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| Original Text | 日本語訳 |
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| Measuring the distribution of spin tilts-the angles between the spin vectors and the binary orbital angular momentum-in stellar-mass binary black holes detected by LIGO-Virgo-KAGRA would provide valuable insight into their astrophysical origins. Analyses of the 69 binary black holes detected through LIGO-Virgo-KAGRA's third observing run yielded model-dependent conclusions, particularly regarding whether the spin tilt distribution exhibits a peak near alignment, as expected for binaries formed in galactic fields. In this work, we simulate populations of up to 1500 binary black hole systems with parameters consistent with the default GWTC-3 analysis, while introducing a correlation that favors small spin tilts for binaries with mass ratios near unity. We find that: (a) spurious peaks away from perfect alignment are possible even with catalogs of up to 300 sources; (b) establishing a definitive peak at alignment remains difficult even with 1500 detections; (c) integrated measurements -- such as the fraction of events with tilt angles smaller than $10^\circ$ or greater than $90^\circ$ -- are more robust and should be preferred, achieving relative $90\%$ credible uncertainties of $\sim20\%-80\%$ with 1500 sources; and (d) even with the largest simulated catalogs, evidence for a mass ratio-tilt correlation remains inconclusive. Our results suggest that identifying the formation channels of merging black holes using spin tilts will remain challenging, but that model-independent measurements may yield more informative insights over model parameters themselves. | LIGO-Virgo-KAGRAによって検出された恒星質量連星ブラックホールにおけるスピン傾斜（スピンベクトルと連星軌道角運動量との間の角度）の分布を測定することは、それらの天体物理学的起源に関する貴重な知見をもたらすと考えられる。 LIGO-Virgo-KAGRAの第3回観測で検出された69個の連星ブラックホールの解析により、モデル依存的な結論が得られた。 特に、銀河系内で形成された連星系に予想されるように、スピン傾斜分布が一直線付近でピークを示すかどうかに関して、その結論が得られた。 本研究では、デフォルトのGWTC-3解析と整合するパラメータを用いて、最大1500個の連星ブラックホール系の種族をシミュレートするとともに、質量比が1に近い連星系ではスピン傾斜が小さいことを優先する相関関係を導入した。 その結果、以下のことがわかった。 (a) 最大300個のソースのカタログであっても、完全な一直線から外れた誤ったピークが存在する可能性がある。 (b) 1500個の検出を行っても、アラインメントにおける決定的なピークを確立することは依然として困難である。 (c) 統合測定（例えば、傾斜角が$10^\circ$未満または$90^\circ$を超えるイベントの割合など）はより堅牢であり、1500個のソースで相対$90\%$の信頼できる不確かさ（$\sim20\%-80\%$）を達成することが好ましい。 (d) シミュレーションで得られた最大のカタログを用いても、質量比と傾斜角の相関関係の証拠は依然として決定的ではない。 我々の結果は、スピン傾斜を用いて合体ブラックホールの形成経路を特定することは依然として困難であるが、モデルに依存しない測定は、モデルパラメータ自体よりも有益な知見をもたらす可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Astrometry, the precise measurement of stellar positions and velocities, offers a promising approach to probing the low-frequency stochastic gravitational wave background (SGWB). Notably, astrometric vector sky maps are sensitive to parity-violating SGWB signals, which cannot be distinguished using pulsar timing array observations in an isotropic SGWB. We present the first astrometric constraints on parity-violating SGWB using quasar catalogs from Gaia DR3 and VLBA data. By analyzing the $EB$ correlation in the two-point correlation function of the proper motions of the quasars, we find 2$\sigma$ constraints on the parity-violating SGWB amplitude $h_{70}^2\Omega_{V} = -0.020 \pm 0.025$ from Gaia DR3 and $h_{70}^2\Omega_{V} = -0.004 \pm 0.010$ from VLBA. These constraints are valid in the frequency range $4.2 \times 10^{-18}\,{\rm Hz} < f < 1.1 \times 10^{-8}\,{\rm Hz}$. Although not currently a tight constraint on theoretical models, this first attempt lays the groundwork for future investigations using more precise astrometric data. | 星の位置と速度を精密に測定する天体測定法は、低周波の確率的重力波背景放射（SGWB）を調査する有望なアプローチです。 特に、天体測定ベクトルスカイマップは、等方性SGWBにおけるパルサータイミングアレイ観測では識別できないパリティ破れSGWB信号に敏感です。 本研究では、Gaia DR3およびVLBAデータから得られたクエーサーカタログを用いて、パリティ破れSGWBに対する天体測定上の制約を初めて提示します。 クエーサーの固有運動の2点相関関数における$EB$相関を解析することにより、Gaia DR3からのパリティ非保存SGWB振幅$h_{70}^2\Omega_{V} = -0.020 \pm 0.025$、VLBAからの$h_{70}^2\Omega_{V} = -0.004 \pm 0.010$に対して2$\sigma$制約を見出した。 これらの制約は、周波数範囲$4.2 \times 10^{-18}\,{\rm Hz} < f < 1.1 \times 10^{-8}\,{\rm Hz}$において有効である。 現時点では理論モデルに対する厳密な制約ではないものの、この最初の試みは、より正確な天文測定データを用いた将来の研究の基礎を築くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper brings a methodological character where we present a comprehensive formalism for constructing conserved quantities in the Teleparallel Equivalent of General Relativity (TEGR) and Symmetric Teleparallel Equivalent of General Relativity (STEGR). It was developed in series of our earlier works and, here, we unite it into a complete form. By employing the Noether method within a tensor formalism, conserved currents, superpotentials, and charges are constructed. These are shown to be covariant under coordinate transformations and local Lorentz rotations in TEGR, while in STEGR, they are covariant under coordinate transformations. The teleparallel (flat) connections in both theories are defined using the "turning off gravity" principle. Uniting such defined flat connections with tetrad in TEGR and metric in STEGR a new fruitful in applications notion "gauge" is introduced. The choice of various initial tetrads in TEGR or initial coordinates in STEGR leads to different gauges, what gives different conserved quantities. Finally, we discuss an appropriate choice of gauges from a possible set of them. | 本論文は、一般相対論のテレパラレル等価（TEGR）および一般相対論の対称テレパラレル等価（STEGR）における保存量を構築するための包括的な形式論を提示するという方法論的特徴を持つ。 この形式論は我々のこれまでの一連の研究で開発されたものであり、本稿ではそれを完全な形に統合する。 テンソル形式論においてノイマン法を用いることで、保存カレント、スーパーポテンシャル、および電荷が構築される。 これらはTEGRでは座標変換および局所ローレンツ回転に対して共変であることが示され、STEGRでも座標変換に対して共変である。 両理論におけるテレパラレル（平坦）接続は、「重力オフ」原理を用いて定義される。 このように定義された平坦接続をTEGRのテトラッド、およびSTEGRのメトリクスと統合することで、応用上有用な新しい概念「ゲージ」が導入される。 TEGRにおける様々な初期テトラッド、あるいはSTEGRにおける初期座標の選択は、異なるゲージを導き、それによって異なる保存量を与えます。 最後に、可能なゲージの集合から適切なゲージの選択について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider the self-force acting on a pointlike (electromagnetic or conformal-scalar) charge held fixed on a spacetime with a spherically-symmetric mass distribution of constant density (the Schwarzschild star). The Schwarzschild interior is shown to be conformal to a three-sphere geometry; we use this conformal symmetry to obtain closed-form expressions for mode solutions. We calculate the self-force with two complementary regularization methods, direct and difference regularization, showing agreement. For the first time, we show that difference regularization can be applied in the non-vacuum interior region, due to the vanishing of certain regularized mode sums. The new results for the self-force come in three forms: series expansions for the self-force near the centre of the star and in the far field; a new approximation that describes the divergence in the self-force near the star's boundary; and numerical data presented in a selection of plots. We conclude with a discussion of the logarithmic divergence in the self-force in the approach to the star's surface, and the effect of boundaries. | 我々は、球対称で一定密度の質量分布を持つ時空（シュワルツシルト星）上に固定された点状（電磁的または共形スカラー）電荷に作用する自己力を考察する。 シュワルツシルト内部は三球面幾何学に共形であることが示され、この共形対称性を用いてモード解の閉形式の表現を得る。 自己力は、直接正則化法と差分正則化法という相補的な2つの正則化法を用いて計算され、両者が一致することを示した。 差分正則化法は、特定の正則化モード和が消滅するため、非真空内部領域にも適用できることを初めて示す。 自己力に関する新たな結果は、星の中心付近および遠方場における自己力の級数展開、星の境界付近における自己力の発散を記述する新しい近似、そしていくつかのプロットで示された数値データの3つの形式で得られる。 最後に、恒星表面への接近における自己力の対数発散と境界の効果について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We examine four dimensional, near-extremal black hole solutions in the presence of a finite boundary obeying conformal boundary conditions, where the conformal class of the induced metric and the trace of the extrinsic curvature are fixed. Working in Euclidean signature and at fixed charge, we find the near-extremal regime is dominated by a double-scaling limit which reveals new scaling laws for the quasi-local conformal entropy at low temperatures. Upon spherical dimensional reduction, we obtain the effective two-dimensional dilaton-gravity theory that describes the near-extremal regime. In contrast to Dirichlet boundaries, for conformal boundaries a linear dilaton potential is not sufficient to capture the leading correction away from extremality and higher orders are needed. We also examine near-Nariai solutions and the spherical reduction of pure three-dimensional gravity in (Anti-) de Sitter space. In the latter, provided the boundary is placed near the conformal boundary of three-dimensional Anti-de Sitter space, the dynamics of the spherically symmetric boundary mode is governed by a Liouville equation that descends from a (minus) Schwarzian effective action. | 我々は、共形境界条件に従う有限境界が存在する場合の4次元近極限ブラックホール解を、誘起計量の共形類と外在曲率のトレースが固定された状態で調べる。 ユークリッドシグネチャと固定電荷で作業した結果、近極限領域は二重スケーリング極限によって支配され、低温における準局所共形エントロピーの新しいスケーリング則が明らかになる。 球面次元縮小により、近極限領域を記述する有効2次元ディラトン重力理論が得られる。 ディリクレ境界とは対照的に、共形境界では線形ディラトンポテンシャルでは極限性から遠ざかる主要な補正を捉えるのに十分ではなく、より高次の次元が必要となる。 また、近極限解と（反）ド・ジッター空間における純粋な3次元重力の球面次元縮小についても調べる。 後者においては、境界が3次元反ド・ジッター空間の共形境界の近傍に置かれると、球対称境界モードのダイナミクスは、（マイナス）シュワルツ有効作用から導かれるリウヴィル方程式によって支配される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It is often claimed that adding a qubit to a black hole requires energy $\Delta E \geq T_H \log 2$ so that the extra Bekenstein-Hawking entropy can accommodate the qubit. In this essay, we explain how the recently discovered phenomenon of black hole decoherence allows quantum information to be teleported into a black hole, with arbitrarily small energy cost. The generalized second law is not violated and there is no conflict with unitarity because the teleportation creates new entanglement, analogous to Hawking radiation, between the black hole interior and exterior. In accordance with Landauer's principle, a nonzero minimum energy cost only appears when there is a net erasure of information and noise from the exterior or, equivalently, when ``zerobits'' are sent into the black hole. | ブラックホールに量子ビットを追加するには、追加のベッケンシュタイン-ホーキングエントロピーが量子ビットを収容できるように、エネルギー $\Delta E \geq T_H \log 2$ が必要であるとよく言われます。 本論文では、最近発見されたブラックホールのデコヒーレンス現象によって、量子情報を任意の小さなエネルギーコストでブラックホールにテレポートできる仕組みを説明します。 