重力崩壊の結果と、クライナーマン＝シェフテルによる小さな角運動量での非線形カー安定性の証明に関する最近のブレークスルーを統合するものであり、そのためには様々な特定の座標変換とフレーム変換が必要となる。 さらに、大きな時空角運動量を許容し、新しい楕円型議論と正確な主要順序計算を用いて、カーブラックホール形成時空（クライナーマン＝シェフテルのカー安定性時空を含む）における見かけの地平線を解き、その見かけの地平線の出現、進化、漸近挙動、および終状態を詳細に調査する。 時間対称性の仮定を置かずに、我々の解析に基づき、新たな数学的枠組みを提示し、ブラックホール形成時空と亜極限カーブラックホールの摂動領域において、動的ペンローズ不等式と時空ペンローズ不等式の両方を証明した。 全体として、いかなる対称性も仮定することなく、クリストドゥルーの有名な捕捉面形成定理をブラックホール形成の結果に拡張した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss a local, diff-invariant quantum effective action for gravity that captures the trace anomaly via a counter-term. We discuss why this counter-term is the most significant among infinitely many possible ones, and show how the counter-term leads to a scattering amplitude that is strongly coupled at arbitrarily low energies. We show how the introduction of a new sector with spontaneously broken scale invariance removes the strong coupling problem, and discuss some physical consequences due to the new sector. Three Appendices summarize quantum effective actions -- highlighting connections between their local, and seemingly non-local formulations -- for the scale anomaly in 4D QED, for the axial anomaly in 2D QED, and for the scale anomaly in a 2D sigma model. | 我々は、重力に対する局所的かつ微分不変な量子有効作用について議論する。 これは、対項によってトレース異常を捉える。 この対項が、無限に存在する可能性のある対項の中でなぜ最も重要なのかを議論し、対項が、任意の低エネルギーで強く結合した散乱振幅をどのようにもたらすかを示す。 自発的に破れたスケール不変性を持つ新しいセクターの導入によって、強結合問題がどのように解消されるかを示し、新しいセクターによるいくつかの物理的帰結について議論する。 3つの付録では、4次元QEDにおけるスケール異常、2次元QEDにおける軸異常、および2次元シグマ模型におけるスケール異常について、量子有効作用を要約し、それらの局所的および一見非局所的な定式化間の関連性を強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A new semi-supervised machine learning package is introduced which successfully solves the Euclidean vacuum Einstein equations with a cosmological constant, without any symmetry assumptions. The model architecture contains subnetworks for each patch in the manifold-defining atlas. Each subnetwork predicts the components of a metric in its associated patch, with the relevant Einstein conditions of the form $R_{\mu \nu} - \lambda g_{\mu \nu} = 0$ being used as independent loss components (here $\mu,\nu = 1, 2, \cdots, n$, where $n$ is the dimension of the Riemannian manifold, and the Einstein constant $\lambda \in \{+1, 0, -1\}$). To ensure the consistency of the global structure of the manifold, another loss component is introduced across the patch subnetworks which enforces the coordinate transformation between the patches, $g' = J^T g J$, for an appropriate analytically known Jacobian $J$. We test our method for the case of spheres represented by a pair of patches in dimensions 2, 3, 4, and 5. In dimensions 2 and 3, the geometries have been fully classified. However, it is unknown whether a Ricci-flat metric can exist on spheres in dimensions 4 and 5. This work hints against the existence of such a metric. | 対称性を仮定することなく、宇宙定数を含むユークリッド真空アインシュタイン方程式を解くことができる、新しい半教師あり機械学習パッケージが導入されました。 このモデルアーキテクチャは、多様体定義アトラス内の各パッチに対応するサブネットワークで構成されています。 各サブネットワークは、対応するパッチにおける計量の成分を予測します。 その際、関連するアインシュタイン条件 $R_{\mu \nu} - \lambda g_{\mu \nu} = 0$ が独立した損失成分として使用されます（ここで、$\mu,\nu = 1, 2, \cdots, n$ であり、$n$ はリーマン多様体の次元、アインシュタイン定数 $\lambda \in \{+1, 0, -1\}$ です）。 多様体の大域構造の一貫性を保証するために、パッチサブネットワーク全体に別の損失成分が導入され、適切な解析的に既知のヤコビアン$J$に対して、パッチ間の座標変換$g' = J^T g J$が強制的に適用されます。 我々は、次元2、3、4、5のパッチのペアで表される球面の場合について、この手法をテストします。 次元2と3では、幾何学は完全に分類されています。 しかし、次元4と5の球面上にリッチ平坦計量が存在できるかどうかは不明です。 本研究は、そのような計量の存在を示唆していません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Acoustic black holes, analogs of gravitational black holes created in fluid systems, have recently been embedded within Schwarzschild spacetime using the Gross-Pitaevskii theory, leading to configurations with both event and acoustic horizons. This study examines the motion of vortices, modeled as unit-mass relativistic test particles, around a slow-rotating curved acoustic black hole. We analyse the stability of circular orbits, identifying the innermost stable circular orbit (ISCO), and investigate the chaotic dynamics of vortices perturbed from unstable circular orbits near the acoustic horizon. Using the Lyapunov exponent to quantify this chaos, we assess whether it satisfies the Maldacena-Shenker-Stanford bound $(\lambda \le 2 \pi T_H)$, a limit established for gravitational black holes in general relativity. Our results show that, in non-extremal cases $(\xi > 4)$, the Lyapunov exponent respects the bound near the horizon, while in extremal cases $(\xi = 4)$, it is violated due to vanishing surface gravity. These findings highlight similarities between acoustic and gravitational black holes, advancing the analogy in the context of chaos and orbital dynamics. | 流体系に形成される重力ブラックホールの類似物である音響ブラックホールは、最近、グロス＝ピタエフスキー理論を用いてシュワルツシルト時空に埋め込まれ、事象地平線と音響地平線の両方を持つ構成を導きました。 本研究では、単位質量の相対論的テスト粒子としてモデル化された渦が、低速で回転する湾曲した音響ブラックホールの周りを移動する様子を調べます。 円軌道の安定性を解析し、最内周安定円軌道（ISCO）を特定し、音響地平線付近の不安定な円軌道から摂動を受ける渦のカオス的ダイナミクスを調査します。 このカオスをリャプノフ指数を用いて定量化し、一般相対論における重力ブラックホールに対して確立された限界であるマルダセナ＝シェンカー＝スタンフォード境界$(\lambda \le 2 \pi T_H)$を満たすかどうかを評価し、その限界が音響ブラックホールの限界であるかどうかを検証します。 我々の結果は、非極限的なケース（\xi > 4）では、リアプノフ指数は地平線付近の境界を遵守するが、極限的なケース（\xi = 4）では、表面重力がゼロになるために境界が破れることを示している。 これらの発見は、音響ブラックホールと重力ブラックホールの類似点を浮き彫りにし、カオスと軌道力学の文脈における類推を前進させるものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider properties of the gravitational path integral, ${Z}_{\text{grav}}$, of a four-dimensional gravitational effective field theory with $\Lambda>0$ at the quantum level. To leading order, ${Z}_{\text{grav}}$ is dominated by a four-sphere saddle subject to small fluctuations. Beyond this, ${Z}_{\text{grav}}$ receives contributions from additional geometries that may include Einstein metrics of positive curvature. We discuss how a general positive curvature Einstein metric contributes to ${Z}_{\text{grav}}$ at one-loop level. Along the way, we discuss Einstein-Maxwell theory with $\Lambda>0$, and identify an interesting class of closed non-Einstein gravitational instantons. We provide a detailed study for the specific case of $\mathbb{C}P^2$ which is distinguished as the saddle with second largest volume and positive definite tensor eigenspectrum. We present exact one-loop results for scalar particles, Maxwell theory, and Einstein gravity about the Fubini-Study metric on $\mathbb{C}P^2$. | 量子レベルで$\Lambda>0$となる4次元重力有効場理論の重力経路積分${Z}_{\text{grav}}$の特性を考察する。 ${Z}_{\text{grav}}$は、主要位数において、小さな変動を受ける4球面鞍型構造によって支配される。 これに加えて、${Z}_{\text{grav}}$は、正曲率のアインシュタイン計量を含む可能性のある追加の幾何学からの寄与を受ける。 