本ウェブサイトはあくまで非公式です．
研究に用いる場合には，必ず原論文を読んでください．このウェブサイトはあくまで情報収集をサポートするためのものであり，正確性を保証するものではありません．
掲載されている論文の著作権は各論文の著者にあります．
本ウェブサイトで利用しているメタデータ（タイトルやアブストラクト等）はCC0 1.0の下で利用が許可されています．
本ウェブサイトの利用によって生じたあらゆる損害について管理人は責任を負いません．
Thank you to arXiv for use of its open access interoperability. This service was not reviewed or approved by, nor does it necessarily express or reflect the policies or opinions of, arXiv.
本ウェブページの作成にはarXiv APIを使用しています.arXivのオープンアクセスな相互運用性を利用できることについて,arXivに心より感謝申し上げます.このウェブサイトはarXivによってレビューまたは承認されたものではなく，必ずしもarXivの方針または意見を表明または反映するものではありません．
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The gravitational wave signals produced by the coalescence of compact binaries progress through three stages: inspiral, merger, and postmerger. The evolution of their frequency follows a slow build up during the inspiral that peaks at merger, forming the characteristic "chirp" pattern in the signal's time-frequency map. Herein we introduce a framework for localizing further characteristic structures in the time-frequency space of gravitational wave signals using the continuous wavelet transform. We consider two example cases where there are specific patterns in the postmerger stage of the signal that are rich with information on the physical nature of the source: highly-inclined black hole binaries with asymmetric mass ratio, and neutron star binaries with postmerger remnant oscillations. It is demonstrated that the choice of quality factor $Q$ plays a central role in distinguishing the postmerger features from that of the inspiral, with black hole systems preferring lower $Q$ and neutron star systems preferring higher $Q$. Furthermore, we demonstrate the use of chirplets as the wavelet transform basis, which allow for manipulation of structure in the time-frequency map. | コンパクト連星の合体によって生成される重力波信号は、インスパイラル段階、合体段階、合体後段階の3段階を経る。 周波数の変化はインスパイラル段階において緩やかに増加し、合体時にピークに達し、信号の時間周波数マップにおいて特徴的な「チャープ」パターンを形成する。 本稿では、連続ウェーブレット変換を用いて、重力波信号の時間周波数空間における更なる特徴的な構造を特定するための枠組みを紹介する。 信号の合体後段階に特有のパターンが見られ、発生源の物理的性質に関する豊富な情報が得られる2つの事例、すなわち、非対称質量比を持つ高度に傾斜したブラックホール連星と、合体後残余振動を伴う中性子星連星を考察する。 品質係数$Q$の選択は、合体後の特徴とインスパイラルの特徴を区別する上で中心的な役割を果たし、ブラックホール系では低い$Q$を、中性子星系では高い$Q$を好むことが実証されている。 さらに、ウェーブレット変換の基底としてチャープレットを用いることで、時間周波数マップの構造を操作できることも実証している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this Letter, we study scalar wave perturbations of arbitrary frequency to the 5D Schwarzschild-Tangherlini black hole (STBH) within general relativity. For the first time, we derive a closed formula for the 5D partial wave gravitational Raman scattering amplitude applicable to a broad class of boundary conditions, expressed in terms of the Nekrasov-Shatashvili (NS) function for the reduced confluent Heun problem. Furthermore, up to $O(G^2)$ we compute the dynamical $\ell=0$, and the static $\ell=1$, scalar tidal Love numbers of the STBH by matching an effective field theory description for a scalar wave scattering off the black hole, to our novel ultraviolet-NS solutions. The matched Love numbers do not vanish and present renormalization group running behavior. | 本稿では、一般相対論の範囲内で、5次元シュワルツシルト-タンゲルリーニブラックホール（STBH）への任意周波数のスカラー波動摂動を研究する。 我々は初めて、広範な境界条件に適用可能な5次元部分波重力ラマン散乱振幅の閉じた式を導出し、縮約合流型ホイン問題に対するネクラーソフ-シャタシビリ（NS）関数を用いて表現する。 