テレポートによって、ブラックホールの内部と外部の間にホーキング放射に類似した新たなエンタングルメントが生成されるため、一般化第二法則は破られず、ユニタリー性とも矛盾しません。 ランダウアーの原理によれば、ゼロでない最小エネルギーコストは、外部からの情報とノイズが完全に消去された場合、つまり「ゼロビット」がブラックホールに送られた場合にのみ発生します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We establish the theories of Symmetric Teleparallel Equivalent to General Relativity (STEGR) in the internal-space and investigate possible internal-space symmetries among primary constraint densities in the theories. First of all, we revisit STEGR in terms of the gauge approach to gravity and formulate it in the internal-space set-up. We find three possible formalisms according to the vanishing-torsion property. Then, we investigate possible internal-space symmetries in each formalism. We find that in our formulation there are two possible symmetries. One satisfies the translation symmetry but broken in the local symmetry provided by the general linear group which contains the local Lorentz symmetry. The other satisfies the latter symmetry but is absent in the former symmetry. Finally, we conclude this work and show future perspectives. | 我々は、内部空間における一般相対論に等価な対称テレパラレル理論（STEGR）を確立し、理論における主要な拘束条件密度間の内部空間対称性の可能性を調査する。 まず、重力へのゲージアプローチの観点からSTEGRを再検討し、内部空間設定で定式化する。 捩れ消失特性に従って、3つの可能な形式を見出す。 次に、それぞれの形式において可能な内部空間対称性を調べる。 我々の定式化では、2つの可能な対称性があることがわかった。 1つは並進対称性を満たすが、局所ローレンツ対称性を含む一般線型群によって提供される局所対称性が破れる。 もう1つは後者の対称性を満たすが、前者の対称性には欠けている。 最後に、本研究を締めくくり、今後の展望を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| During inflation, higher derivative terms in the gravitational action may play a significant role. Building on new stable formulations of four-derivative scalar-tensor theories, we study the impact of these corrections in the case where the inflaton is also the additional scalar degree of freedom of the modified theory. This case is highly restricted by requiring that in the homogeneous limit inflation must still work, and that the initial data must be in the weak coupling limit to respect the validity of the effective theory. In such cases, the non-linear dynamics of large perturbations are very similar to the GR case, with the main deviations captured by the terms relating to the homogeneous Einstein-scalar-Gauss-Bonnet contributions. We show that in principle it is possible to dynamically drive the field out of the weak-coupling regime from a starting point well within it, but that to do so one has to finely tune the setup, so such cases are unlikely to occur generically. This work provides a basis for the study of less restricted models in future, for example those in which the inflaton and scalar degree of freedom are independent, or in which one is not restricted to a weakly coupled regime. | インフレーション過程においては、重力作用における高次微分項が重要な役割を果たす可能性がある。 4微分スカラーテンソル理論の新しい安定定式化に基づき、インフレーションが修正理論の追加のスカラー自由度でもある場合におけるこれらの補正の影響を調べる。 このケースは、同次極限においてインフレーションが依然として機能しなければならないこと、および有効理論の妥当性を尊重するために初期データが弱結合極限になければならないという要件によって、非常に制限されている。 このような場合、大きな摂動の非線形ダイナミクスは一般相対論の場合と非常に類似しており、主な偏差は同次アインシュタイン・スカラー・ガウス・ボネ寄与に関連する項によって捉えられる。 原理的には、弱結合領域内の十分内側にある開始点から、場を弱結合領域から動的に押し出すことが可能であるが、そのためには設定を細かく調整する必要があり、そのようなケースが一般に発生する可能性は低いことを示す。 本研究は、将来、例えばインフレーション自由度とスカラー自由度が独立しているモデルや、弱結合領域に制限されないモデルなど、より制約の少ないモデルの研究の基礎を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we investigate the phenomenology of electrically charged black holes in a Lorentz-violating gravitational framework mediated by a background Kalb-Ramond (KR) antisymmetric tensor field. Employing the Gauss-Bonnet theorem in a non-asymptotically flat geometry, we derive analytic expressions for the weak deflection angle of light and massive particles, revealing persistent corrections due to the Lorentz-violating parameter $ \ell $. Scalar and Dirac perturbations are also studied using both the WKB approximation and the Poschl-Teller approximation approach to verify the stability of the solution against these types of perturbations. Shadow analysis further uncovers a nontrivial deformation of the photon sphere and critical impact parameter, with KR-induced effects modifying the charge contribution in a manner incompatible with standard Einstein-Maxwell theory. Constraints derived from Event Horizon Telescope data for Sgr A* and M87* validate the model and provide stringent bounds on $ \ell $, establishing the KR framework as an observationally testable extension of General Relativity. | 本論文では、背景カルプ・ラモンド（KR）反対称テンソル場を媒介とするローレンツ非保存重力枠組みにおける電荷ブラックホールの現象論を考察する。 ガウス・ボネ定理を非漸近平坦幾何学において用い、光子および質量を持つ粒子の弱い偏向角の解析的表式を導出し、ローレンツ非保存パラメータ$ \ell $による永続的な補正を明らかにする。 また、WKB近似とポシュル・テラー近似の両方を用いてスカラー摂動およびディラック摂動を研究し、これらのタイプの摂動に対する解の安定性を検証する。 さらに、影解析により、光子球と臨界衝突パラメータの非自明な変形が明らかになり、KR誘起効果によって標準的なアインシュタイン・マクスウェル理論と両立しない形で電荷寄与が変化することが明らかになった。 Sgr A*とM87*のイベント・ホライズン・テレスコープのデータから得られた制約は、このモデルの妥当性を検証し、$ \ell $に厳密な境界を与え、KRフレームワークを観測的に検証可能な一般相対性理論の拡張として確立しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the standard relativistic geometrically thin and optically thick accretion disk in the background of a deformed compact object. The main purpose of this work is to determine whether such a deformed object possesses its own observational fingerprint that can distinguish it from Schwarzschild and Kerr black holes. Our analysis reveals the properties of this relativistic accretion disk model and its dependence on the initial parameters. | 我々は、変形したコンパクト天体の背景にある、標準的な相対論的幾何学的に薄く、光学的に厚い降着円盤を調べる。 本研究の主な目的は、このような変形天体が、シュワルツシルトブラックホールやカーブラックホールと区別できる独自の観測的特徴を持つかどうかを明らかにすることである。 我々の解析は、この相対論的降着円盤モデルの特性と、その初期パラメータへの依存性を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a major update to the Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration's catalog of binary black hole simulations. Using highly efficient spectral methods implemented in the Spectral Einstein Code (SpEC), we have nearly doubled the total number of binary configurations from 2,018 to 3,756. The catalog now densely covers the parameter space with precessing simulations up to mass ratio $q=8$ and dimensionless spins up to $|\vec{\chi}|\le0.8$ with near-zero eccentricity. The catalog also includes some simulations at higher mass ratios with moderate spin and more than 250 eccentric simulations. We have also deprecated and rerun some simulations from our previous catalog (e.g., simulations run with a much older version of SpEC or that had anomalously high errors in the waveform). The median waveform difference (which is similar to the mismatch) between resolutions over the simulations in the catalog is $4\times10^{-4}$. The simulations have a median of 22 orbits, while the longest simulation has 148 orbits. We have corrected each waveform in the catalog to be in the binary's center-of-mass frame and exhibit gravitational-wave memory. We estimate the total CPU cost of all simulations in the catalog to be 480,000,000 core-hours. We find that using spectral methods for binary black hole simulations is over 1,000 times more efficient than much shorter finite-difference simulations of comparable accuracy. The full catalog is publicly available through the sxs Python package and at https://data.black-holes.org . | Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) コラボレーションによる連星ブラックホールシミュレーションのカタログを大幅に更新しました。 Spectral Einstein Code (SpEC) に実装された高効率スペクトル法を用いることで、連星系の構成数を 2,018 から 3,756 へとほぼ倍増させました。 このカタログは、質量比 $q=8$ までの歳差運動シミュレーションと、離心率がほぼゼロの $|\vec{\chi}|\le0.8$ までの無次元スピンシミュレーションにより、パラメータ空間を高密度にカバーしています。 また、より高い質量比で中程度のスピンを持つシミュレーションや、250 を超える離心率のシミュレーションも含まれています。 また、以前のカタログから一部のシミュレーションを廃止し、再実行しました（例：SpEC のかなり古いバージョンで実行されたシミュレーションや、波形に異常に高い誤差があったシミュレーション）。 カタログ内のシミュレーションにおける解像度間の波形差（不一致に類似）の中央値は$4\times10^{-4}$です。 シミュレーションの軌道の中央値は22ですが、最長のシミュレーションでは148軌道あります。 カタログ内の各波形は、連星の質量中心フレームに収まるように補正され、重力波メモリを備えています。 カタログ内のすべてのシミュレーションのCPUコストは合計4億8000万コア時間と推定されます。 連星ブラックホールシミュレーションにスペクトル法を用いると、同等の精度を持つはるかに短い差分シミュレーションよりも1,000倍以上効率的であることがわかりました。 完全なカタログは、sxs Pythonパッケージおよびhttps://data.black-holes.orgで公開されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Emitted radiation and absorption effects in black hole dynamics lead to inelastic scattering amplitudes. In this paper, we study how these effects introduce an inelasticity function to the $2\rightarrow2$ eikonalised $S$-matrix and how they can be described using unequal mass and spin on-shell amplitudes. To achieve this, we formulate the inelastic coupled-channel eikonal (ICCE) using the KMOC formalism and the language of quantum channels, where off-diagonal channels involve mass and spin changes. This formulation allows us to re-use usual eikonal results but also suggests a different resummation of inelastic effects. We then apply this formulation to calculate classical inelastic processes, such as the mass change in binary dynamics due to the presence of an event horizon. Additionally, we provide a complementary analysis for the case of wave scattering on a black hole, considering absorption effects. In both scenarios, we derive unitarity relations accounting for inelastic effects. | ブラックホールダイナミクスにおける放射および吸収効果は、非弾性散乱振幅をもたらす。 本論文では、これらの効果がどのようにして $2\rightarrow2$ アイコナール化された $S$ 行列に非弾性関数を導入し、それらが不等質量および不等スピンオンシェル振幅を用いてどのように記述できるかを考察する。 これを実現するために、KMOC 形式と量子チャネルの言語を用いて、非弾性結合チャネルアイコナール (ICCE) を定式化する。 この量子チャネルでは、非対角チャネルは質量およびスピンの変化を伴う。 この定式化により、通常のアイコナール結果を再利用できるだけでなく、非弾性効果の異なる再総和も示唆される。 次に、この定式化を適用して、事象の地平線の存在による連星ダイナミクスにおける質量変化などの古典的な非弾性過程を計算する。 さらに、吸収効果を考慮したブラックホールにおける波動散乱の場合の補完的な解析も提供する。 どちらのシナリオでも、非弾性効果を考慮したユニタリー関係を導出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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Gravitational waves undergo redshift as they propagate through the expanding
universe, and the redshift may exhibit time-dependent drift. Consequently, for
any isolated gravitational wave sources, the mass parameter $\mathcal{M}$ and
the redshift $z$ exhibit an observational degeneracy, typically manifesting in
the waveform as the redshifted mass $\mathcal{M}(1+z)$. Matching together the
wave propagation and the wave generation solutions, we show that dimensionless
source parameters depending on mass $\mathcal{M}$ can break this degeneracy.