一般的な正曲率のアインシュタイン計量が、1ループレベルでどのように${Z}_{\text{grav}}$に寄与するかを議論する。 その過程で、$\Lambda>0$となるアインシュタイン-マクスウェル理論を議論し、興味深い種類の閉じた非アインシュタイン重力インスタントンを特定する。 我々は、体積が2番目に大きく、テンソル固有スペクトルが正定値である鞍点として特徴付けられる$\mathbb{C}P^2$の特定のケースについて詳細な研究を行う。 $\mathbb{C}P^2$上のFubini-Study計量について、スカラー粒子、マクスウェル理論、およびアインシュタイン重力に対する正確な1ループ結果を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this short paper, we investigate the impact of selecting only a subset of bright galaxies to provide redshift information for a dark standard siren measurement of the Hubble constant $H_0$. Employing gravitational-wave observations from the Third Gravitational-Wave Transient Catalogue (GWTC-3) in conjunction with the GLADE+ galaxy catalogue, we show that restricting to bright galaxy subsets can enhance the precision of the $H_0$ estimate by up to $80\%$ in the most favorable scenario. A comprehensive assessment of systematic uncertainties is still required. This work lays the foundation for employing alternative tracers -- such as brightest cluster galaxies (BCGs) and luminous red galaxies (LRGs) -- in gravitational-wave cosmology, particularly at redshifts where conventional galaxy catalogues offer limited coverage. | この小論文では、ハッブル定数$H_0$の暗黒標準サイレン測定のための赤方偏移情報を得るために、明るい銀河のサブセットのみを選択することの影響を調査する。 第三重力波トランジェントカタログ（GWTC-3）の重力波観測をGLADE+銀河カタログと組み合わせて用いることで、明るい銀河のサブセットに限定することで、最も好ましいシナリオにおいて$H_0$の推定精度が最大$80\%$向上することを示す。 系統的不確実性の包括的な評価はまだ必要である。 本研究は、重力波宇宙論、特に従来の銀河カタログではカバー範囲が限られている赤方偏移において、最も明るい銀河団銀河（BCG）や明るい赤色銀河（LRG）などの代替トレーサーを用いるための基礎を築くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cuscuton Gravity is characterized as a scalar field that can be added to general relativity without introducing any new dynamical degrees of freedom on a cosmological background. Yet, it modifies gravity such that spacetime singularities can be avoided. This has led to the Cuscuton bounce, a nonsingular cosmology that has been shown to be linearly stable, which is a rare feat. Upon introducing mechanisms known to generate a near-scale-invariant power spectrum of isocurvature perturbations in the prebounce contracting phase, we perform an extensive linear analysis of all scalar perturbations as they evolve through the Cuscuton bounce, both analytically and numerically. Then, after deriving the third-order perturbed action for our theory, we compare the magnitude of its terms (on shell) to those in the second-order action. We show that perturbativity is maintained in the infrared throughout the evolution, including through the bounce. In the ultraviolet, we show that a hierarchy of scales is maintained, with the strong coupling scale well above the relevant background energy scale at all times. We reconfirm these results by computing the three-point functions in various limits and demonstrate that the models do not have any strong coupling problems and furthermore that there is negligible non-Gaussianities on observable scales. Consequently, the primary potential source of observable non-Gaussianities may only arise from the conversion of isocurvature perturbations to curvature perturbations. The whole scenario is thus a robust, stable, weakly coupled nonsingular cosmological model, consistent with observations. | カスクトン重力は、宇宙論的背景に新たな力学的自由度を導入することなく一般相対論に追加できるスカラー場として特徴付けられる。 しかしながら、それは時空特異点を回避できるように重力を修正する。 これは、線形安定であることが示された稀有な偉業であるカスクトンバウンスという非特異宇宙論につながった。 バウンス前収縮期において、等曲率摂動のほぼスケール不変なパワースペクトルを生成することが知られているメカニズムを導入し、カスクトンバウンスを通じて発展するすべてのスカラー摂動について、解析的および数値的に広範な線形解析を行う。 次に、我々の理論に対する3次の摂動作用を導出した後、その項（殻上）の大きさを2次の作用の項と比較する。 バウンス中を含め、発展過程全体を通して赤外線において摂動性が維持されることを示す。 紫外線領域においては、スケールの階層性が維持され、強結合スケールは常に関連する背景エネルギースケールをはるかに上回っていることを示す。 様々な極限における3点関数を計算することでこれらの結果を再確認し、モデルには強結合問題が存在せず、さらに観測可能なスケールでは非ガウス性は無視できるほど小さいことを示す。 したがって、観測可能な非ガウス性の主な潜在的発生源は、等曲率摂動から曲率摂動への変換からのみ生じる可能性がある。 したがって、シナリオ全体は、観測結果と整合する、ロバストで安定な、弱結合の非特異宇宙モデルである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational self-force (GSF) theory is a strong-gravity perturbative approach to the relativistic two-body problem, primarily developed to model extreme-mass-ratio inspirals, where one compact object is significantly more massive than the companion. However, recent advancements in GSF calculations, particularly involving second-order self-force (2GSF) results, indicated a much broader applicability across a wider range of mass ratios. These developments have motivated efforts to incorporate GSF results into the effective-one-body (EOB) framework, where they have already been successfully integrated into the state-of-the-art waveform model, SEOBNRv5, employed in recent LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) observing runs. In this work, we present SEOBNR-GSF, a nonspinning inspiral-merger-ringdown (IMR) EOB waveform model that introduces a GSF-informed EOB Hamiltonian as its central innovation. This marks the first complete IMR waveform model constructed primarily from GSF results. We show that our model outperforms inspiral waveforms from full 2GSF calculations in the intermediate-to-comparable mass regime. Furthermore, by comparing with a post-Newtonian-informed variant, SEOBNR-GSF-PN, we demonstrate that the inclusion of numerical GSF information in the Hamiltonian leads to significant improvements in model fidelity. Finally, we benchmark our model against high-accuracy, nonspinning numerical-relativity simulations from the Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) catalogue and find that its median mismatch is comparable to that of SEOBNRv5, suggesting that this approach holds promise for further enhancing future EOB waveform models. | 重力自己力（GSF）理論は、相対論的二体問題に対する強重力摂動論的アプローチであり、主に極限質量比インスパイラル（一方のコンパクト天体が伴天体よりも著しく質量が大きい）をモデル化するために開発されました。 しかし、GSF計算における最近の進歩、特に二次自己力（2GSF）の結果は、より広い質量比範囲にわたる適用性を示しました。 これらの進歩は、GSFの結果を有効一体（EOB）フレームワークに組み込む取り組みを促進し、既に最近のLIGO-Virgo-KAGRA（LVK）観測で使用されている最先端の波形モデルSEOBNRv5にうまく統合されています。 本研究では、GSFに基づくEOBハミルトニアンを革新的な技術として導入した、非回転インスパイラル・マージャー・リングダウン（IMR）EOB波形モデルSEOBNR-GSFを提示する。 これは、主にGSFの結果から構築された初の完全なIMR波形モデルとなる。 本モデルは、中間質量から同等の質量領域において、完全な2GSF計算から得られるインスパイラル波形よりも優れた性能を示す。 さらに、ポストニュートン流に基づく派生モデルであるSEOBNR-GSF-PNと比較することにより、ハミルトニアンに数値GSF情報を組み込むことで、モデルの忠実度が大幅に向上することを示す。 最後に、Simulating eXtreme Spacetimes (SXS)カタログの高精度非回転数値相対論シミュレーションとモデルをベンチマークし、その中央値ミスマッチがSEOBNRv5と同等であることを発見しました。 