さらに、ブラックホールからのスカラー波散乱に対する有効場の理論記述を、我々の新しい紫外NS解と一致させることにより、STBHの動的$\ell=0$および静的$\ell=1$のスカラー潮汐ラブ数を、$O(G^2)$まで計算する。 一致したラブ数はゼロにならず、繰り込み群のランニング挙動を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We construct representations of complex powers of the d'Alembertian operator $\Box$ in Lorentzian signature and pinpoint one which is self-adjoint and suitable for classical and quantum fractional field theory. This self-adjoint fractional d'Alembertian is associated with complex-conjugate poles, which are removed from the physical spectrum via the Anselmi-Piva prescription. As an example of empty spectrum, we consider a purely fractional propagator and its K\"all\'en-Lehmann representation. Using a cleaned-up version of the diffusion method, we formulate and solve the problem of initial conditions of the classical dynamics with a standard plus a fractional d'Alembertian, showing that the number of initial conditions is two. We generalize this result to a much wider class of nonlocal theories and discuss its applications to quantum gravity. | 我々は、ダランベルシアン作用素 $\Box$ の複素冪の表現をロレンツ符号で構築し、自己随伴で古典および量子分数場理論に適した表現を特定する。 この自己随伴分数ダランベルシアンは複素共役極と関連しており、これらはアンセルミ-ピヴァの規定によって物理スペクトルから除去される。 空スペクトルの例として、純粋に分数的な伝播関数とその K\"all\'en-Lehmann 表現を考える。 拡散法の改良版を用いて、標準関数と分数ダランベルシアン関数を組み合わせた古典力学の初期条件問題を定式化し、解き、初期条件の数が2であることを示す。 この結果をより広いクラスの非局所理論に一般化し、量子重力への応用について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Non-minimal couplings between the electromagnetic field strength and the spacetime curvature are part of the effective field theory of gravity and matter. They alter the local propagation of light in a significant way if the ratio of spacetime curvature to the non-minimal coupling is of order one. Spacetime curvature can become appreciable around black holes, and yet the effect of non-minimal couplings on electromagnetic observations of black holes remains underexplored. A particular feature of the non-minimal coupling between the electromagnetic field-strength and the Riemann tensor is that it generates two distinct photon rings for different polarizations. Working within the paradigm of lensing bands, and focusing on the $n=1$ photon ring, we investigate which values of the non-minimal coupling can be robustly excluded. | 電磁場強度と時空曲率との間の非最小結合は、重力と物質の有効場理論の一部である。 時空曲率と非最小結合の比が1のオーダーである場合、非最小結合は光の局所伝播を著しく変化させる。 時空曲率はブラックホールの周囲で顕著になる可能性があるが、ブラックホールの電磁気観測に対する非最小結合の影響は未だ十分に研究されていない。 電磁場強度とリーマンテンソルとの間の非最小結合の特徴は、異なる偏光に対して2つの異なる光子リングを生成することである。 レンズバンドのパラダイムに基づき、n=1光子リングに焦点を当て、非最小結合のどの値がロバストに排除できるかを検証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the kination-amplified inflationary gravitational-wave background (GWB) interpretation of the signal recently reported by various pulsar timing array (PTA) experiments. Kination is a post-inflationary phase in the expansion history dominated by the kinetic energy of some scalar field, characterized by a stiff equation of state $w=1$. Within the inflationary GWB model, we identify two modes which can fit the current data sets (NANOGrav and EPTA) with equal likelihood: the kination-amplification (KA) mode and the ordinary, non-kination-amplification (no-KA) mode. The multimodality of the likelihood motivates a Bayesian