Notably, the postmerger signal from binary neutron stars contains several
dimensionless parameters that satisfy this condition, including the quality
factors of different frequency components and their frequency ratios.
Considering the observations of solely the postmerger signal by the Neutron
star Extreme Matter Observatory or the Einstein Telescope, based on the Fisher
analysis, we find that the redshift can be measured with fractional
uncertainties of $\sim30\%$ for sources at $0.01| 重力波は膨張宇宙を伝播するにつれて赤方偏移を起こし、赤方偏移は時間依存のドリフトを示すことがある。 その結果、孤立した重力波源においては、質量パラメータ$\mathcal{M}$と赤方偏移$z$は観測的に縮退を示し、典型的には波形において赤方偏移した質量$\mathcal{M}(1+z)$として現れる。 波の伝播解と波生成解を対比させることで、質量$\mathcal{M}$に依存する無次元源パラメータがこの縮退を破ることができることを示す。 特に、連星中性子星からの合体後信号には、異なる周波数成分の品質係数やそれらの周波数比など、この条件を満たすいくつかの無次元パラメータが含まれている。 フィッシャー解析に基づき、中性子星極端物質観測衛星またはアインシュタイン望遠鏡による合体後信号のみの観測を考慮すると、$0.01 | |
| Original Text | 日本語訳 |
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| While the simplest inflationary models predict a power-law form of the primordial power spectrum (PPS), various UV complete scenarios predict features on top of the standard power law that leave characteristic imprints in the late-time distribution of matter, encoded in the galaxy power spectrum. In this work, we assess the validity of the Effective Field Theory of Large Scale Structure (EFTofLSS) and the IR-resummation scheme of PyBird in the context of primordial (oscillatory) features. We find an excellent agreement at the level of the matter power spectrum between N-body simulations and the one-loop EFT predictions, for models commonly studied in the literature. We then apply the EFTofLSS to the galaxy power spectrum measurements from BOSS LRG and eBOSS QSO to constrain specific global and local features in the PPS. We demonstrate that while such features can improve the fit to cosmic microwave background (CMB) data, they may result in a poorer fit to clustering measurements at low redshift. The resulting constraints on the amplitude of the primordial oscillations are competitive with those obtained from CMB data, despite the well-known damping of oscillations due to non-linear structure formation processes. For the first time in this context, we jointly analyze the galaxy power spectrum (monopole and quadrupole) in combination with Planck CMB data to derive strong constraints on the amplitude of primordial features. This work highlights the EFTofLSS as a powerful tool for testing early universe scenarios on scales that complement CMB observations. | 最も単純なインフレーションモデルは原始パワースペクトル（PPS）のべき乗則を予測するが、様々なUV完全シナリオは、標準的なべき乗則の上に、銀河パワースペクトルに符号化された物質の後期分布に特徴的な痕跡を残す特徴を予測する。 本研究では、原始（振動）的特徴の文脈において、大規模構造の有効場理論（EFTofLSS）とPyBirdのIR再総和スキームの妥当性を評価する。 文献で一般的に研究されているモデルについて、N体シミュレーションと1ループEFTの予測が物質パワースペクトルのレベルで非常によく一致することを明らかにした。 次に、BOSS LRGとeBOSS QSOによる銀河パワースペクトル測定にEFTofLSSを適用し、PPSにおける特定の大域的および局所的特徴を制約する。 このような特徴は宇宙マイクロ波背景放射（CMB）データへの適合性を向上させる一方で、低赤方偏移におけるクラスタリング測定への適合性を悪化させる可能性があることを実証する。 結果として得られる原始的振動の振幅に対する制限は、非線形構造形成過程による振動の減衰が知られているにもかかわらず、CMBデータから得られる制限と競合する。 この文脈において初めて、我々は銀河のパワースペクトル（単極および四極）をプランクCMBデータと組み合わせて解析し、原始的特徴の振幅に対する強力な制限を導出した。 本研究は、EFTofLSSがCMB観測を補完するスケールで初期宇宙のシナリオを検証するための強力なツールであることを強調するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The thermodynamics in the extended phase space of a quantum corrected black hole (BH) proposed recently is presented in this work. Our study shows that the phase transition behavior of the BH is analogous to that of conventional Schwarzschild BH in anti-de Sitter (AdS) space; however, a critical temperature exists such that when the BH temperature exceeds this critical value, the small BH phase and the large BH phase become separated, and no phase transition occurs. Due to the introduction of the quantum parameter $\xi$, the BH equation of state splits into two branches. One branch reduces to the Schwarzschild-AdS case as $\xi\to0$, with its phase transition pressure lower than the critical pressure; another branch's phase transition pressure is greater than the critical pressure. The study shows that the $T-r_{+}$ phase transition and heat capacity are similar to those of the Schwarzschild-AdS BH. The Joule-Thomson expansion is divided into two stages: in the earlier stage, the BH pressure increases until it reaches a maximum; in the later stage, the pressure gradually decreases. In each stage, the BH may undergo an inversion point, resulting in the inversion curve with two branches. In addition, each stage has a minimum inversion mass, below which any BH (in each respective stage) has no inversion point. | 本研究では、最近提案された量子補正ブラックホール（BH）の拡張位相空間における熱力学について述べる。 本研究では、BHの相転移挙動が反ド・ジッター（AdS）空間における従来のシュワルツシルトBHの挙動に類似していることが示されている。 しかし、臨界温度が存在し、BH温度がこの臨界値を超えると、小さなBH相と大きなBH相が分離し、相転移は起こらない。 量子パラメータ$\xi$の導入により、BHの状態方程式は2つの枝に分岐する。 1つの枝は$\xi\to0$としてシュワルツシルト-AdSの場合に帰着し、その相転移圧力は臨界圧力よりも低い。 もう1つの枝の相転移圧力は臨界圧力よりも高い。 本研究では、$T-r_{+}$相転移および熱容量がシュワルツシルト-AdS BHのものと類似していることが示されている。 ジュール・トムソン展開は2つの段階に分けられます。 前段階では、BH圧力は最大値に達するまで増加し、後段階では圧力は徐々に減少します。 各段階でBHは反転点を経験することがあり、その結果、反転曲線は2つの枝に分岐します。 さらに、各段階には最小反転質量があり、それ以下ではどのBH（各段階において）も反転点は発生しません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study gravitational wave production at strong first order phase transitions, with large-scale, long-running simulations of a system with a scalar order parameter and a relativistic fluid. One transition proceeds by detonations with asymptotic wall speed $v_\text{w}=0.92$ and transition strength $\alpha_n=0.67$, and the other by deflagrations, with a nominal asymptotic wall speed $v_\text{w}=0.44$ and transition strength $\alpha_n=0.5$. We investigate in detail the power spectra of velocity and shear stress and - for the first time in a phase transition simulation - their time decorrelation, which is essential for the understanding of gravitational wave production. In the detonation, the decorrelation speed is larger than the sound speed over a wide range of wavenumbers in the inertial range, supporting a visual impression of a flow dominated by supersonic shocks. Vortical modes do not contribute greatly to the produced gravitational wave power spectra even in the deflagration, where they dominate over a range of wavenumbers. In both cases, we observe dissipation of kinetic energy by acoustic turbulence, and in the case of the detonation an accompanying growth in the integral scale of the flow. The gravitational wave power approaches a constant with a power law in time, from which can be derived a gravitational wave production efficiency. For both cases this is approximately $\tilde{\Omega}^\infty_\text{gw} \simeq 0.017$, even though they have quite different kinetic energy densities. The corresponding fractional density in gravitational radiation today, normalised by the square of the mean bubble spacing in Hubble units, for flows which decay in much less than a Hubble time, is $\Omega_{\text{gw},0}/(H_\text{n} R_*)^2=(4.8\pm1.1)\times 10^{-8}$ for the detonation, and $\Omega_{\text{gw},0}/(H_\text{n} R_*)^2=(1.3\pm0.2)\times 10^{-8}$ for the deflagration. | 我々は、スカラー秩序パラメータと相対論的流体を持つ系の大規模・長時間シミュレーションを用いて、強い一次相転移における重力波生成を研究する。 一つの転移は、漸近壁速度$v_\text{w}=0.92$、転移強度$\alpha_n=0.67$のデトネーションによって進行し、もう一つは、公称漸近壁速度$v_\text{w}=0.44$、転移強度$\alpha_n=0.5$のデフラグレーションによって進行する。 我々は、速度と剪断応力のパワースペクトルを詳細に調べ、相転移シミュレーションにおいて初めて、それらの時間非相関性を明らかにする。 これは重力波生成の理解に不可欠である。 デトネーションにおいては、慣性領域における広い波数範囲にわたって、非相関速度が音速よりも大きく、超音速衝撃波が支配的な流れの視覚的印象を裏付けています。 渦モードは、デフラグレーションにおいても、広い波数範囲にわたって支配的ですが、生成される重力波パワースペクトルに大きく寄与しません。 どちらの場合も、音響乱流による運動エネルギーの散逸が観測され、デトネーションの場合は、それに伴って流れの積分スケールが増大します。 重力波のパワーは時間とともにべき乗則に従って定数に近づき、そこから重力波生成効率を導くことができます。 どちらの場合も、運動エネルギー密度がかなり異なるにもかかわらず、この値はおよそ $\tilde{\Omega}^\infty_\text{gw} \simeq 0.017$ です。 ハッブル時間よりもはるかに短い時間で減衰する流れの場合、今日の重力放射における対応する分数密度は、ハッブル単位での平均気泡間隔の2乗で正規化され、デトネーションの場合$\Omega_{\text{gw},0}/(H_\text{n} R_*)^2=(4.8\pm1.1)\times 10^{-8}$、デフラグレーションの場合$\Omega_{\text{gw},0}/(H_\text{n} R_*)^2=(1.3\pm0.2)\times 10^{-8}$となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The geodesics of Kerr's metric are described by the four-dimensional Hamiltonian dynamics integrable in the Arnold--Liouville sense. It can be reduced to two-dimensional one by the use of Fermat's principle. The resulting Hamiltonian is, however, rather complicated. We show how one can apply the coupling constant metamorphosis to simplify the Hamiltonian to the one quadratic in momenta and depending on the initial "energy" as parameter. It describes a simple dynamics of two non-linear oscillators and can be integrated directly or evaluated in the framework of perturbation theory by adopting the elegant Lindstedt--Poincar\'e algorithm. The idea of coupling constant metamorphosis is also applied to the Myers--Perry metric -- a five dimensional generalization of Kerr's metric. The case of single rotation parameter is considered in some detail. | カー計量の測地線は、アーノルド-リウヴィルの意味で積分可能な4次元ハミルトニアンダイナミクスによって記述される。 これはフェルマーの原理を用いることで2次元ハミルトニアンに簡約できる。 しかし、結果として得られるハミルトニアンは非常に複雑である。 ここでは、結合定数メタモルフォーシスを適用して、ハミルトニアンを運動量の2乗で初期「エネルギー」をパラメータとするハミルトニアンに簡約する方法を示す。 これは2つの非線形振動子の単純なダイナミクスを記述し、直接積分することも、洗練されたリンステッド-ポアンカレアルゴリズムを用いて摂動論の枠組みで評価することもできる。 結合定数メタモルフォーシスの考え方は、カー計量の5次元一般化であるマイヤーズ-ペリー計量にも適用される。 回転パラメータが1つの場合について、詳細に考察する。 |