これは、このアプローチが将来のEOB波形モデルをさらに強化する可能性を秘めていることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This study explores the impact of cosmic curvature on structure formation through general relativistic first-order perturbation theory. We analyze continuity and Euler equations, incorporating cosmic curvature into Einstein equations. Emphasizing late-time dynamics, we investigate matter density contrast evolution in the presence of cosmic curvature, with a specific focus on sub-hubble scales. Solving the evolution equation, we conduct data analysis using cosmic chronometers, baryon acoustic oscillations from Dark Energy Spectroscopic Instrument Data Release 2 (DESI DR2) (including $r_d$ constraint from CMB), type Ia supernova observations from Pantheon+ sample, logarithmic growth rate $f$ data and $f\sigma_8$ data. While constraints on some parameters remain consistent, inclusion of cosmic curvature losens constraints on $\Omega_{\rm m0}$ and $\sigma_{\rm 8,0}$ in $\Lambda$CDM and $w_0$CDM models. The non-phantom behavior of dark energy proves more favorable in $w_0$CDM model, whereas in CPL model, there is certain evidence for non-phantom behaviour at lower redshift and phantom behaviour at higher redshift. Interestingly, we find certain evidence for non-zero cosmic curvature in $\Lambda$CDM model, but no evidence for it in both $w_0$CDM and CPL models, which indirectly proves the non-degeneracy between dynamical dark energy and cosmic curvature. | 本研究では、一般相対論的一次摂動論を用いて、宇宙の曲率が構造形成に与える影響を探る。 連続性とオイラー方程式を解析し、宇宙の曲率をアインシュタイン方程式に組み込む。 後期ダイナミクスに重点を置き、サブハッブル宇宙望遠鏡スケールに特に焦点を合わせ、宇宙の曲率が存在する場合の物質密度コントラストの進化を調べる。 進化方程式を解くために、宇宙クロノメーター、ダークエネルギー分光機器データリリース2（DESI DR2）からの重粒子音響振動（CMBからの$r_d$制約を含む）、パンテオン+サンプルからのIa型超新星観測、対数成長率$f$データ、および$f\sigma_8$データを用いてデータ解析を行う。 いくつかのパラメータに対する制限は一貫しているものの、宇宙曲率を考慮すると、$\Lambda$CDMモデルと$w_0$CDMモデルにおける$\Omega_{\rm m0}$と$\sigma_{\rm 8,0}$に対する制限は緩和される。 ダークエネルギーの非ファントム挙動は$w_0$CDMモデルにおいてより好ましいことが証明されているが、CPLモデルにおいては、低赤方偏移では非ファントム挙動、高赤方偏移ではファントム挙動を示す確かな証拠がある。 興味深いことに、$\Lambda$CDMモデルでは非ゼロ宇宙曲率の確かな証拠が見出されたが、$w_0$CDMモデルとCPLモデルのどちらにもその証拠は見つかっていない。 これは間接的に、動的ダークエネルギーと宇宙曲率の間に非縮退性が存在しないことを証明している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| After studying properties of the Nariai solution, including its geodesics, in spherical and de Sitter coordinates, two kinds of accelerated motion are investigated in detail: either observers at rest with respect to the coordinates, or observers in radial motion. Next, massless scalar perturbations of Nariai spacetime in absence of sources are worked out, and an explicit example out of the black hole context of analytic self-force calculation is obtained. Last, self-force effects are studied as well, together with some variant of the type of Poynting-Robertson external force, and also building a test electromagnetic field and a test gravitational field in Nariai spacetime geometry | 球座標およびド・ジッター座標におけるナリアイ解の特性（測地線を含む）を研究した後、2種類の加速運動、すなわち座標に対して静止している観測者と、放射状運動している観測者について詳細に調査する。 次に、源がない場合のナリアイ時空の質量ゼロのスカラー摂動を解析的に調べ、ブラックホールの文脈から解析的自己力計算の明確な例を得る。 最後に、自己力の効果についても、ポインティング・ロバートソン外力のいくつかの変種とともに研究し、ナリアイ時空幾何学におけるテスト電磁場とテスト重力場を構築する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove that for a certain class of Lorentzian manifolds, namely causal spacetimes without observer horizons, conformal transformations can be classified into two types: escaping and non-escaping. This means that successive powers of a given conformal transformation will either send all points to infinity, or none. As an application, we classify the conformal transformations of Einstein's static universe. We also study the question of essentiality in this context, i.e. which conformal transformations are isometric for some metric in the conformal class. | ある種のロレンツ多様体、すなわち観測地平線を持たない因果時空に対して、共形変換は脱出型と非脱出型の2種類に分類できることを証明する。 これは、与えられた共形変換の累乗が、すべての点を無限遠に送るか、全く送らないかのいずれかであることを意味する。 応用として、アインシュタインの静的宇宙における共形変換を分類する。 また、この文脈における本質性の問題、すなわち、どの共形変換が共形クラスの何らかの計量に対して等長的であるかという問題についても考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Sub-solar mass black holes could show up in gravitational wave observations in future and near-solar mass black holes might have been involved in the events GW190425 and GW190814. Since they cannot form from the stellar evolution, their creation requires exotic mechanisms. One such mechanism involves the capture of dark matter particles by stellar objects and their thermalization. When the criterion for the collapse of these dark matter particles is satisfied, a tiny endoparasitic black hole (EBH) forms and then it accretes matter from the host. The EBH may transmute the host into a black hole of nearly the same mass as the host or lesser, depending on the type of accretion. We examine this complex and poorly-explored accretion mechanism, considering the effects of rotation and viscosity but ignoring some other effects, such as those of pressure and magnetic field, as the first step. Using a general framework to assess the effects of rotation and viscosity on accretion, we show that the accretion could be stalled in some white dwarfs, but not in neutron stars. The stalled accretion should cause an opening in the host's polar regions, the extent of which depends on the mass and spin of the host. | 太陽質量未満のブラックホールは、将来、重力波観測で現れる可能性があり、近太陽質量ブラックホールはGW190425およびGW190814事象に関与していた可能性がある。 これらのブラックホールは恒星の進化によって形成されることはないため、その形成には特殊なメカニズムが必要となる。 そのようなメカニズムの一つは、恒星による暗黒物質粒子の捕獲と熱化である。 これらの暗黒物質粒子の崩壊条件が満たされると、微小な内部寄生ブラックホール（EBH）が形成され、それがホストから物質を集積する。 EBHは、集積の種類に応じて、ホストをほぼ同じ質量、あるいはそれより小さい質量のブラックホールへと変換する可能性がある。 我々は、この複雑で十分に研究されていない集積メカニズムを、最初のステップとして、回転と粘性の影響を考慮し、圧力や磁場などの他のいくつかの影響を無視して検証する。 回転と粘性が降着に及ぼす影響を評価するための一般的な枠組みを用いて、一部の白色矮星では降着が停滞する可能性があるが、中性子星では停滞しないことを示す。 停滞した降着は母星の極領域に開口部を引き起こすはずであり、その程度は母星の質量と自転に依存する。 |
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| A recent work [Phys. Rev. D 111, 104040] shows that the curvature singularity of a black hole can vanish at a fine-tuned mass value, which implies that regular black holes could be special states in black hole evolution. We study the quasinormal modes (QNMs) of the Bardeen black hole and its singular counterparts under scalar and electromagnetic perturbations, employing the WKB method and time-domain analysis, respectively. The time-domain analysis results suggest that echo signals may emerge in the QNMs of singular black hole states. Furthermore, we investigate the null geodesics of these black holes. We find that a black hole with singularity may possess two light rings, whereas regular black holes consistently maintain only one light ring. Similar conclusions are also valid for the regular Hayward black hole and its singular counterparts. | 最近の研究 [Phys. Rev. D 111, 104040] では、ブラックホールの曲率特異点は、微調整された質量値で消失する可能性があることが示されており、これは通常のブラックホールがブラックホールの進化における特別な状態である可能性があることを意味しています。 我々は、スカラー摂動と電磁気摂動下におけるバーディーンブラックホールとその特異ブラックホールの準正規モード（QNM）を、それぞれWKB法と時間領域解析を用いて研究しました。 時間領域解析の結果は、特異ブラックホール状態のQNMにエコー信号が現れる可能性があることを示唆しています。 さらに、これらのブラックホールのヌル測地線を調べました。 特異点を持つブラックホールは2つの光リングを持つ可能性があるのに対し、通常のブラックホールは常に1つの光リングしか持たないことが分かりました。 同様の結論は、通常のヘイワードブラックホールとその特異ブラックホールにも当てはまります。 |