analysis with nested sampling. We analyze the free spectra of current PTA data and mock free spectra constructed with higher signal-to-noise ratios, using nested sampling. The analysis of the mock spectrum designed to be consistent with the best fit to the NANOGrav 15 yr (NG15) data successfully reveals the expected bimodal posterior for the first time while excluding the reheating mode that appears in the fit to the current NG15 data, making a case for our correct treatment of potential multimodal posteriors arising from future PTA data sets. The resultant Bayes factor is $B\equiv Z_\mathrm{no-KA}/Z_\mathrm{KA}=2.9\pm1.9$, indicating comparable statistical significance between the two modes. Given the theoretical model-building challenges of producing highly blue-tilted primordial tensor spectra, the KA mode has the advantage of requiring a less blue primordial spectrum, compared with the no-KA mode. The synergy between future cosmic microwave background polarization, pulsar timing and laser interferometer measurements of gravitational waves will help resolve the ambiguity implied by the multimodal posterior in PTA-only searches. | 我々は、最近様々なパルサータイミングアレイ（PTA）実験によって報告された信号の、キネーション増幅されたインフレーション重力波背景（GWB）解釈を調査する。 キネーションは、膨張史におけるインフレーション後の段階であり、あるスカラー場の運動エネルギーによって支配され、$w=1$の硬い状態方程式によって特徴付けられる。 インフレーションGWBモデルにおいて、我々は現在のデータセット（NANOGravおよびEPTA）に等しい尤度で適合できる2つのモード、すなわちキネーション増幅（KA）モードと、通常の非キネーション増幅（no-KA）モードを特定する。 尤度の多峰性は、ネストサンプリングを用いたベイズ解析の根拠となる。 我々は、現在のPTAデータの自由スペクトルと、より高い信号対雑音比で構築された模擬自由スペクトルを、ネストサンプリングを用いて解析する。 NANOGrav 15年（NG15）データへの最良適合と整合するように設計された模擬スペクトルの解析により、現在のNG15データへの適合で現れる再加熱モードを除外しながら、初めて期待される二峰性事後分布を明らかにすることに成功しました。 これは、将来のPTAデータセットから生じる可能性のある多峰性事後分布を正しく処理できることを示唆しています。 得られたベイズ係数は$B\equiv Z_\mathrm{no-KA}/Z_\mathrm{KA}=2.9\pm1.9$であり、2つのモード間で同等の統計的有意性があることを示しています。 高度に青みがかった原始テンソルスペクトルを生成するという理論モデル構築の課題を考慮すると、KAモードは、KAなしモードと比較して、青みの少ない原始スペクトルを必要とするという利点があります。 将来の宇宙マイクロ波背景放射の偏光、パルサーのタイミング、そして重力波のレーザー干渉計測定の相乗効果は、PTAのみの探索における多峰性事後分布によって示唆される曖昧さを解決するのに役立つでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The stochastic dynamics of a scalar field in de Sitter spacetime can be regarded as a non-perturbative diffusion process, to which exact distribution and correlation functions are constructed by utilising the correspondence between diffusion and Schr\"{o}dinger equations. The Krein--Adler transformation of the quantum harmonic oscillator deletes several pairs of the energy levels to define anharmonic oscillators that we dub quantum deficient oscillators, based on which this article constructs a new class of exact solutions in stochastic inflation. In addition to the simplest single-well model, an exactly solvable double-well model is also presented. The results are further extended to exactly solvable models with multiple wells, allowing analytical studies on various cosmological phenomenologies. | ド・ジッター時空におけるスカラー場の確率的ダイナミクスは、非摂動的な拡散過程とみなすことができ、拡散方程式とシュレーディンガー方程式の対応関係を利用することで、正確な分布関数と相関関数が構築される。 量子調和振動子のクライン・アドラー変換は、エネルギー準位のいくつかの対を削除して、量子欠損振動子と名付ける非調和振動子を定義する。 本稿では、これに基づいて確率的インフレーションにおける新しいクラスの厳密解を構築する。 最も単純な単一井戸モデルに加えて、厳密に解ける二重井戸モデルも提示される。 