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| Taiji, a Chinese space-based gravitational wave detection project, aims to explore the millihertz gravitational wave universe with unprecedented sensitivity, targeting astrophysical and cosmological sources including Galactic binaries, massive black hole binaries, extreme mass-ratio inspirals, and stochastic gravitational wave backgrounds, etc. These observations are expected to provide transformative insights into astrophysics, cosmology, and fundamental physics. However, Taiji's data analysis faces unique challenges distinct from ground-based detectors like LIGO-Virgo-KAGRA, such as the overlap of numerous signals, extended data durations, more rigorous accuracy requirements for the waveform templates, non-negligible subdominant waveform complexities, incompletely characterized noise spectra, non-stationary noises, and various data anomalies. This paper presents the second round of Taiji Data Challenge, a collection of simulation datasets designed as a shared platform for resolving these critical data analysis problems. The current platform distinguishes from previous works by the systematic integration of orbital dynamics based on the full drag-free and attitude control simulation, extended noise sources, more sophisticated and overlapping gravitational wave signals, second-generation time-delay interferometry and the coupling effect of time-varying armlengths, etc. Concurrently released is the open-source toolkit Triangle (available at https://github.com/TriangleDataCenter), which offers the capabilities for customized simulation of signals, noises and other instrumental effects. By taking a step further towards realistic detection, Taiji Data Challenge II and Triangle altogether serve as a new testbed, supporting the development of Taiji's global analysis and end-to-end pipelines, and ultimately bridging the gaps between observation and scientific objectives. | 中国の宇宙重力波検出プロジェクトである太極は、銀河連星、大質量ブラックホール連星、極端質量比のインスパイラル、確率的重力波背景などを含む天体物理学および宇宙論的源をターゲットとし、前例のない感度でミリヘルツ重力波宇宙を探査することを目指しています。 これらの観測は、天体物理学、宇宙論、そして基礎物理学に革新的な知見をもたらすことが期待されています。 しかし、太極のデータ解析は、LIGO-Virgo-KAGRAなどの地上検出器とは異なる、独自の課題に直面しています。 例えば、多数の信号の重なり、データ期間の延長、波形テンプレートに対するより厳格な精度要件、無視できないサブドミナント波形の複雑さ、不完全なノイズスペクトル、非定常ノイズ、そして様々なデータ異常などです。 本論文では、これらの重要なデータ分析問題を解決するための共有プラットフォームとして設計されたシミュレーションデータセットのコレクションであるTaiji Data Challengeの第2ラウンドを紹介します。 現在のプラットフォームは、完全な抗力フリーおよび姿勢制御シミュレーションに基づく軌道力学、拡張されたノイズ源、より高度で重複する重力波信号、第二世代の時間遅延干渉法、時間変動する腕長の結合効果などを体系的に統合することで、以前の研究とは一線を画しています。 同時にリリースされたオープンソースツールキットTriangle（https://github.com/TriangleDataCenterで入手可能）は、信号、ノイズ、その他の機器効果のカスタマイズされたシミュレーション機能を提供します。 現実的な検出に向けてさらに一歩前進することで、Taiji Data Challenge IIとTriangleは新たなテストベッドとして機能し、Taijiのグローバル分析とエンドツーエンドのパイプラインの開発を支援し、最終的には観測と科学的目的のギャップを埋めます。 |
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| The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) is a planned space-based observatory designed to detect gravitational waves (GWs) within the millihertz frequency range. LISA is anticipated to observe the inspiral of compact objects into black holes at the centers of galaxies, so called extreme-mass-ratio inspirals (EMRIs). However, the extraction of these long-lived complex signals is challenging due to the large size and multimodality of the search space. In this study, we introduce a new search strategy that allows us to find EMRI signals in noisy data from wide priors all the way to performing parameter estimation. This work is an important step in understanding how to extract EMRIs from future LISA data. | レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）は、ミリヘルツ周波数域の重力波（GW）を検出するために計画されている宇宙ベースの観測所です。 LISAは、銀河中心のブラックホールへのコンパクト天体のインスパイラル、いわゆる極端質量比インスパイラル（EMRI）を観測すると期待されています。 しかし、これらの長寿命の複雑な信号の抽出は、探索空間の広さと多様性のために困難です。 本研究では、ノイズの多いデータから広い事前分布からパラメータ推定までEMRI信号を見つけることができる新しい探索戦略を紹介します。 この研究は、将来のLISAデータからEMRIを抽出する方法を理解するための重要なステップです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we explore the production of primordial black holes (PBHs) within the context of $\alpha$-attractor inflationary models, focusing on the preheating phase following inflation. During this phase, self-resonance instabilities arise due to deviations of the inflationary potential from a quadratic form. PBH formation is analyzed using three criteria: (1) the perturbation must lie within the instability band, (2) its characteristic length must exceed the Jeans length, and (3) it must have sufficient time to collapse based on the estimations of massive scalar field spherical collapse in Einstein-de Sitter universe. Based on these criteria, we calculate the PBH mass fraction using the Press-Schechter (PS) and Khlopov-Polnarev (KP) formalisms. Our results show that the PS formalism tends to overestimate PBH abundance during preheating, as it neglects nonspherical effects. In contrast, the KP formalism yields more realistic predictions by incorporating such effects. We provide a detailed comparison with observational constraints from evaporating PBHs. Notably, the PS formalism is excluded by these constraints, which are based on Hawking radiation, while the KP formalism remains viable. These findings underscore the importance of accounting for nonspherical effects and accurate collapse dynamics in studies of PBH formation during preheating. | 本研究では、インフレーション後の予熱段階に焦点を当て、$\alpha$アトラクターインフレーション模型の文脈において原始ブラックホール（PBH）の生成を探求する。 この段階では、インフレーションポテンシャルが二次形式から逸脱することにより、自己共鳴不安定性が生じる。 PBHの形成は、次の3つの基準を用いて解析される。 (1) 摂動が不安定性帯内にあること、(2) その特性長がジーンズ長を超えていること、(3) アインシュタイン-ド・ジッター宇宙における大質量スカラー場の球状崩壊の推定に基づいて、PBHが崩壊するのに十分な時間があること。 これらの基準に基づき、プレス-シェヒター（PS）形式とクロポフ-ポルナレフ（KP）形式を用いてPBHの質量分率を計算する。 計算結果は、PS形式は非球状効果を無視するため、予熱段階におけるPBHの存在量を過大評価する傾向があることを示している。 対照的に、KP形式論はそのような効果を取り入れることで、より現実的な予測を可能にする。 我々は、蒸発するPBHからの観測的制約との詳細な比較を行う。 特に、ホーキング放射に基づくこれらの制約によってPS形式論は排除されるが、KP形式論は依然として有効であることは注目に値する。 これらの知見は、予熱中のPBH形成の研究において、非球面効果と正確な崩壊ダイナミクスを考慮することの重要性を強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The main aim of this study is to examine the behaviour of physical parameters of an anisotropic compact star model demonstrating spherical symmetry in F(Q) modified gravity. To evaluate the behaviour and the stability of an anisotropic compact star model, we utilise the measured mass and radius of an anisotropic compact star model. This study obtained an anisotropic compact star model by solving Einstein field equations. The field equations have been simplified by an appropriate selection of the metric elements and the Karmarkar condition. By solving the field equation to develop a differential equation that establishes a relationship between two essential components of spacetime. A physical analysis of this model reveals that the resulting stellar structure for anisotropic matter distribution is a physically plausible representation of a compact star with an energy density of order $10^14 g/cm^3$. Using the Tolman-Oppenheimer-Volkoff equation, causality condition and Harrison-Zeldovich-Novikov Condition, we investigate the hydrostatic equilibrium and stability of the compact star Cen X-3. We further determined the mass-radius relation of this compact star for different values of delta}1. | 本研究の主目的は、F(Q)修正重力において球対称性を示す異方性コンパクト星モデルの物理パラメータの挙動を調べることである。 異方性コンパクト星モデルの挙動と安定性を評価するために、異方性コンパクト星モデルの測定された質量と半径を利用する。 本研究では、アインシュタイン場の方程式を解くことによって異方性コンパクト星モデルを得た。 場の方程式は、適切な計量要素の選択とKarmarkar条件によって簡略化されている。 場の方程式を解くことで、時空の2つの重要な要素間の関係を確立する微分方程式を構築する。 このモデルの物理的解析により、異方性物質分布に対する結果として得られる星構造は、エネルギー密度が約10^14 g/cm^3のコンパクト星の物理的に妥当な表現であることが明らかになった。 トールマン・オッペンハイマー・ヴォルコフ方程式、因果律条件、ハリソン・ゼルドビッチ・ノビコフ条件を用いて、コンパクト星Cen X-3の静水力平衡と安定性を調べた。 さらに、このコンパクト星の質量と半径の関係を、異なるデルタΓ1の値に対して決定した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that despite the fact that an accelerating observer would note the Minkowski vacuum to be thermal, which is the well known Unruh's effect, an inconsistency is implied writing the Minkowski vacuum as an entangled state between Rindler wedges. We first use the textbook derivation showing the Minkowski vacuum as an entangled state between Rindler wedges as an inspiration to construct alternate spacetimes, where the Minkowski vacuum can be written as a thermofield double state between disconnected regions of spacetime, and show that no thermality is implied by calculations using Bogoluibov coefficients. We next highlight issues in this textbook derivation by first noting the blowing up of Bogoluibov coefficients at $k=0$, followed by showing that that two point correlation function evaluations are inconsistent, despite the thermal nature of the particle spectrum as witnessed by observers following boost orbits. We highlight the reason behind the inconsistency in the derivation as an issue with expanding the relevant fields in a complete set of frequency modes. | 加速する観測者はミンコフスキー真空が熱的であると気づくであろうという事実（これはよく知られたウンルー効果である）にもかかわらず、ミンコフスキー真空をリンドラーウェッジ間のエンタングルメント状態として記述すると矛盾が生じることを示す。 まず、ミンコフスキー真空をリンドラーウェッジ間のエンタングルメント状態として示す教科書的な導出をヒントに、ミンコフスキー真空を時空の分断された領域間の熱場二重状態として記述できる代替時空を構築し、ボゴルイボフ係数を用いた計算では熱性は示唆されないことを示す。 次に、この教科書的な導出における問題点を指摘し、まず$k=0$におけるボゴルイボフ係数の爆発に注目し、次にブースト軌道を辿る観測者によって目撃される粒子スペクトルの熱的性質にもかかわらず、2点相関関数の評価が矛盾することを示す。 導出における不一致の原因は、関連するフィールドを完全な周波数モードセットに拡張することの問題であることを強調します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave signals from asymmetric binary black hole systems have been shown to exhibit additional chirps beyond the primary merger chirp in the post-merger region of the time-frequency domain. These secondary post-merger chirps correlate to the evolving geometry of the common horizon that forms as the binary merges and were previously studied through numerical relativity simulation in a zero-spin regime. In this work, we investigate the post-merger time-frequency structure in systems with both aligned and precessing spin using widely available waveform models. We find that the inclusion of strong aligned spin $\left(\xi = 0.75\right)$ induces further post-merger time-frequency peaks. Additionally we show that even mild precessing spin $\left(\chi_p = 0.25\right)$ strongly affects the distribution of post-merger radiative power across the celestial sky of the final black hole. Our results support the theory of a correlation between the post-merger signal and horizon geometry. | 非対称連星ブラックホール系からの重力波信号は、時間周波数領域の合体後領域において、主要な合体チャープに加えて追加のチャープを示すことが示されている。 