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| We show that the spatial part of the Klein-Gordon operator is an essentially self-adjoint operator on the Cauchy surfaces of various classes of spacetimes. Our proof employs the intricate connection between global hyperbolicity and geodesically complete Riemannian surfaces, and concludes by proving global hyperbolicity of the spacetimes under study. | クライン・ゴルドン作用素の空間部分は、様々なクラスの時空のコーシー面上の本質的に自己随伴な作用素であることを示す。 証明では、大域双曲性と測地完備リーマン面との複雑な関係を利用し、最終的に、研究対象の時空の大域双曲性を証明する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The (S-type) Gubser-Rocha model is a holographic model, which can be derived from the maximal gauged supergravity in four dimensions. With an appropriate choice of the boundary action, this model exhibits a continuous phase transition in the neutral limit. In this paper, we investigate several aspects of this phase transition. Firstly, we show that the critical exponents of the phase transition match those in the mean-field percolation theory. Subsequently, we also investigate the dynamical stability, and the emergence of the Nambu-Goldstone modes by analyzing the quasinormal modes of the perturbation fields. The dynamical stability agrees with the thermodynamic stability. In addition, we find that there is an emergent Nambu-Goldstone mode in the broken phase of the S-type model. | (S型) Gubser-Rocha模型は、4次元における最大ゲージ超重力から導かれるホログラフィック模型である。 境界作用を適切に選ぶと、この模型は中性極限において連続相転移を示す。 本論文では、この相転移のいくつかの側面を調べる。 まず、相転移の臨界指数が平均場パーコレーション理論のものと一致することを示す。 次に、摂動場の準正規モードを解析することにより、動的安定性とNambu-Goldstoneモードの出現を調べる。 動的安定性は熱力学的安定性と一致する。 さらに、S型模型の破れた相においてNambu-Goldstoneモードが出現することを見いだした。 |
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| The goal of this talk is to give an overview of the current status of the development of the Einstein Telescope and Cosmic Explorer ground based gravitational wave (GW) detectors and of their foreseen scientific goals. These detectors will be up to a factor 8 more sensitive across the band covered by current detectors, namely LIGO, Virgo and KAGRA, and will extend the accessible frequency band towards the low frequency regime, i.e., below 10 Hz. These improvements will not only enhance the number and quality of GW observations, but will also enable researchers to have access to sources and physical processes which are out of reach for current detectors and explore the possibility of detecting previously unknown GW sources. The improvement in sensitivity in the low frequency regime will also increase the observation time of compact binary coalescence events, strengthening the collaboration with electromagnetic observatories for multimessenger observations of binary neutron star events. In fact, current detectors proved that joint observations of GW events with electromagnetic observatories are not only possible, but they can also give us unprecedented insights on the underlying physics of astrophysical processes. | 本講演の目的は、アインシュタイン望遠鏡と宇宙探査機に搭載される地上設置型重力波（GW）検出器の開発状況と、それらの科学的目標について概説することです。 これらの検出器は、LIGO、Virgo、KAGRAといった現在の検出器がカバーする帯域全体にわたって最大8倍の感度を持ち、利用可能な周波数帯域を10Hz以下の低周波領域まで拡張します。 これらの改良は、重力波観測の回数と質を向上させるだけでなく、研究者が現在の検出器では観測できない源や物理過程にアクセスし、これまで未知の重力波源の検出可能性を探ることを可能にします。 低周波領域における感度の向上は、コンパクトな連星合体現象の観測時間を増加させ、連星中性子星現象のマルチメッセンジャー観測のための電磁波観測所との協力を強化します。 実際、現在の検出器は、重力波と電磁波観測所の共同観測が可能であるだけでなく、天体物理学的プロセスの基礎となる物理学について前例のない知見をもたらすことを証明しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the evolution of geometric invariants, as defined by Michel \cite{Michel}, in the context of asymptotically hyperboloidal initial data sets. Our focus lies on the charges of energy and linear momentum, and we study their behavior under the Einstein evolution equations. We construct foliations describing the evolution of asymptotically hyperboloidal initial data sets using hyperboloidal time function. We define E-P chargeability as a property of the initial data set, and we show that it is preserved under the evolution for our choice of time function. This ensures that the charges are well-defined along the evolution, which is crucial for our approach. Along such foliations, we recover the same energy-loss and linear momentum-loss formulae as those derived by Bondi, Sachs, and Metzner \cite{Bondi-vanderBurg-Metzner} while operating under weaker asymptotic assumptions. Our approach is distinct from previous work as we do not utilize conformal compactifications and work directly at the level of the initial data set. | Michelによって定義された幾何学的不変量の発展を、漸近的に双曲面的な初期データセットの文脈において調べる。 エネルギーと線形運動量の電荷に焦点を当て、アインシュタインの発展方程式の下でのそれらの挙動を研究する。 双曲面時間関数を用いて、漸近的に双曲面的な初期データセットの発展を記述する葉脈構造を構築する。 E-P電荷可能性を初期データセットの特性として定義し、選択した時間関数においてそれが発展の下で保存されることを示す。 これにより、電荷が発展に沿って明確に定義されることが保証され、これは我々のアプローチにとって重要である。 このような葉脈構造に沿って、より弱い漸近的仮定の下で、Bondi、Sachs、およびMetznerによって導出されたものと同じエネルギー損失および線形運動量損失の式を得る。 我々のアプローチは、共形コンパクト化を利用せず、初期データセットのレベルで直接作業を行うという点で、これまでの研究とは異なります。 |
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| In this analysis we apply a model-independent framework to test the flat $\Lambda$CDM cosmology using simulated SNIa data from the upcoming Legacy Survey of Space and Time (LSST) and combined with simulated Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) five-years Baryon Acoustic Oscillations (BAO) data. We adopt an iterative smoothing technique to reconstruct the expansion history from SNIa data, which, when combined with BAO measurements, facilitates a comprehensive test of the Universe's curvature and the nature of dark energy. The analysis is conducted under four different mock true cosmologies: Two curvatures ($\Omega_{k,0}=0$ and 0.1) and two models of dark energy: a cosmological constant $\Lambda$ and the phenomenologically emergent dark energy. We forecast that our reconstruction technique can constrain cosmological parameters, such as the curvature ($\Omega_{k,0}$) and $c/(H_0 r_\mathrm{d})$, with spread due to the SNIa uncertainties up to $\pm 4\%$ and $\pm 0.1$ respectively, without assuming any form of dark energy. | 本解析では、近々予定されているLegacy Survey of Space and Time (LSST) のSNIaシミュレーションデータと、DESIによる5年間のBaryon Acoustic Oscillations (BAO)シミュレーションデータとを組み合わせることで、モデル非依存の枠組みを用いて平坦$\Lambda$CDM宇宙論を検証する。 SNIaデータから膨張史を再構築するために反復平滑化手法を採用し、BAOの測定結果と組み合わせることで、宇宙の曲率とダークエネルギーの性質に関する包括的な検証を容易にする。 解析は、4つの異なる模擬真宇宙論、すなわち2つの曲率 ($\Omega_{k,0}=0$ と 0.1) と2つのダークエネルギーモデル、すなわち宇宙定数$\Lambda$と現象論的に出現するダークエネルギーの下で行われる。 我々の再構成技術は、いかなる形態のダークエネルギーも仮定することなく、SNIaの不確実性による広がりをそれぞれ最大$\pm 4\%$と$\pm 0.1$まで含む、曲率($\Omega_{k,0}$)や$c/(H_0 r_\mathrm{d})$などの宇宙論パラメータを制限できると予測する。 |