結果はさらに、複数の井戸を持つ厳密に解けるモデルに拡張され、様々な宇宙論的現象に関する解析的研究を可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The gravitational waves emitted by massive black hole binaries can be affected by a variety of environmental effects, which, if detected, could inform astrophysics and cosmology. We here study how gravitational waves emitted by black holes in quasi-circular orbits are affected by the presence of an ultra-light, vector-field, dark-matter environment that is minimally coupled to the binary. This dark-matter environment induces oscillatory gravitational potentials that perturb the orbit of the binary, leaving an imprint in the binary's binding energy, and thus, on the gravitational waves emitted. We here compute the effect of this environment on the gravitational-wave phase using the stationary-phase approximation within the post-Newtonian formalism. We then perform a Fisher analysis to estimate the detectability of this environmental effect with a four-year LISA observation, focusing on vector fields with ultra-light masses in the $(10^{-19}, 10^{-16}) \; \rm{eV}$ range. We conclude that the observation of such gravitational waves with space-borne interferometers, like LISA, could yield a measurement or constraint on local, vector dark-matter environments, provided the dark-matter density is larger than roughly $10^{14} \rm{M}_\odot/{\rm{pc}}^3$. | 大質量ブラックホール連星から放出される重力波は、様々な環境効果の影響を受ける可能性があり、もし検出されれば、天体物理学や宇宙論に有益な情報をもたらす可能性があります。 本研究では、準円軌道を周回するブラックホールから放出される重力波が、連星と最小限に結合した超軽量のベクトル場暗黒物質環境の存在によってどのように影響を受けるかを調べます。 この暗黒物質環境は、連星の軌道を摂動させる振動重力ポテンシャルを引き起こし、連星の結合エネルギー、ひいては放出される重力波に影響を与えます。 本研究では、ポストニュートン形式論における定常位相近似を用いて、この環境が重力波位相に与える影響を計算します。 次に、フィッシャー解析を用いて、4年間のLISA観測によるこの環境効果の検出可能性を推定する。 この観測は、(10^{-19}, 10^{-16}) eV程度の超軽量質量のベクトル場を対象としている。 LISAのような宇宙搭載型干渉計によるこのような重力波の観測は、暗黒物質密度がおよそ10^{14} \rm{M}_\odot/{\rm{pc}}^3よりも大きい場合、局所的なベクトル暗黒物質環境の測定または制約を与える可能性があると結論付ける。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this paper, we investigate the cosmological dynamics of teleparallel dark energy in the presence of nonzero spatial geometry. Extending previous analyses of nonminimal scalar-tensor theories in the torsion-based framework, we consider different scalar field potentials and examine the resulting background evolution and linear perturbations. Adopting a dynamical systems approach, we reformulate the field equations and constrain the model parameters via a Markov chain Monte Carlo analysis combining updated datasets from Pantheon+SH0ES supernovae, cosmic chronometers, and growth rate measurements. Our results suggest a mild preference for an open geometry, although all models remain consistent with a flat universe at the $1\sigma$ level. Notably, Bayesian information criteria indicate that the nonflat teleparallel scenario with a vanishing potential is strongly favored over the standard $\Lambda$CDM model. Furthermore, all teleparallel scenarios are compatible with local determinations of the Hubble constant and exhibit better agreement with low-redshift structure formation data compared to $\Lambda$CDM. These findings highlight the potential of nonflat teleparallel gravity to address current observational tensions and motivate its further investigation as a viable alternative to standard cosmology. | 本論文では、非零空間幾何学が存在する場合のテレパラレルダークエネルギーの宇宙論的ダイナミクスを調査する。 