これらの二次的な合体後チャープは、連星の合体時に形成される共通地平線の進化する形状と相関しており、これまでゼロスピン領域における数値相対論シミュレーションによって研究されてきた。 本研究では、広く利用可能な波形モデルを用いて、整列スピンと歳差運動スピンの両方を持つ系の合体後時間周波数構造を調査する。 強い整列スピン $\left(\xi = 0.75\right)$ が含まれると、合体後の時間周波数ピークがさらに増加することが明らかになった。 さらに、軽度の歳差運動スピン $\left(\chi_p = 0.25\right)$ でさえ、最終的なブラックホールの天空全体にわたる合体後放射パワーの分布に強く影響を与えることを示す。 私たちの結果は、合体後のシグナルと地平線の形状との間に相関関係があるという理論を支持するものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We focus on minimally coupled (multi)field quintessence models, of thawing type, and their realistic solutions. In a model-independent manner, we describe analytically these cosmological solutions throughout the universe history. Starting with a kination - radiation domination phase, we obtain an upper bound on the scalar potential to guarantee an early kination: $V(\varphi) \ll e^{-\sqrt{6} \varphi}$. Turning to the radiation - matter phase, we obtain analytic expressions for the scale factor $a(t)$ (not $t(a)$) and the scalar fields $\varphi^i(t)$ (usually neglected). These allow us to evaluate analytically the freezing of scalar fields, typically $\Delta \varphi \lesssim 10^{-2}$, as well as the transition moment of the dark energy equation of state parameter $w_{\varphi}$ from $+1$ to $-1$, with excellent agreement to the numerics. We comment on this freezing in view of string theory model building, and of some cosmological events. Turning to the latest phase of matter - dark energy domination, we show that the (multi)field displacement is sub-Planckian: $\Delta \varphi \leq 1$. We also provide for that phase analytic expressions for $\int (w_{\varphi}+1)\, d N$ in terms of matter evolution; we relate those to observational targets that we propose. Using finally the CPL parametrisation, while discussing a phantom behaviour, we derive analytic bounds on $w_0$ and $w_a$. | 我々は、解凍型の極小結合（多）場クインテッセンス模型とその現実的な解に焦点を当てる。 模型に依存しない方法で、これらの宇宙論的解を宇宙史を通して解析的に記述する。 キネーション - 放射支配相から始めて、初期キネーションを保証するスカラーポテンシャルの上限 $V(\varphi) \ll e^{-\sqrt{6} \varphi}$ を得る。 放射 - 物質相に目を向けると、スケール因子 $a(t)$（$t(a)$ ではない）とスカラー場 $\varphi^i(t)$（通常は無視される）の解析的表現を得る。 これらにより、スカラー場の凍結（典型的には$\Delta \varphi \lesssim 10^{-2}$）と、暗黒エネルギー状態方程式パラメータ$w_{\varphi}$の$+1$から$-1$への遷移モーメントを解析的に評価することができ、数値計算と非常によく一致する。 我々は、弦理論モデルの構築といくつかの宇宙論的事象の観点から、この凍結についてコメントする。 物質の最新段階である暗黒エネルギー支配に目を向けると、（多）場変位がプランク的ではないことを示す：$\Delta \varphi \leq 1$。 また、この段階に対して、物質進化の観点から、$\int (w_{\varphi}+1)\, d N$の解析的表現を与え、それらを我々が提案する観測対象に関連付ける。 最後にCPLパラメータ化を用いて、ファントム挙動を議論しながら、$w_0$と$w_a$の解析的境界を導出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study linear scalar perturbations in single-field models of inflation featuring a non-attractor phase. These models lead to a peak in the curvature power spectrum that may result in the formation of primordial black holes. We develop a transfer-matrix formalism, analogous to the S-matrix program in quantum-field theory, that maps perturbations throughout the transitory phase. At scales smaller than the peak, the power spectrum features damped oscillations, and the duration of the transition sets the scale at which power-law damping switches to exponential damping. At scales larger than the peak, we demonstrate that a dip appears in the power spectrum if and only if the inflaton's velocity does not flip sign. We show that the amplitude at the dip always scales as the inverse square-rooted amplitude of the peak, and comment on the physical consequences of this universal relationship. We also test the robustness of our results with a few toy models and interpret them with an intuitive mechanical analogy. | 我々は、非アトラクター相を特徴とするインフレーションの単一場モデルにおける線形スカラー摂動を研究する。 これらのモデルは、原始ブラックホールの形成につながる可能性のある曲率パワースペクトルのピークをもたらす。 我々は、量子場理論におけるS行列プログラムに類似した転送行列形式論を開発し、遷移相全体にわたって摂動をマッピングする。 ピークよりも小さいスケールでは、パワースペクトルは減衰振動を特徴とし、遷移の持続時間によって、べき乗減衰が指数減衰に切り替わるスケールが決定される。 ピークよりも大きいスケールでは、インフレーションの速度が符号を反転しない場合にのみ、パワースペクトルにディップが現れることを示す。 ディップにおける振幅は常にピークの振幅の平方根逆数に比例することを示し、この普遍的な関係の物理的帰結について論じる。 また、いくつかのおもちゃのモデルを用いて結果の堅牢性を検証し、直感的な機械的なアナロジーを用いて解釈します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We aim to provide a rigorous geometric framework for the Ashtekar-Barbero-Immirzi formulation of General Relativity. As the starting point of this formulation consists in recasting General Relativity as an SU(2) gauge theory, it naturally lends itself to interpretation within the theory of principal bundles. The foundation of our framework is the spin structure, which connects the principal SU(2)-bundle construction with the Riemannian framework. The existence of the spin structure enlightens the geometric properties of the Ashtekar-Barbero-Immirzi-Sen connection and the topological characteristics of the manifold. Within this framework, we are able to express the constraints of the physical theory in a coordinate-free way, using vector-valued forms that acquire a clear geometric interpretation. Using these geometric concepts, we analyze the phase space of the theory and discuss the implementation of symmetries through the automorphism group of the principal SU(2)-bundle. In particular, we demonstrate that the description of the kinematical constraints as vector-valued forms provides a natural implementation as momentum maps for the automorphism group action. | 我々は、一般相対論のAshtekar-Barbero-Immirzi定式化のための厳密な幾何学的枠組みを提供することを目的とする。 この定式化の出発点は、一般相対論をSU(2)ゲージ理論として再構成することにあるため、主束理論による解釈が自然と可能となる。 我々の枠組みの基礎は、主SU(2)束構成をリーマン枠組みと結び付けるスピン構造である。 スピン構造の存在は、Ashtekar-Barbero-Immirzi-Sen接続の幾何学的性質と多様体の位相的特徴を明らかにする。 この枠組みの中で、我々は明確な幾何学的解釈を得るベクトル値形式を用いて、物理理論の制約条件を座標に依存しない方法で表現することができる。 これらの幾何学的概念を用いて、理論の位相空間を解析し、主SU(2)束の自己同型群を通じた対称性の実現について議論する。 特に、運動学的拘束条件をベクトル値形式として記述することで、自己同型群作用の運動量写像として自然な実現が可能となることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The motion of compact binaries is influenced by the spin of their components starting at the 1.5 post-Newtonian (PN) order. On the other hand, in the large mass ratio limit, the spin of the lighter object appears in the equations of motion at first order in the mass ratio, coinciding with the leading gravitational self-force. Frame and gauge choices make it challenging to compare between the two limits, especially for generic spin configurations. We derive novel closed formulas for the gauge-invariant actions and frequencies for the motion of spinning test particles near Kerr black holes. We use this to express the Hamiltonian perturbatively in terms of action variables up to 3PN and compare it with the 1.5 PN action-angle Hamiltonian at finite mass ratios. This allows us to match the actions across both systems, providing a new gauge-invariant dictionary for interpolation between the two limits. | コンパクト連星の運動は、1.5 ポストニュートン（PN）オーダーから、その構成粒子のスピンの影響を受けます。 一方、質量比の大きい極限では、軽い方の天体のスピンが運動方程式に質量比の一次で現れ、主要な重力自己力と一致。 フレームとゲージの選択により、特に一般的なスピン配置の場合、2つの極限の比較は困難です。 我々は、カーブラックホール近傍の回転するテスト粒子の運動に対するゲージ不変な作用と周波数の新しい閉じた式を導出します。 これを用いて、ハミルトニアンを3PNまでの作用変数で摂動論的に表現し、有限質量比における1.5 PN作用角ハミルトニアンと比較します。 これにより、両系間で作用を一致させることができ、2つの極限間の補間のための新しいゲージ不変辞書が得られます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The challenge of defining a physical notion of gravitational waves, together with the associated dynamical degrees of freedom of a gravity theory, is a long-standing problem that famously lead to the discovery the Bondi-Metzner-Sachs (BMS) spacetime symmetry at null infinity and its connection to gravitational memory. Here, we show that the second major contribution to an understanding of waves in gravitation, attributed to the work of Isaacson, equally leads to the inevitable presence of displacement memory, and provides additional understanding of the phenomenon. In particular, the Isaacson viewpoint allows for an efficient method to compute gravitational displacement memory in general metric theories of gravity. | 重力波の物理的概念と、それに関連する重力理論の力学的自由度を定義するという難題は、長年の課題であり、ヌル無限遠におけるボンダイ・メッツナー・ザックス（BMS）時空対称性の発見と、その重力記憶との関連性という、よく知られた発見につながった。 本稿では、重力における波の理解に対する2つ目の主要な貢献であるアイザックソンの研究が、同様に変位記憶の必然的な存在につながり、この現象の理解を深めることを示す。 特に、アイザックソンの観点は、一般計量重力理論における重力変位記憶を計算するための効率的な手法を可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate gravastar-like structures in static and spherically symmetric space-time within the framework of $f(Q)$ gravity coupled with conformal symmetry. We have modified the conventional gravastar model by introducing a strongly interacting quark matter shell which maintains the apex of causal limit through the EoS, $p=\rho-2B_{g}$, where, $B_{g}$ is the bag constant. Non-singular and non-vanishing solutions for the interior and shell regions are obtained, respectively. We have used the Israel junction condition to evaluate the mass of the thin shell for different choices of characteristic radii. Interestingly, the mass of the shell is independent of the matter distribution in the shell region. We found that for radii 9.009, 10.009 and 11.009, the mass increases as $1.80,~1.95$ and $2.28~M_{\odot}$. The physical features, such as, proper length, energy and entropy of the shell region are studied within the parameter space. Surface redshift calculations were used to validate the proposed model. | 本研究では、共形対称性と結合した$f(Q)$重力の枠組みの中で、静的かつ球対称な時空における重力星型構造を研究する。 我々は、EoSを通して因果極限の頂点$p=\rho-2B_{g}$を維持する、強く相互作用するクォーク物質殻を導入することで、従来の重力星モデルを修正した。 ここで、$B_{g}$はバッグ定数である。 内部領域と殻領域に対して、それぞれ非特異解と非零解が得られた。 