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| Asymptotic Safety constitutes a promising mechanism for a consistent and predictive high-energy completion of the gravitational interactions. To date, most results on the interacting renormalization group fixed point underlying the construction are obtained for Euclidean signature spacetimes. In this work, we use the Arnowitt-Deser-Misner (ADM) decomposition of the metric degrees of freedom and investigate the relations between the Euclidean and Lorentzian renormalization group flows resulting from the analytic continuation of the lapse function. We discuss the general conditions which guarantee the equivalence of the beta functions. These insights are illustrated based on the flow of the graviton two-point function within the Einstein-Hilbert truncation, demonstrating agreement of the Euclidean and Lorentzian settings. Hence the UV- and IR-completions identified in the Euclidean case are robust when changing spacetime signature. We take this as an important indicator that the Euclidean asymptotic safety mechanism carries over to Lorentzian signature spacetimes. | 漸近安全性は、重力相互作用の高エネルギー完成を矛盾なく予測可能にする有望なメカニズムである。 現在までに、その構成の基礎となる相互作用繰り込み群の不動点に関するほとんどの結果は、ユークリッドシグネチャ時空に対して得られている。 本研究では、計量自由度のアーノウィット-デザー-ミスナー（ADM）分解を用いて、減衰関数の解析接続から生じるユークリッド繰り込み群フローとローレンツ繰り込み群フローの関係を調べる。 ベータ関数の同値性を保証する一般条件について議論する。 これらの知見は、アインシュタイン-ヒルベルト切断内での重力子2点関数のフローに基づいて示され、ユークリッド設定とローレンツ設定の一致を示す。 したがって、ユークリッドの場合に同定されたUV完成とIR完成は、時空シグネチャが変化してもロバストである。 これは、ユークリッド漸近的安全性メカニズムがロレンツシグネチャ時空にも適用可能であることを示す重要な指標であると我々は考えています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| To date, no observational confirmation of dark matter particles has been found. In this paper, we put forward an alternative approach to inferring evidence for dark matter through modified gravity, without invoking fundamental dark matter particles. Specifically, we explore the possibility of extracting signatures of Kaluza-Klein gravity through the gravitational Aharonov-Bohm effect. Kaluza-Klein theory has recently been proposed as an alternative to the dark sector, and predicts a tower of particles, including spin-0 and spin-1 gravitons alongside the usual spin-2 gravitons, which can gravitationally couple to matter. We thus analyze a quantum system in free fall around a gravitating body in the presence of a modified Yukawa-like gravitational potential, and determine the gravitational phase induced by the additional degrees of freedom introduced by the Kaluza-Klein model. Our results reveal that, in addition to the usual result from General Relativity, the quantum wave function of the system exhibits an additional effect: a splitting of the energy levels with a new quantum number due to the extra vector gravitational degrees of freedom. The energy splitting difference between general relativity and Kaluza-Klein gravity is found to be of the order of meV for an atomic system and eV for a nuclear system. Similar values also arise in generic modified gravity models and can be feasibly tested in the future. Numerical estimates for the graviton mass are also provided, and potential imprints on gravitational waves are mentioned. | 現在まで、暗黒物質粒子の存在を観測的に確認した例はない。 本論文では、基本的な暗黒物質粒子を考慮せずに、修正重力理論を通して暗黒物質の証拠を推論する代替アプローチを提示する。 具体的には、重力アハラノフ・ボーム効果を通してカルツァ＝クライン重力理論の特徴を抽出する可能性を探る。 カルツァ＝クライン理論はダークセクターの代替として最近提案されたもので、通常のスピン2重力子に加えて、スピン0およびスピン1重力子を含む粒子の塔を予言し、これらは物質と重力結合する可能性がある。 そこで我々は、修正された湯川型重力ポテンシャルの存在下で、重力体の周りを自由落下する量子系を解析し、カルツァ＝クラインモデルによって導入される追加の自由度によって誘起される重力位相を決定する。 我々の結果は、一般相対性理論からの通常の結果に加えて、この系の量子波動関数が追加の効果、すなわち、重力ベクトル自由度の増加による新たな量子数を持つエネルギー準位の分裂を示すことを明らかにした。 一般相対性理論とカルツァ＝クライン重力理論の間のエネルギー分裂の差は、原子系ではmeV、原子核系ではeVのオーダーであることがわかった。 同様の値は一般的な修正重力モデルでも生じており、将来的に検証可能である。 重力子質量の数値的推定値も示し、重力波への潜在的な影響についても言及する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The equivalence principle for test gravitational physics strongly constrains dynamics of spacetime, providing a powerful criterion for selecting candidate theories of gravity. However, checking its validity for a particular theory is often a very difficult task. We devise here a simple theoretical criterion for identifying equivalence principle violations in black hole thermodynamics. Employing this criterion, we prove that Lanczos-Lovelock gravity violates the strong equivalence principle, leaving general relativity as the only local, diffeomorphism-invariant theory compatible with it. However, we also show that certain nonlocal expressions for black hole entropy appear to obey the strong equivalence principle. | テスト重力物理学における同値原理は時空ダイナミクスを強く制約し、重力理論の候補を選択するための強力な基準となる。 しかしながら、特定の理論における同値原理の妥当性を検証することは、しばしば非常に困難な作業となる。 本稿では、ブラックホール熱力学における同値原理の破れを識別するための、単純な理論的基準を考案する。 この基準を用いて、ランチョス＝ラブロック重力が強い同値原理に違反し、一般相対論がこれと両立する唯一の局所的かつ微分同相不変な理論となることを証明する。 しかしながら、ブラックホールエントロピーに関する特定の非局所的表現が強い同値原理に従うように見えることも示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study graviton-photon conversion in the presence of stochastic magnetic fields. Assuming Gaussian magnetic fields that may possess nontrivial helicity, and unpolarized gravitational waves (GWs) as the initial state, we obtain expressions for the intensity and linear/circular polarizations of GWs after propagation over a finite distance. We calculate both the expectation values and variances of these observables, and find their nontrivial dependence on the typical correlation length of the magnetic field, the propagation distance, and the photon plasma mass. Our analysis reveals that an observationally favorable frequency range with narrower variance can emerge for the intensity, while a peak structure appears in the expectation value of the circular polarization when the magnetic field has nonzero helicity. We also identify a consistency relation between the GW intensity and circular polarization. | 確率的磁場の存在下における重力子-光子変換を研究する。 非自明なヘリシティを持つ可能性のあるガウス磁場と、初期状態として非偏光重力波（GW）を仮定し、有限距離を伝播した後の重力波の強度と直線偏光／円偏光を表す式を得る。 