ねじれに基づく枠組みにおける非極小スカラーテンソル理論のこれまでの解析を拡張し、様々なスカラー場ポテンシャルを考慮し、その結果生じる背景発展と線形摂動を検証する。 力学系アプローチを採用し、パンテオン+SH0ES超新星、宇宙クロノメータ、成長率測定の最新データセットを組み合わせたマルコフ連鎖モンテカルロ解析により、場の方程式を再定式化し、モデルパラメータを制約する。 我々の結果は、すべてのモデルが$1\sigma$レベルで平坦な宇宙と整合しているものの、開放幾何学がわずかに好ましいことを示唆している。 特に、ベイズ情報量基準は、ポテンシャルが消失する非平坦テレパラレルシナリオが、標準的な$\Lambda$CDMモデルよりも強く好ましいことを示している。 さらに、すべてのテレパラレルシナリオはハッブル定数の局所的な決定と整合しており、$\Lambda$CDMと比較して低赤方偏移構造形成データとの良好な一致を示している。 これらの発見は、非平坦テレパラレル重力理論が現在の観測上の緊張に対処し、標準的な宇宙論に代わる現実的な選択肢としてさらなる研究を進める上での動機となる可能性を浮き彫りにしている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Correlated time-of-arrival measurements by pulsar timing arrays (PTAs) have provided a new means of constraining astrophysical or cosmological models that produce a gravitational wave (GW) background. For this work, we discuss the implications of PTA observations for Gauss-Bonnet (GB) inflationary models through the production and propagation of inflationary GWs. We show that our GB inflationary scenario is consistent with present PTA and cosmological data. A blue-tilted tensor power spectrum supported by PTAs can be naturally accommodated in GB inflation. Using observational constraints, we derive general conditions for the inflaton potential and the GB coupling function, suggesting that in GB inflation, the inflaton must climb up the potential before rolling downhill and reaching the end of inflation. We provide two concrete GB inflationary models to demonstrate the viability of this mechanism. | パルサータイミングアレイ（PTA）による相関到着時刻測定は、重力波背景を生成する天体物理学的あるいは宇宙論的モデルを制限する新たな手段を提供してきた。 本研究では、インフレーション重力波の生成と伝播を通して、PTA観測がガウス・ボネ（GB）インフレーションモデルに及ぼす影響について議論する。 我々のGBインフレーションシナリオは、現在のPTAおよび宇宙論的データと整合することを示す。 PTAによって支持される青傾斜テンソルパワースペクトルは、GBインフレーションに自然に適応できる。 観測的制約を用いて、インフレーションポテンシャルとGB結合関数の一般条件を導出し、GBインフレーションにおいて、インフレーションは坂を転がり落ちてインフレーションの終点に達する前に、ポテンシャルを登らなければならないことを示唆する。 このメカニズムの実現可能性を示すために、2つの具体的なGBインフレーションモデルを提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Time-of-flight measurements of high-energy astrophysical neutrinos can be used to probe Lorentz invariance, a pillar of modern physics. If Lorentz-invariance violation (LIV) occurs, it could cause neutrinos to slow down, with the delay scaling linearly or quadratically with their energy. We introduce non-parametric statistical methods designed to detect LIV-induced distortions in the temporal structure of a high-energy neutrino flare as it travels to Earth from a distant astrophysical source, independently of the intrinsic timing properties of the source. Our approach, illustrated using the 2014/2015 TeV-PeV neutrino flare from the blazar TXS 0506+056 detected by IceCube, finds that the LIV energy scale must exceed 10^{14} GeV (linear) or 10^9 GeV (quadratic). Our methods provide a robust means to investigate LIV by focusing solely on a neutrino flare, without relying on electromagnetic counterparts, and account for realistic energy and directional uncertainties. For completeness, we compare our limits inferred from TXS 0506+056 to the sensitivity inferred from multi-messenger detection of tentative coincidences between neutrinos and electromagnetic emission from active galactic nuclei and tidal disruption events. | 高エネルギー天体ニュートリノの飛行時間測定は、現代物理学の柱であるローレンツ不変性を調べるために用いることができる。 ローレンツ不変性の破れ（LIV）が発生すると、ニュートリノの減速が引き起こされ、遅延はエネルギーに比例または二次比例する可能性がある。 