イスラエル接合条件を用いて、特性半径の異なる選択に対する薄い殻の質量を評価した。 興味深いことに、殻の質量は殻領域内の物質分布に依存しない。 半径9.009、10.009、11.009において、質量はそれぞれ$1.80、$1.95、$2.28M_{\odot}$増加することがわかりました。 殻領域の固有長、エネルギー、エントロピーといった物理的特徴は、パラメータ空間内で研究されました。 提案モデルの検証には、表面赤方偏移計算が用いられました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the cosmological impacts of the alternative effective mass function of the modified Mukhanov-Sasaki equation in loop quantum cosmology, which is obtained from the polymerization of the classical mass function derived in the comoving gauge. This alternative effective mass function is distinct from those in the dressed metric and the hybrid approaches and is able to generate a new structure in the primordial power spectrum. After taking the Starobinsky potential and employing a particular polymerization ansatz for the inverse Hubble rate, the effective mass function is characterized by a free parameter $\xi$. When $\xi \ge 0.1$, there appears a wave-packet structure in the region preceding the almost scale invariant regime of the power spectrum and both the location and the height of the wave packet are affected by the choice of $\xi$. For the angular power spectrum, we find $\xi=0.2$ provides the best-fit curve to the result from the $\Lambda$CDM model. Our study presents a concrete example in which the fine structure of the primordial power spectrum sensitively relies on the parameters in the polymerization ansatz. | ループ量子宇宙論における修正ムカノフ-ササキ方程式の代替有効質量関数の宇宙論的影響について調べる。 この代替有効質量関数は、共動ゲージで導出される古典的質量関数の重合から得られる。 この代替有効質量関数は、ドレスト計量アプローチやハイブリッドアプローチの有効質量関数とは異なり、原始パワースペクトルに新たな構造を生成することができる。 スタロビンスキーポテンシャルを取り、逆ハッブル速度に対する特定の重合仮説を適用すると、有効質量関数は自由パラメータ$\xi$によって特徴付けられる。 $\xi \ge 0.1$のとき、パワースペクトルのほぼスケール不変領域に先行する領域に波束構造が現れ、波束の位置と高さの両方が$\xi$の選択によって影響を受ける。 角度パワースペクトルについては、$\xi=0.2$が$\Lambda$CDMモデルの結果に最もよく適合する曲線を与えることがわかった。 本研究は、原始パワースペクトルの微細構造が、重合仮説のパラメータに敏感に依存することを示す具体的な例を示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The data release from the Atacama Cosmology Telescope (ACT) imposes stronger constraints on primordial black hole (PBH) formation in single-field inflation models than the Planck data. In particular, the updated Cosmic Microwave Background (CMB) measurements favor a higher scalar spectral index $n_s$, a positive running $\alpha_s$, and a smaller slow-roll parameter $\eta$. Even in the absence of PBH production, the updated constraints together place many single-field models under tension with the CMB data. To explore this tension, we study PBH formation in an $\alpha$-attractor E-model. We investigate an impact of bending of the inflaton potential plateau toward reconciling the model with the new bounds for CMB observables. We find that attempts to increase $n_s$ by upward bending lead to negative values of $\alpha_s$ that are disfavored by the new bounds. A possible model-building approach to resolve the tension is proposed. | アタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）からのデータ公開は、プランクデータよりも単一場インフレーションモデルにおける原始ブラックホール（PBH）形成に強い制約を課す。 特に、更新された宇宙マイクロ波背景放射（CMB）測定は、より高いスカラースペクトル指数$n_s$、正のランニング$\alpha_s$、およびより小さなスローロールパラメータ$\eta$を支持する。 PBH生成がない場合でも、更新された制約は多くの単一場モデルをCMBデータとの緊張状態に置かせる。 この緊張を探るため、我々は$\alpha$アトラクターEモデルにおけるPBH形成を調べる。 インフレーションポテンシャルプラトーの曲げが、モデルとCMB観測量の新しい境界を調和させる上でどのような影響を与えるかを調査する。 上方曲げによって$n_s$を増加させようとすると、新しい境界では不利となる負の$\alpha_s$値が生じることがわかった。 この緊張を解消するためのモデル構築手法を提案する。 |
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| The QCD phase diagram is crucial for understanding strongly interacting matter under extreme conditions, with major implications for cosmology, neutron stars, and heavy-ion collisions. We present a novel holographic QCD model utilizing neural ordinary differential equations (ODEs) to map the QCD phase diagram under magnetic field $B$, baryon chemical potential $\mu_B$, and temperature $T$. By solving the inverse problem of constructing the gravitational theory from Lattice QCD data, we reveal an unprecedentedly rich phase structure at finite $B$, including discovering multiple critical endpoints (CEPs) under strong magnetic fields. Specifically, for {$B = 1.618 \, \mathrm{GeV}^2=2.592 \times 10^{19}$ Gauss}, we identify two distinct CEPs at $(T_C = 87.3 \, \mathrm{MeV}, \, \mu_C = 115.9 \, \mathrm{MeV})$ and $(T_C = 78.9 \, \mathrm{MeV}, \, \mu_C = 244.0 \, \mathrm{MeV})$. Notably, the critical exponents vary depending on the CEP's location. These findings significantly advance our understanding of the QCD phase structure and provide concrete predictions for experimental validation at upcoming facilities such as FAIR, JPARC-HI, and NICA. | QCD相図は、極限条件下で強く相互作用する物質を理解する上で極めて重要であり、宇宙論、中性子星、重イオン衝突に大きな影響を与えます。 本研究では、ニューラル常微分方程式（ODE）を用いて、磁場$B$、重粒子化学ポテンシャル$\mu_B$、温度$T$の下でのQCD相図をマッピングする、新しいホログラフィックQCDモデルを提示します。 格子QCDデータから重力理論を構築するという逆問題を解くことで、有限$B$においてこれまでにないほど豊富な相構造を明らかにし、強磁場下での多重臨界終点（CEP）の発見も示します。 具体的には、{$B = 1.618 \, \mathrm{GeV}^2=2.592 \times 10^{19}$ Gauss} において、$(T_C = 87.3 \, \mathrm{MeV}, \, \mu_C = 115.9 \, \mathrm{MeV})$ と $(T_C = 78.9 \, \mathrm{MeV}, \, \mu_C = 244.0 \, \mathrm{MeV})$ の2つの異なるCEPを特定しました。 特に、臨界指数はCEPの位置によって変化します。 これらの発見は、QCDの位相構造に関する理解を大きく前進させ、FAIR、JPARC-HI、NICAなどの将来の施設における実験検証のための具体的な予測を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The metric tensor field equations for the general quadratic curvature gravity in four spacetime dimensions are derived by making use of the algebra of the exterior forms defined on pseudo-Riemannian manifolds and the identities satisfied by the Riemann curvature tensor. The linearized metric field equations are formulated in terms of perturbation 1-form fields. | 4次元時空における一般二次曲率重力に対する計量テンソル場方程式は、擬リーマン多様体上に定義された外形式と、リーマン曲率テンソルが満たす恒等式を用いて導出される。 線形化された計量場方程式は、摂動1形式場を用いて定式化される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Zero-point fluctuations in the background of a cosmic string provide an opportunity to study the effects of topology in quantum field theory. We use a scattering theory approach to compute quantum corrections to the energy density of a cosmic string, using the "ballpoint pen" and "flowerpot" models to allow for a nonzero string radius. For computational efficiency, we consider a massless field in $2+1$ dimensions. We show how to implement precise and unambiguous renormalization conditions in the presence of a deficit angle, and make use of Kontorovich-Lebedev techniques to rewrite the sum over angular momentum channels as an integral on the imaginary axis. | 宇宙ひもの背景における零点変動は、量子場の理論におけるトポロジーの効果を研究する機会を提供する。 我々は散乱理論のアプローチを用いて、宇宙ひものエネルギー密度に対する量子補正を計算する。 この際、「ボールペン」モデルと「植木鉢」モデルを用いて、ひもの半径が零でないことを考慮に入れる。 計算効率を高めるため、2+1次元の質量ゼロの場を考える。 欠損角が存在する場合の正確かつ明確な繰り込み条件の実装方法を示し、Kontorovich-Lebedev法を用いて、角運動量チャネル全体の和を虚軸上の積分として書き直す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Higher curvature gravity usually has complicated field equations, and solving them analytically is strenuous. In this work, we obtain an analytical charged black hole (BH) solution in higher curvature gravity using the thermodynamics of black holes and employing the continued fraction expansion. We investigate the thermodynamics of static black holes using the first law of thermodynamics and the Smarr formula in their proper form for Einstein-cubic gravity (ECG). Next, we obtain the thermodynamic quantities and show that our results are similar to those from solving the field equations. Then, we study the superradiance of the black hole using massless charged-scalar perturbations. We derive the superradiant conditions and compute the amplification factor through direct integration. We demonstrate how the amplification factor will change as a function of the black hole charge and frequency of the incident wave. We also show that a black hole mass and charge are decreasing in the superradiance region. Finally, we discuss superradiance as a consequence of black hole thermodynamics in ECG. | 高曲率重力は通常、複雑な場の方程式を持ち、それらを解析的に解くのは骨の折れる作業です。 本研究では、ブラックホールの熱力学と連分数展開を用いて、高曲率重力における荷電ブラックホール（BH）の解析解を得ます。 熱力学第一法則とアインシュタイン立方重力（ECG）に対する適切な形のSmarr公式を用いて、静的ブラックホールの熱力学を調べます。 次に、熱力学量を求め、その結果が場の方程式を解いた結果と類似していることを示します。 次に、質量ゼロの荷電スカラー摂動を用いてブラックホールの超放射を調べます。 超放射条件を導出し、直接積分によって増幅係数を計算します。 ブラックホールの電荷と入射波の周波数の関数として、増幅係数がどのように変化するかを示します。 また、超放射領域ではブラックホールの質量と電荷が減少することを示します。 最後に、心電図におけるブラックホールの熱力学の結果としての超放射について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Regardless of the adequate descriptions of complexity in distinct alternative gravity theories, its elaboration in the framework of $f(R,\mathcal{L}_{m},\mathcal{T})$ theory remains uncertain. The orthogonal splitting of the curvature tensor yields the complexity factor as suggested by Herrera \cite {herrera2018new}. To commence our study, the inner spacetime is assumed to be spherically symmetric static composition comprised of the anisotropic fluid. In this context, we derive the modified field equations for the considered theory and take into account the established relationship between the conformal and curvature tensors to interpret the complexity. Furthermore, we determine the correspondence of the mass functions with the complexity factor, represented by a specific scalar $Y_{TF}$. Certain solutions complying with the precedent of diminishing $Y_{TF}$ are also evaluated. It is noted that celestial formations having anisotropic and non-uniform compositions of matter assert the utmost complexity. Nevertheless, the spherically symmetric matter distribution may not exhibit complexity in the scenario of vanishing impacts of non-homogenous energy density and anisotropic pressure due to the presence of dark source terms associated with this extended gravity theory. | 様々な代替重力理論において複雑性について適切な記述がなされているにもかかわらず、$f(R,\mathcal{L}_{m},\mathcal{T})$理論の枠組みにおけるその精緻化は依然として不確実である。 