これらの観測量の期待値と分散を計算し、それらが磁場の典型的な相関長、伝播距離、および光子プラズマ質量に非自明に依存することを明らかにした。 解析の結果、磁場が非ゼロのヘリシティを持つ場合、強度に関して観測的に好ましい分散の狭い周波数範囲が出現する可能性がある一方、円偏光の期待値にピーク構造が現れることが明らかになった。 また、重力波の強度と円偏光の間には整合性のある関係があることも明らかにした。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Understanding the equation of state (EOS) of neutron stars (NSs) is a fundamental challenge in astrophysics and nuclear physics. A first-order phase transition (FOPT) at high densities could lead to the formation of a quark core, significantly affecting NS properties. This review explores observational and theoretical constraints on such transitions using multi-messenger astrophysics. X-ray observations, including mass-radius measurements from NICER and spectral features like quasi-periodic oscillations (QPOs) and cyclotron resonance scattering features (CRSFs), provide indirect evidence of EOS modifications. Gravitational wave detections, particularly from binary NS mergers such as GW170817, constrain tidal deformability and post-merger oscillations, which may carry signatures of phase transitions. Pulsar timing offers additional constraints through measurements of mass, spin evolution, and glitches, with millisecond pulsars exceeding twice the solar mass posing challenges to purely hadronic EOSs. Theoretical models and numerical simulations predict that an FOPT could impact gravitational wave signals, twin-star configurations, and NS cooling. Future advancements, including next-generation gravitational wave detectors, high-precision X-ray telescopes, and improved theoretical modeling, will enhance our ability to probe phase transitions in NSs. A combination of these approaches will provide crucial insights into the existence and properties of deconfined quark matter in NS interiors. | 中性子星（NS）の状態方程式（EOS）を理解することは、天体物理学および原子核物理学における基本的な課題です。 高密度における一次相転移（FOPT）はクォークコアの形成につながり、NSの特性に大きな影響を与える可能性があります。 本レビューでは、マルチメッセンジャー天体物理学を用いて、このような相転移に対する観測的および理論的制約を探ります。 NICERによる質量半径測定を含むX線観測、および準周期振動（QPO）やサイクロトロン共鳴散乱特性（CRSF）などのスペクトル特性は、EOSの変化の間接的な証拠を提供します。 特にGW170817のような連星系NS合体からの重力波検出は、相転移の兆候を示す可能性のある潮汐変形と合体後振動に制約を与えます。 パルサーのタイミングは、質量、スピンの発展、そしてグリッチの測定を通じて更なる制約を与える。 太陽質量の2倍を超えるミリ秒パルサーは、純粋にハドロン的なEOSにとって課題となる。 理論モデルと数値シミュレーションは、FOPTが重力波信号、双子星構成、そしてNSの冷却に影響を与える可能性を予測している。 次世代重力波検出器、高精度X線望遠鏡、そして改良された理論モデルといった将来の進歩は、NSにおける相転移の探査能力を向上させるだろう。 これらのアプローチを組み合わせることで、NS内部における非閉じ込めクォーク物質の存在と特性に関する重要な知見が得られるだろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The equation of state (EoS) for neutron stars is a crucial topic in astrophysics, nuclear physics, and quantum chromodynamics (QCD), influencing their structure, stability, and observable properties. This review classifies EoS models into hadronic matter, hybrid, and quark matter models, analyzing their assumptions, predictions, and constraints. While hadronic models characterize nucleonic matter, potentially including contributions from hyperons or mesons, hybrid models introduce phase transitions to quark matter, and quark models hypothesize the presence of deconfined quark matter cores or entirely quark-composed stars. By synthesizing results from recent theoretical and observational studies, this review aims to offer a comprehensive understanding of the methodologies used in constructing neutron star EoS, their implications, and future directions. | 中性子星の状態方程式（EoS）は、天体物理学、原子核物理学、量子色力学（QCD）において極めて重要なテーマであり、その構造、安定性、そして観測可能な特性に影響を与えます。 本レビューでは、EoSモデルをハドロン物質モデル、ハイブリッドモデル、クォーク物質モデルに分類し、それぞれの仮定、予測、制約を解析します。 ハドロンモデルは、ハイペロンや中間子からの寄与も含め、核物質を特徴づけますが、ハイブリッドモデルはクォーク物質に相転移を導入し、クォークモデルは、閉じ込められていないクォーク物質コア、あるいは完全にクォークのみで構成された星の存在を仮定します。 本レビューは、最近の理論的研究と観測的研究の結果を統合することにより、中性子星のEoSの構築に用いられる方法論、それらの意味合い、そして将来の方向性について包括的な理解を提供することを目指しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Alexei Alexandrovich Starobinsky was one of the greatest cosmologists of all times, who made fundamental contributions to gravitational theory and cosmology based on geometrical ideas in physics, in the spirit of Einstein. One of his big achievements is the famous Starobinsky model of cosmological inflation in the early universe, proposed in 1979-1980. In this memorial paper, the Starobinsky inflation model is systematically reviewed from the modern perspective. Its deformation to include production of primordial black holes is proposed, and possible quantum corrections in the context of superstring theory and the Swampland Program are discussed. Starobinsky inflation also leads to the universal reheating mechanism for particle production after inflation. | アレクセイ・アレクサンドロヴィチ・スタロビンスキーは、アインシュタインの精神を受け継ぎ、物理学における幾何学的概念に基づき、重力理論と宇宙論に根底的な貢献を果たした、史上最も偉大な宇宙論者の一人です。 彼の大きな業績の一つは、1979年から1980年に提唱された、初期宇宙における宇宙インフレーションの有名なスタロビンスキー模型です。 本記念論文では、スタロビンスキー・インフレーション模型を現代的な観点から体系的にレビューします。 原始ブラックホールの生成を組み込むための変形を提案し、超弦理論とスワンプランド計画の文脈における量子補正の可能性について考察します。 スタロビンスキー・インフレーションは、インフレーション後の粒子生成における普遍的な再加熱機構にもつながります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate nonradial $f$-mode oscillations of protoneutron stars in full general relativity, employing equations of state described by the Brueckner-Hartree-Fock theory or the relativistic mean field model, while assuming isentropy and fixed lepton fractions for the internal structure. The validity of various universal relations for cold neutron stars involving $f$-mode characteristics and macroscopic properties of the star is confirmed for those isentropic protoneutron stars. Prospects of observations are also discussed. According to simulation results, we then model details of the thermal and trapping profiles in a PNS with the canonical mass. The corresponding $f$-mode frequencies and gravitational-wave strain amplitudes are presented. The validity of the universal relations during the evolution to the formation of a cold neutron star is confirmed. | 我々は、ブリュックナー・ハートリー・フォック理論または相対論的平均場モデルで記述される状態方程式を用い、内部構造として等エントロピーと固定レプトン比を仮定し、一般相対論における原始中性子星の非動径$f$モード振動を解析する。 $f$モード特性と星の巨視的性質を含む様々な普遍的関係式が、等エントロピー原始中性子星において妥当であることを確認する。 観測の見通しについても議論する。 次に、シミュレーション結果に基づき、標準質量を持つPNSにおける熱および捕捉プロファイルの詳細をモデル化する。 対応する$f$モード周波数と重力波歪み振幅を示す。 