本研究では、遠方の天体源から地球へ向かう高エネルギーニュートリノフレアの時間構造におけるLIVに起因する歪みを、源固有のタイミング特性とは独立に検出するために設計されたノンパラメトリック統計手法を導入する。 IceCubeによって検出された2014/2015年のブレーザーTXS 0506+056からのTeV-PeVニュートリノフレアを用いて示された我々のアプローチは、LIVのエネルギースケールが10^{14} GeV（線形）または10^9 GeV（二次関数）を超える必要があることを明らかにした。 我々の方法は、電磁場の対応物に依存せず、ニュートリノフレアのみに焦点を当てることでLIVを調査するための堅牢な手段を提供し、現実的なエネルギーと方向の不確実性を考慮している。 完全性を期すために、TXS 0506+056から推定された限界を、ニュートリノと活動銀河核および潮汐破壊イベントからの電磁放射との暫定的な一致のマルチメッセンジャー検出から推定された感度と比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In a recent investigation, the initial value problem of light propagation in the gravitational field of a body at rest with monopole and quadrupole structure has been determined in the second post-Newtonian (2PN) approximation. In reality, the light source as well as the observer are located at finite distances from the solar system bodies. This fact requires solving the boundary value problem of light propagation. In this investigation, the solution of the boundary value problem is deduced from the initial value problem of light propagation in 2PN approximation. These results are a basic requirement for subsequent investigations aiming at ultra-highly precise tests of light deflection and time delay in the solar system. | 最近の研究では、単極子および四極子構造を持つ静止物体の重力場における光伝播の初期値問題が、第二ポストニュートン近似（2PN）で決定された。 実際には、光源と観測者は太陽系の天体から有限距離に位置している。 この事実は、光伝播の境界値問題を解くことを必要とする。 本研究では、2PN近似における光伝播の初期値問題から境界値問題の解を導出した。 これらの結果は、太陽系における光の偏向と時間遅延の超高精度な試験を目指すその後の研究にとって基本的な要件となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We propose an approach to Carrollian geometry using principal $\mathbb{R}^\times$-bundles ($\mathbb{R}^\times := \mathbb{R} \setminus \{0\}$) equipped with a degenerate metric whose kernel is the module of vertical vector fields. The constructions allow for non-trivial bundles and a large class of Carrollian manifolds can be analysed in this formalism. Alongside other results, we show that once an $\mathbb{R}^\times$-connection has been chosen, there is a canonical affine connection that is torsionless, but, in general, not compatible with the degenerate metric. The construction of an affine connection is intimately tied to a Kaluza-Klein geometry. | 我々は、垂直ベクトル場の加群を核とする退化計量を備えた主$\mathbb{R}^\times$バンドル（$\mathbb{R}^\times := \mathbb{R} \setminus \{0\}$）を用いたキャロル幾何学へのアプローチを提案する。 この構成は非自明なバンドルを許容し、この形式論では広範なキャロル多様体を解析することができる。 他の結果と併せて、$\mathbb{R}^\times$接続が選択されると、捩れのない標準的なアフィン接続が存在するが、一般には退化計量と両立しないことを示す。 アフィン接続の構成はカルツァ＝クライン幾何学と密接に結びついている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We explore the universal symmetries of the black hole photon ring in a wide range of non-Kerr spacetimes, including the Kerr-Newman, Kerr-Sen, Kerr-Bardeen, and Kerr-Hayward metrics. The demagnification exponent ($\gamma$) controls the size and flux scaling of higher-order images, which appear in the photon ring, the time delay ($\tau$) determines the timing of their appearance, and the rotation parameter ($\delta$) relates their relative orientations on the image plane. Our investigation reveals that these critical parameters respond distinctly to variations in black hole spin, generalized charge, and observer inclination, establishing them as complementary probes of spacetime