曲率テンソルの直交分割は、Herrera \cite {herrera2018new} が示唆するように複雑性因子をもたらす。 本研究を始めるにあたり、内部時空は異方性流体からなる球対称の静的構成であると仮定する。 この文脈において、本理論の修正場の方程式を導出し、共形テンソルと曲率テンソルの間に確立された関係を考慮して複雑性を解釈する。 さらに、特定のスカラー $Y_{TF}$ で表される複雑性因子と質量関数との対応を決定する。 $Y_{TF}$ が逓減するという前例に従う特定の解も評価する。 異方性があり不均一な物質組成を持つ天体構造は極めて複雑であることが指摘されている。 しかしながら、この拡張重力理論に関連する暗黒源項の存在により、非均質なエネルギー密度と異方性圧力の影響が消滅するシナリオでは、球対称な物質分布は複雑性を示さない可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Using DESI DR2 baryon acoustic oscillation distance measurements and Planck cosmic microwave background distance priors, we have measured the dark energy density $\rho_X(z)$ and dark energy equation of state $w_X(z)$ as free functions of redshift (smoothly interpolated from values at $z=0, 1/3, 2/3, 1, 4/3, 2.33$), and find both to be consistent with a cosmological constant, with only deviations of 1.2$\sigma$ for $\rho_X(z)$ and 1.9$\sigma$ for $w_X(z)$ at $z=2/3$. We confirm our earlier finding in Wang & Freese (2006) that $w_X(z)$ is significantly less constrained by data than $\rho_X(z)$. Our results differ noticeably from those of the DESI Collaboration, in which they used the same DESI DR2 data combined with Planck data and found a 3.1$\sigma$ deviation from a cosmological constant, a finding which is the consequence of their assuming the parametrization $w_X(z)=w_0+w_a(1-a)$. Our results indicate that assuming a linear $w_X(z)$ could be misleading and precludes discovering how dark energy actually varies with time at higher redshifts. In our quest to discover the physical nature of dark energy, the most urgent goal at present is to determine definitively whether dark energy density varies with time. We have demonstrated that it is of critical importance to measure dark energy density as a free function of redshift from data. Future galaxy redshift surveys by Euclid and Roman at higher redshifts will significantly advance our understanding of dark energy. | DESI DR2重粒子音響振動距離測定とプランク宇宙マイクロ波背景放射距離事前分布を用いて、暗黒エネルギー密度$\rho_X(z)$と暗黒エネルギー状態方程式$w_X(z)$を赤方偏移の自由関数（$z=0, 1/3, 2/3, 1, 4/3, 2.33$の値から滑らかに補間）として測定し、どちらも宇宙定数と整合し、$z=2/3$において$\rho_X(z)$で1.2$\sigma$、$w_X(z)$で1.9$\sigma$の偏差しかないことを明らかにした。 Wang & Freese (2006)で得られた、$w_X(z)$は$\rho_X(z)$よりもデータによる制約が著しく少ないという以前の知見を裏付けるものである。 我々の結果はDESIコラボレーションの結果とは著しく異なります。 DESIコラボレーションでは、同じDESI DR2データとPlanckデータを組み合わせて、宇宙定数から3.1$\sigma$の偏差を発見しました。 これは、パラメータ化$w_X(z)=w_0+w_a(1-a)$を仮定した結果です。 我々の結果は、線形$w_X(z)$を仮定することは誤解を招く可能性があり、高赤方偏移におけるダークエネルギーが時間とともに実際にどのように変化するかを明らかにすることを妨げることを示しています。 ダークエネルギーの物理的性質を明らかにするという我々の探求において、現在最も緊急の目標は、ダークエネルギー密度が時間とともに変化するかどうかを明確に決定することです。 我々は、データからダークエネルギー密度を赤方偏移の自由関数として測定することが極めて重要であることを実証しました。 ユークリッドとローマンによる高赤方偏移での今後の銀河赤方偏移サーベイは、ダークエネルギーに関する我々の理解を大きく前進させるでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We calculate the effects of quantum fluctuations of a scalar field in the "ballpoint pen" cosmic string geometry. Using the approach to renormalization established previously for the energy density in two space dimensions, we extend those calculations to $3+1$ dimensions, nonzero scalar mass, and the full stress-energy tensor, including its contribution to the null energy condition for radial geodesics. The calculation demonstrates in detail the process of renormalization in curved spacetime, including the effects of the conformal anomaly. This model provides one of the few examples where quantum effects in curved spacetime can be explicitly calculated. | 「ボールペン」宇宙弦幾何学におけるスカラー場の量子揺らぎの効果を計算する。 2次元空間におけるエネルギー密度に対して以前に確立された繰り込みのアプローチを用いて、それらの計算を3+1次元、非ゼロのスカラー質量、そして放射状測地線のヌルエネルギー条件への寄与を含む完全な応力エネルギーテンソルに拡張する。 この計算は、共形異常の効果を含め、曲がった時空における繰り込みの過程を詳細に示す。 このモデルは、曲がった時空における量子効果を明示的に計算できる数少ない例の一つである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We compute the effect of scattering gravitational radiation off the static background curvature, up to second order in Newton constant, known in literature as tail and tail-of-tail processes, for generic electric and magnetic multipoles. Starting from the multipole expansion of composite compact objects, and as expected due to the known electric quadrupole case, both long- and short-distance (UV) divergences are encountered. The former disappears from properly defined observables, the latter are renormalized and their associated logarithms give rise to a classical renormalization group flow. UV divergences alert for incompleteness of the multipolar description of the composite source, and are expected not to be present in a UV-complete theory, as explicitly derived in literature for the case of conservative dynamics. Logarithmic terms from tail-of-tail processes associated to generic magnetic multipoles are computed in this work for the first time. | 我々は、ニュートン定数の2次までの静的背景曲率による重力放射の散乱効果（文献ではテイル・プロセスおよびテイル・オブ・テイル・プロセスとして知られている）を、一般的な電気および磁気多重極子について計算する。 複合コンパクト天体の多重極子展開から出発し、既知の電気四重極子の場合から予想されるように、長距離発散と短距離発散の両方に遭遇する。 前者は適切に定義された観測量からは消え、後者は繰り込まれ、それに伴う対数は古典的な繰り込み群フローを生じる。 UV発散は、複合源の多重極子記述の不完全性を示すものであり、文献で保存力学の場合に明示的に導出されているように、UV完全理論には存在しないと予想される。 一般的な磁気多重極子に関連するテイル・オブ・テイル・プロセスの対数項は、本研究で初めて計算される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Near a gravitating compact object, massive particles traveling along timelike geodesics are gravitationally deflected similarly to light. In this paper, we study the deflection angles of these particles in the strong deflection limit. This analytical approximation applies when particles in unbound orbits approach the compact object very closely, circle around it at a radius close to that of the unstable circular orbit, and eventually escape. While previous studies have provided results for particular metrics, we offer a general solution applicable to any static, spherically symmetric and asymptotically flat spacetime. After briefly reviewing the exact expression for the deflection angle of massive particles, we present a strong deflection limit analysis for this general case. The developed formulas are then applied to three particular metrics: Schwarzschild, Reissner-Nordstr\"om and Janis-Newman-Winicour. | 重力を受けるコンパクト天体の近くでは、時間的測地線に沿って移動する質量を持つ粒子は、光と同様に重力によって偏向される。 本論文では、これらの粒子の強い偏向極限における偏向角を調べる。 この解析的近似は、束縛されていない軌道を回る粒子がコンパクト天体に非常に接近し、不安定な円軌道の半径に近い半径でその周りを回り、最終的に脱出する場合に適用される。 先行研究は特定の計量について結果を提供しているが、本研究では、静的で球対称かつ漸近平坦な任意の時空に適用可能な一般解を提示する。 質量を持つ粒子の偏向角の厳密な表現を簡単に見直した後、この一般的なケースに対する強い偏向極限解析を示す。 開発された公式は、シュワルツシルト、ライスナー・ノルドストローム、およびジャニス・ニューマン・ウィニクールという3つの特定の計量に適用される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The aim of this work is to present the black hole information problem and discuss the assumptions and hypotheses necessary for its formulation. As the problem arises in the framework of semiclassical gravity, we first review the necessary notions to describe Lorentzian manifolds equipped with physical properties, as well as the physical concepts of the theory that describes the gravitational interaction as the curvature of spacetime, general relativity. From its classical perspective, we develop the formalism to study the dynamical aspects of black holes in spacetimes obeying suitable causality conditions. Equipped with conjectures that nature censors naked singularities and that black holes reach a stationary configuration after they form, the black hole uniqueness theorems allow us to review several relations for the geometrical quantities associated with them. Following considerations of the other fundamental interactions, which are described by quantum field theory, we review the arguments in the formalism of quantum field theory in curved spacetime that give rise to the effective particle creation effect, its approximately thermal character, and the concept of black hole evaporation. With a precise quantification of information in quantum mechanics and assuming that the condition for physically acceptable states is given by the Hadamard condition, we review the result that entanglement between causally complementary regions is an intrinsic feature of quantum field theory. As a consequence, we discuss how the formation and complete evaporation of black holes leads to information loss. Conscious that such a prediction follows if no deviations from the semiclassical picture occur at the Planck scale, we discuss alternatives to this nonunitary dynamical evolution and formulate the black hole information problem. Lastly, we analyze the assumptions and hypotheses that lead to the problem. | 本研究の目的は、ブラックホール情報問題を提示し、その定式化に必要な仮定と仮説を議論することである。 この問題は半古典的重力理論の枠組みの中で生じるため、まず、物理的性質を備えたロレンツ多様体を記述するために必要な概念と、重力相互作用を時空の曲率として記述する理論、すなわち一般相対論の物理的概念を概観する。 古典的な観点から、適切な因果律条件に従う時空におけるブラックホールの力学的側面を研究するための形式論を展開する。 自然は裸の特異点を検閲し、ブラックホールは形成後に定常配置に達するという予想を踏まえ、ブラックホールの一意性定理は、それらに関連する幾何学的量に関するいくつかの関係を概観することを可能にする。 量子場の理論によって記述される他の基本的な相互作用を考察した後、曲がった時空における量子場の理論の形式主義における、有効粒子生成効果、その近似的な熱的性質、そしてブラックホール蒸発の概念を導く議論を概説する。 量子力学における情報の正確な定量化と、物理的に許容される状態の条件がアダマール条件によって与えられると仮定し、因果的に相補的な領域間のエンタングルメントが量子場の理論の本質的な特徴であるという結果を概説する。 結果として、ブラックホールの形成と完全な蒸発がどのように情報損失につながるかを議論する。 プランクスケールにおいて半古典的な描像からの逸脱が生じない場合にこのような予測が成り立つことを認識しつつ、この非ユニタリーな動的発展の代替案を議論し、ブラックホール情報問題を定式化する。 