冷中性子星の形成までの進化過程における普遍的関係式の妥当性を確認する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the effects of extended mass and spheroidal deformation on the periapsis shift of quasi-circular orbits inside a gravitating mass distribution in the Newtonian framework. The analysis is restricted to orbits confined to the reflection-symmetric plane of the spheroidal configuration. Focusing on the internal gravitational potential of a spheroidal body with both homogeneous and inhomogeneous density profiles, we elucidate how the ratio of local density to average density governs the extended mass effect on the periapsis shift. By analyzing the orbital angular frequency, along with the radial and vertical epicyclic frequencies, we demonstrate that in the uniform density case (i.e., the Maclaurin spheroid), where the potential takes the form of a harmonic oscillator, the periapsis exhibits a constant retrograde shift of $-\pi$. In contrast, in regions where density inhomogeneity and spheroidal deformation (in both prolate and oblate forms) are significant, the periapsis shift varies with the guiding orbital radius due to local density contrast and deformation effects. The results indicate that oblate deformation suppresses the extended mass effect associated with the ratio of local density to average density, whereas prolate deformation amplifies it. Furthermore, by varying the density distribution parameters, we establish the conditions for orbital stability and identify the emergence of marginally stable orbits. | ニュートン力学の枠組みにおいて、重力質量分布内の準円軌道の近点シフトに対する拡張質量と球状変形の効果を調べる。 解析は、球状構成の鏡映対称面内に限定される軌道に限定する。 均質および不均質な密度プロファイルを持つ球状体の内部重力ポテンシャルに焦点を当て、局所密度と平均密度の比が近点シフトに対する拡張質量効果をどのように支配するかを明らかにする。 軌道角周波数、ならびに径方向および垂直方向の周転円周波数を解析することにより、ポテンシャルが調和振動子の形をとる均一密度の場合（すなわち、マクローリン球体）、近点は一定の逆方向シフト $-\pi$ を示すことを示す。 対照的に、密度不均一性と球状変形（長球形および扁平形の両方）が顕著な領域では、局所的な密度コントラストと変形効果により、近点シフトは誘導軌道半径に応じて変化します。 結果は、扁平変形が局所密度と平均密度の比に関連する拡張質量効果を抑制するのに対し、長球変形はそれを増幅することを示しています。 さらに、密度分布パラメータを変化させることで、軌道安定性の条件を確立し、限界安定軌道の出現を特定しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we investigate traversable wormholes within the framework of Einstein-Euler-Heisenberg (EEH) nonlinear electrodynamics. By employing the Einstein field equations with quantum corrections from the Euler-Heisenberg Lagrangian, we derive wormhole solutions and examine their geometric, physical, and gravitational properties. Two redshift function models are analyzed: one with a constant redshift function and another with a radial-dependent function $\Phi=r_{0}/r$. Our analysis demonstrates that the inclusion of quantum corrections significantly influences the wormhole geometry, particularly by mitigating the need for exotic matter. The shape function and energy density are derived and examined in both models, revealing that the energy conditions, including the weak and null energy conditions (WEC and NEC), are generally violated at the wormhole throat. However, satisfaction of the strong energy condition (SEC) is observed, consistent with the nature of traversable wormholes. The Arnowitt-Deser-Misner (ADM) mass of the EEH wormhole is calculated, showing contributions from geometric, electromagnetic, and quantum corrections. The mass decreases with the Euler-Heisenberg correction parameter, indicating that quantum effects contribute significantly to the wormhole mass. Furthermore, we investigate gravitational lensing within the EEH wormhole geometry using the Gauss-Bonnet theorem, revealing that the deflection angle is influenced by both the electric charge and the nonlinear parameter. The nonlinear electrodynamic corrections enhance the gravitational lensing effect, particularly at smaller impact parameters. | 本研究では、アインシュタイン-オイラー-ハイゼンベルク（EEH）非線形電気力学の枠組みにおいて、通過可能なワームホールを解析する。 オイラー-ハイゼンベルク・ラグランジアンからの量子補正を加えたアインシュタイン場の方程式を用いて、ワームホール解を導出し、その幾何学的、物理的、および重力的特性を検証する。 2つの赤方偏移関数モデルを解析する。 1つは定数赤方偏移関数、もう1つは動径依存関数$\Phi=r_{0}/r$を用いる。 解析の結果、量子補正の導入がワームホールの形状に大きな影響を与え、特にエキゾチック物質の必要性を軽減することが明らかになった。 両モデルにおいて形状関数とエネルギー密度を導出し、解析した結果、弱エネルギー条件およびヌルエネルギー条件（WECおよびNEC）を含むエネルギー条件がワームホールの先端部で概ね破れていることが明らかになった。 しかしながら、強いエネルギー条件（SEC）が満たされていることが観測されており、これは通過可能なワームホールの性質と一致している。 EEHワームホールのArnowitt-Deser-Misner（ADM）質量が計算され、幾何学的補正、電磁気的補正、および量子的補正の寄与が示されている。 質量はオイラー-ハイゼンベルク補正パラメータとともに減少し、量子効果がワームホール質量に大きく寄与していることを示している。 さらに、ガウス-ボネ定理を用いてEEHワームホール形状における重力レンズ効果を調査し、偏向角は電荷と非線形パラメータの両方の影響を受けることを明らかにした。 非線形電気力学的補正は、特に衝突パラメータが小さい場合において、重力レンズ効果を増強する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the impact of environmental effects on the measurement of the Hubble constant ($H_0$) from gravitational wave (GW) observations of binary black hole mergers residing in active galactic nuclei (AGNs) near the central supermassive black hole. Using the potential hierarchical triple merger candidate GW190514-GW190521 in AGN J124942.3+344929 with its electromagnetic counterpart ZTF19abanrhr as a multimessenger case study, we demonstrate that environmental effects can be negligible for mergers at approximately tens to hundreds of Schwarzschild radii from the supermassive black hole. We find $H_0=40.9_{-8.9}^{+19.3}\,{\rm km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}}$ (median and 68\% credible interval) under a flat prior and flat $\Lambda$CDM cosmology. Incorporating GW170817 prior information improves constraints to $H_0=68.8_{-6.0}^{+7.7}\,{\rm km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}}$. We suggest that in general, AGN environments could serve as viable laboratories for cosmological studies from GW observations where environmental effects remain below detection thresholds. | 中心超大質量ブラックホール近傍の活動銀河核（AGN）における連星ブラックホール合体の重力波（GW）観測から、ハッブル定数（$H_0$）の測定に対する環境効果の影響を研究する。 AGN J124942.3+344929における階層的三重合体候補天体GW190514-GW190521とその電磁波対応天体ZTF19abanrhrをマルチメッセンジャーのケーススタディとして用い、超大質量ブラックホールからシュワルツシルト半径の数十から数百倍離れた場所での合体においては、環境効果は無視できることを示す。 平坦な事前分布と平坦な$\Lambda$CDM宇宙論の下では、$H_0=40.9_{-8.9}^{+19.3}\,{\rm km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}}$（中央値、68%の信頼区間）が得られることがわかった。 GW170817の事前情報を組み込むと、制約は$H_0=68.8_{-6.0}^{+7.7}\,{\rm km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}}$へと改善される。 