最後に、この問題に至る仮定と仮説を分析する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper investigates gravitational lensing effects in the presence of plasma in the strong deflection limit, which corresponds to light rays circling around a compact object and forming higher-order images. While previous studies of this case have predominantly focused on the deflection of light in a vacuum or in the presence of a homogeneous plasma, this work introduces an analytical treatment for the influence of a non-uniform plasma. After recalling the exact expression for the deflection angle of photons in a static, asymptotically flat and spherically symmetric spacetime filled with cold non-magnetized plasma, a strong deflection limit analysis is presented. Particular attention is then given to the case of a Schwarzschild spacetime, where the deflection angle of photons for different density profiles of plasma is obtained. Moreover, perturbative results for an arbitrary power-law radial density profile are also presented. These formulae are then applied to the calculation of the positions and magnifications of higher-order images, concluding that the presence of a non-uniform plasma reduces both their angular size and their magnifications, at least within the range of the power-law indices considered. These findings contribute to the understanding of gravitational lensing in the presence of plasma, offering a versatile framework applicable to various asymptotically flat and spherically symmetric spacetimes. | 本論文では、強い偏向極限におけるプラズマ存在下における重力レンズ効果について検討する。 強い偏向極限とは、光線がコンパクトな物体の周りを周回し、高次の像を形成する現象に対応する。 このケースに関するこれまでの研究は、主に真空中または均質なプラズマ存在下における光の偏向に焦点を当ててきたが、本研究では、非均質なプラズマの影響に対する解析的取扱いを導入する。 冷たい非磁化プラズマで満たされた静的で漸近平坦かつ球対称な時空における光子の偏向角の正確な式を想起した後、強い偏向極限解析を提示する。 次に、シュワルツシルト時空の場合に特に注目し、プラズマの異なる密度プロファイルにおける光子の偏向角を求める。 さらに、任意のべき乗則の径方向密度プロファイルに対する摂動論的結果も提示する。 これらの公式は高次像の位置と倍率の計算に適用され、非均一プラズマの存在は、少なくとも考慮されたべき乗則指数の範囲内で、高次像の角度サイズと倍率の両方を減少させるという結論に達した。 これらの発見は、プラズマ存在下における重力レンズ効果の理解に貢献し、漸近平坦時空および球対称時空に適用可能な汎用的な枠組みを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent measurements of the galaxy 4-Point Correlation Function (4PCF) have seemingly detected non-zero parity-odd modes at high significance. Since gravity, the primary driver of galaxy formation and evolution is parity-even, any parity violation, if genuine, is likely to have been produced by some new parity-violating mechanism in the early Universe. Here we investigate an inflationary model with a Chern-Simons interaction between an axion and a $U(1)$ gauge field, where the axion itself is the inflaton field. Evaluating the trispectrum (Fourier-space analog of the 4PCF) of the primordial curvature perturbations is an involved calculation with very high-dimensional loop integrals. We demonstrate how to simplify these integrals and perform all angular integrations analytically by reducing the integrals to convolutions and exploiting the Convolution Theorem. This leaves us with low-dimensional radial integrals that are much more amenable to efficient numerical evaluation. This paper is the first in a series in which we will use these results to compute the full late-time 4PCF for axion inflation, thence enabling constraints from upcoming 3D spectroscopic surveys such as Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), Euclid, or Roman. | 銀河4点相関関数（4PCF）の最近の測定では、高い有意性で非ゼロのパリティ奇モードが検出されたようだ。 銀河の形成と進化の主要な駆動力は重力であるので、もしパリティの破れが本物であるならば、初期宇宙における何らかの新しいパリティ破れのメカニズムによって生じた可能性が高い。 本研究では、アクシオンと$U(1)$ゲージ場との間のチャーン・サイモンズ相互作用を持つインフレーション模型を考察する。 ここで、アクシオン自体はインフレーション場である。 原始曲率摂動のトライスペクトル（4PCFのフーリエ空間アナログ）の評価は、非常に高次元のループ積分を伴う複雑な計算である。 本研究では、これらの積分を畳み込みに簡略化し、畳み込み定理を利用することで、すべての角度積分を解析的に実行する方法を示す。 これにより、効率的な数値計算がはるかに容易な低次元のラジアル積分が得られる。 本論文は、これらの結果を用いてアクシオンインフレーションの完全な後期4PCFを計算し、ダークエネルギー分光装置（DESI）、ユークリッド、ローマンといった今後の3次元分光サーベイからの制約を可能にする一連の論文の最初のものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we reconstruct cosmic history via supervised learning through three methods: Classification and Regression Trees (CART), Multi-layer Perceptron Regressor (MLPR), and Support Vector Regression (SVR). For this purpose, we use ages of simulated galaxies based on 32 massive, early-time, passively evolving galaxies in the range $0.12 < z < 1.85$, with absolute ages determined. Using this sample, we simulate subsamples of 100, 1000, 2000, 3334, 6680 points, through the Monte Carlo Method and adopting a Gaussian distribution centering on a spatially flat $\Lambda$CDM as a fiducial model. We found that the SVR method demonstrates the best performance during the process. The methods MLPR and CART also present satisfactory performance, but their mean square errors are greater than those found for the SVR. Using the reconstructed ages, we estimate the matter density parameter and equation of state (EoS) and our analysis found the SVR with 600 predict points obtains $\Omega_m=0.329\pm{}^{0.010}_{0.010}$ and the dark energy EoS parameter $\omega= -1.054\pm{}^{0.087}_{0.126}$, which are consistent with the values from the literature. We highlight that we found the most consistent results for the subsample with 2000 points, which returns 600 predicted points and has the best performance, considering its small sample size and high accuracy. We present the reconstructed curves of galaxy ages and the best fits cosmological parameters. | 本研究では、分類回帰木（CART）、多層パーセプトロン回帰（MLPR）、サポートベクター回帰（SVR）の3つの手法を用いた教師あり学習によって宇宙史を再構築する。 この目的のために、絶対年齢が決定された、0.12 < z < 1.85の範囲にある32個の大質量初期受動的進化銀河に基づくシミュレートされた銀河の年齢を使用する。 このサンプルを用いて、モンテカルロ法を用いて、空間的に平坦な$\Lambda$CDMを中心としたガウス分布を基準モデルとして、100、1000、2000、3334、6680点のサブサンプルをシミュレートした。 このプロセスにおいて、SVR法が最高の性能を示すことがわかった。 MLPR法とCART法も満足のいく性能を示したが、平均二乗誤差はSVRよりも大きかった。 再構成された年齢を用いて、物質密度パラメータと状態方程式（EoS）を推定したところ、600個の予測点を持つSVRでは、$\Omega_m=0.329\pm{}^{0.010}_{0.010}$、ダークエネルギーEoSパラメータ$\omega= -1.054\pm{}^{0.087}_{0.126}$が得られ、これらは文献の値と整合している。 2000点のサブサンプルで最も一貫性のある結果が得られたことを強調しておく。 このサブサンプルは600個の予測点を返し、サンプルサイズが小さく精度が高いことを考慮すると、最高の性能を示した。 再構成された銀河年齢の曲線と、最も適合する宇宙論パラメータを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide further evidence that information is preserved during black hole evaporation and may be recoverable, provided quantum gravitational effects resolve the singularity. We demonstrate that due to quantum gravity effects, black holes acquire quantum hair, manifested by non-zero tidal Love numbers, revealing a distinct internal structure similar to neutron stars. Interestingly, the magnitude of these Love numbers is Planck-scale suppressed, implying significant tidal deformation in the late stage of evaporation. Depending on the final state of the black hole, information may be retrieved through correlations in Hawking radiation, baby universes, or via remnants. | ブラックホールの蒸発過程において情報が保存され、量子重力効果によって特異点が解決されれば回復可能であるというさらなる証拠を示します。 量子重力効果により、ブラックホールは量子ヘアを獲得し、それがゼロではない潮汐ラブ数として現れ、中性子星に似た明確な内部構造を明らかにすることを実証します。 興味深いことに、これらのラブ数の大きさはプランクスケールで抑制されており、蒸発後期に大きな潮汐変形が発生したことを示唆しています。 ブラックホールの最終状態に応じて、情報はホーキング放射、ベビーユニバース、あるいは残骸の相関を通じて取り出される可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Understanding the physical significance and spectral stability of black hole quasinormal modes is fundamental to high-precision spectroscopy with future gravitational wave detectors. Inspired by Mashhoon's idea of relating quasinormal modes of black holes with their equivalent bound states in an inverted potential, we investigate, for the first time, energy levels and eigenfunctions of the Schwarzschild black hole quantitatively. While quasinormal modes describe the characteristic damped oscillations of a black hole, the bound states of the inverted potential are qualitatively more similar to those of the hydrogen atom. Although the physical interpretation of these states may initially be of more academic interest, it furthers our understanding of open problems related to quasinormal modes in a similar spirit to Maggiore's interpretation of the Schwarzschild quasinormal mode spectrum. One surprising insight from the explicit calculation of bound states is that eigenfunctions corresponding to quasinormal mode overtones become rapidly delocalized and extremely loosely bound. This observation raises immediate questions about the common interpretation of quasinormal modes as excitations of the lightring region. Closely related, as a second application, we also explore the spectral stability of bound states and demonstrate that they can provide complementary insights into the quasinormal mode spectrum. | ブラックホール準基準モードの物理的意義とスペクトル安定性を理解することは、将来の重力波検出器を用いた高精度分光法の基礎となる。 ブラックホールの準基準モードを反転ポテンシャルにおける等価な束縛状態と関連付けるというマッシューンの考えに着想を得て、我々は初めてシュワルツシルト・ブラックホールのエネルギー準位と固有関数を定量的に調べた。 準基準モードはブラックホールに特徴的な減衰振動を記述するが、反転ポテンシャルの束縛状態は定性的に水素原子の束縛状態に近い。 これらの状態の物理的解釈は当初はより学術的な関心事となるかもしれないが、シュワルツシルト準基準モードスペクトルのマジョーレによる解釈と同様の精神で、準基準モードに関連する未解決問題への理解を深めるものである。 束縛状態の明示的計算から得られる驚くべき知見の一つは、準基準モードの倍音に対応する固有関数が急速に非局在化し、極めて緩く束縛されるという点である。 この観察結果は、準基準モードをライトリング領域の励起として解釈するという一般的な解釈に直ちに疑問を投げかける。 これに密接に関連する第二の応用として、束縛状態のスペクトル安定性についても検討し、それが準基準モードスペクトルに関する補完的な知見を提供できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present simulations of the Einstein-Maxwell-Klein-Gordon system on compactified hyperboloidal slices. To the best of our knowledge, this is the first time that this setup is evolved with a common formulation like BSSN/Z4. Hyperboloidal slices smoothly reach future null infinity, the only location in spacetime where radiation (such as gravitational waves) is unambiguously defined. We are thus able to reach null infinity and extract signals there. We showcase the capabilities of our implementation in spherical symmetry with the evolution of a charged scalar field perturbing a regular spacetime and near an electrically charged black hole. We also present the collapse of a charged scalar field into a Reissner-N\"ordstrom black hole. | 我々は、コンパクト化された双曲面スライス上のアインシュタイン-マクスウェル-クライン-ゴルドン系のシミュレーションを提示する。 我々の知る限り、この設定がBSSN/Z4のような共通の定式化を用いて発展させられるのはこれが初めてである。 双曲面スライスは、未来のヌル無限大に滑らかに到達する。 これは、時空において放射（重力波など）が明確に定義される唯一の位置である。 したがって、我々はヌル無限大に到達し、そこから信号を抽出することができる。 我々は、球対称性における実装の能力を、通常の時空を摂動させる荷電スカラー場の発展と、電荷を持つブラックホールの近傍で示す。 また、荷電スカラー場がライスナー-ノルトストロームブラックホールに崩壊する様子も示す。 |