一般的に、AGN環境は、環境効果が検出閾値以下である重力波観測からの宇宙論研究のための実用的な実験室として機能する可能性があると示唆する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we consider a beam summation method adapted from the semiclassical regime of quantum mechanics to study the classical properties of thin light bundles in gravity. In Newtonian paraxial optics, this method has been shown to encapsulate the wave properties of the light beams. In our case, the wave function assigned to the light bundle can be viewed as a coarse-grained description that captures information about the dynamics of superposed bundles within the geometric optics regime. We investigate two solutions of the null bundle wave function that differ by their origin: (i) a point source and (ii) a finite source. It is shown that while the wave function in the point source case contains the same information as the standard thin null bundle framework, the finite source case corresponds to a Gaussian beam. The novel aspect of this work arises from our geometric construction of covariant Gaussian beams, which can be applied in any spacetime. Additionally, the effects of a finite source on cosmological distances are discussed. With this framework, one can model light propagation from coherent sources while avoiding the mathematical singularities of the standard thin null bundle formalism. We explicitly demonstrate the caustic-avoidance property of Gaussian beams in the analytically tractable example of a Barriola-Vilenkin monopole spacetime. | 本研究では、量子力学の半古典的領域から適応したビーム和法を用いて、重力下の細い光束の古典的性質を研究する。 ニュートン近軸光学において、この方法は光束の波動特性を包含することが示されている。 本研究では、光束に割り当てられた波動関数は、幾何光学領域における重ね合わせた光束のダイナミクスに関する情報を捉えた粗視化記述とみなせる。 本研究では、起源の異なるヌル束波動関数の2つの解、(i) 点光源と(ii) 有限光源を解析対象とする。 点光源の場合の波動関数は標準的な細いヌル束の枠組みと同じ情報を含むが、有限光源の場合はガウスビームに対応することが示される。 本研究の斬新な点は、任意の時空に適用できる共変ガウスビームの幾何学的構成に由来する。 さらに、有限光源が宇宙論的距離に与える影響についても議論する。 この枠組みを用いると、標準的な薄いヌルバンドル形式の数学的特異性を回避しながら、コヒーレント光源からの光伝播をモデル化することができる。 解析的に扱いやすいバリオラ-ヴィレンキン単極子時空の例において、ガウスビームのコースティック回避特性を明示的に示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present an explicit construction of a relativistic quantum computing architecture using a variational quantum circuit approach that is shown to allow for universal quantum computing. The variational quantum circuit consists of tunable single-qubit rotations and entangling gates that are implemented successively. The single qubit rotations are parameterized by the proper time intervals of the qubits' trajectories and can be tuned by varying their relativistic motion in spacetime. The entangling layer is mediated by a relativistic quantum field instead of through direct coupling between the qubits. Within this setting, we give a prescription for how to use quantum field-mediated entanglement and manipulation of the relativistic motion of qubits to obtain a universal gate set, for which compact non-perturbative expressions that are valid for general spacetimes are also obtained. We also derive a lower bound on the channel fidelity that shows the existence of parameter regimes in which all entangling operations are effectively unitary, despite the noise generated from the presence of a mediating quantum field. Finally, we consider an explicit implementation of the quantum Fourier transform with relativistic qubits. | 我々は、変分量子回路アプローチを用いた相対論的量子コンピューティングアーキテクチャの明示的な構築を提示し、これは普遍的な量子コンピューティングを可能にすることが示されている。 変分量子回路は、調整可能な単一量子ビット回転と、逐次的に実装されるエンタングルゲートから構成される。 単一量子ビット回転は、量子ビットの軌跡の固有時間間隔によってパラメータ化され、時空における相対論的運動を変化させることによって調整できる。 エンタングル層は、量子ビット間の直接結合ではなく、相対論的量子場によって媒介される。 この設定において、我々は、量子場を介したエンタングルメントと量子ビットの相対論的運動の操作を用いて普遍的なゲートセットを得るための方法を提示し、一般時空にも有効なコンパクトな非摂動論的表現も得られる。 また、媒介量子場の存在によって生成されるノイズにもかかわらず、すべてのエンタングルメント操作が実質的にユニタリとなるパラメータ領域が存在することを示すチャネル忠実度の下限を導出します。 最後に、相対論的量子ビットを用いた量子フーリエ変換の明示的な実装を検討します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The phenomena of superconductivity and superfluidity are believed to originate from the same underlying physics, namely the condensation of either bosons or pairs of fermions (Cooper pairs). In this work I complied and analyzed literature data for a number of quantum fluids and showed that indeed they all follow the same simple scaling law. The critical temperature for condensation T$_c$ is found to scale with the condensate coherence length $\xi$ and the effective mass of condensing particles m$^{\ast}$. The scaling plot includes members of most known classes of superconductors, as well as a number of superfluids and condensates, such as $^3$He, $^4$He, dilute Bose and Fermi gases, excitons, polaritons, neutron superfluid and proton superconductor in neutron stars, nuclear pairing, quark--antiquark condensate and Higgs condensate. The scaling plot spans more that 24 orders of magnitude of critical temperatures, albeit the scaling exponent is not the one predicted by theory. The plot might help the search for a QCD axion. | 超伝導と超流動の現象は、同じ基礎物理学、すなわちボソンまたはフェルミオン対（クーパー対）の凝縮に由来すると考えられています。 本研究では、いくつかの量子流体に関する文献データを収集・分析し、それらがすべて同じ単純なスケーリング則に従うことを示しました。 凝縮の臨界温度T$_c$は、凝縮体のコヒーレンス長$\xi$と凝縮粒子の有効質量m$^{\ast}$に比例することが分かりました。 スケーリングプロットには、既知の超伝導体のほとんどのクラスに加え、$^3$He、$^4$He、希薄ボーズ粒子およびフェルミガス、励起子、ポラリトン、中性子超流動、中性子星における陽子超伝導体、原子核対形成、クォーク-反クォーク凝縮、ヒッグス凝縮など、多くの超流体および凝縮体が含まれています。 スケーリングプロットは、スケーリング指数が理論予測値とは異なるものの、臨界温度の24桁以上にわたります。 このプロットは、QCDアクシオンの探索に役立つ可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study propagation of high-frequency electromagnetic and gravitational waves in the gravitational field of a rotating black hole. Due to the interaction of the spin of the field with the spacetime curvature, the standard geometric optics approximation that is used for obtaining the approximate high-frequency solutions of the wave equation should be modified. The corresponding modified spinoptics equations show that the worldline of the spinning massless particle is still null, but no longer a geodesic. We demonstrate that using the hidden symmetries of the Kerr metric one can obtain the corresponding spinoptics equations in the leading order of a $1/{\omega}$ expansion in an explicit form. We focus on the case of the spinning massless fields scattering in the region near the equatorial plane. We demonstrate that the asymptotic planes of the corresponding null ray's motion are slightly tilted. We study this effect and its dependence on the spin of the black hole. | 回転するブラックホールの重力場における高周波電磁波および重力波の伝播を研究する。 場のスピンと時空の曲率との相互作用のため、波動方程式の近似高周波解を得るための標準的な幾何光学近似は修正する必要がある。 修正されたスピン光学方程式は、回転する質量ゼロ粒子の世界線は依然としてゼロであるが、もはや測地線ではないことを示す。 カー計量の隠れた対称性を用いることで、対応するスピン光学方程式を$1/{\omega}$展開の主要次数で明示的に得ることができることを示す。 我々は、回転する質量ゼロ場が赤道面近傍の領域で散乱する場合に焦点を当てる。 対応するゼロ光線の運動の漸近面はわずかに傾いていることを示す。 我々はこの効果とそれがブラックホールのスピンにどのように依存するかを研究しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We suggest that a gauge theory CP-violating phase could be degenerate with a magnetic dual of a $4$-form flux. Discrete discharge of this flux by membrane nucleations could reduce the total CP-violating phase to below $10^{-10}$ well before BBN if the charge and the tension of the membranes are in the $\sim keV$ range. | ゲージ理論のCP対称性の破れの位相は、4形式磁束の磁気双対によって縮退する可能性があると我々は示唆する。 膜核形成によるこの磁束の離散的放出は、膜の電荷と張力が$\sim keV$の範囲にある場合、BBNのかなり前に、全CP対称性の破れの位相を$10^{-10}$以下に低減する可能性がある。 |