geometry: $\gamma$ is predominantly influenced by charge and spin, $\tau$ is strongly affected by inclination, especially for near-extremal black holes, and $\delta$ is highly sensitive to spin. Notably, we find that the time delay provides an independent constraint on shadow size for polar observers, while the rotation parameter facilitates metric-independent spin measurements. Specifically, for Kerr black holes, the total variation in $\gamma$, $\tau$, and $\delta$ across all possible inclinations and spins is $\lesssim 20\%$, $\lesssim 10\%$, and $\lesssim 60\%$, respectively. By contrast, the Kerr shadow radius varies by only $\lesssim 8\%$. A future joint measurement of these critical parameters -- along with the black hole shadow size -- will enable precise spacetime characterization, including measurements of the spin, inclination, and generalized charge. | 我々は、カー・ニューマン計量、カー・セン計量、カー・バーディーン計量、カー・ヘイワード計量を含む広範な非カー時空において、ブラックホール光子リングの普遍対称性を探求する。 縮小指数（$\gamma$）は光子リングに現れる高次像の大きさとフラックスのスケーリングを制御し、時間遅延（$\tau$）はそれらの出現タイミングを決定し、回転パラメータ（$\delta$）は像面におけるそれらの相対的な向きを関連付ける。 我々の調査により、これらの重要なパラメータはブラックホールのスピン、一般化電荷、および観測者の傾斜角の変化に明確に応答し、時空幾何学の相補的なプローブとなることが明らかになった。 $\gamma$は主に電荷とスピンの影響を受け、$\tau$は傾斜角の影響を強く受け、特に極限ブラックホール近傍ではその影響が顕著である。 そして、$\delta$はスピンに非常に敏感である。 特筆すべき点として、時間遅延は極観測者にとってシャドウサイズに対する独立した制約を与える一方、回転パラメータは計量に依存しないスピン測定を容易にすることがわかりました。 具体的には、カーブラックホールの場合、あらゆる傾斜角とスピンにおける$\gamma$、$\tau$、$\delta$の総変化は、それぞれ$\lesssim 20\%$、$\lesssim 10\%$、$\lesssim 60\%$です。 対照的に、カーシャドウ半径はわずか$\lesssim 8\%$しか変化しません。 将来、これらの重要なパラメータとブラックホールシャドウサイズを同時に測定することで、スピン、傾斜角、一般化電荷の測定を含む、正確な時空特性評価が可能になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This research delves into the optical characteristics of stationary, spherically symmetric black holes. These black holes follow the Konoplya-Zhidenko deformation rule in arbitrary gravity theories. This research finds that the effects of \(a_2\) and \(b_2\) on photon orbital dynamics exhibit observational degeneracy, while \(\varepsilon\) significantly governs photon capture characteristics. As \(\varepsilon\) increases, the radius of the photon sphere \(r_{\text{ph}}\) and the critical impact parameter \(b_{\text{ph}}\), and the innermost stable circular orbit radius \(r_{\text{isco}}\) all increase. The event horizon \( r_{\text{h}} \) corresponds to that of the Schwarzschild black hole, while the impact parameter range for the lens and photon rings is reduced. Black hole shadow and photon ring analyses across three emission models show that increasing \(\varepsilon\) shifts the peak rightward while enlarging the photon ring radius. The closer \(\varepsilon\) is to zero, the more the results approach the Schwarzschild case, the more the results approach the Schwarzschild case. Additionally, by combining EHT observational data on the shadow diameters of M87 and Sgr A*, we imposed constraints on the correlation parameter \(\varepsilon\) in the theoretical model(at the confidence level anchored by \(d_{\text{sh}}^{(M87^*)}\), the parameter \(\varepsilon\) is confined to the interval \(-0.09 \lesssim \varepsilon \lesssim 0.19\). For \(d_{\text{sh}}^{(Sgr A^*)}\), the constraint on \(\varepsilon\) is delineated as \(-0.280 \lesssim \varepsilon \lesssim 0.047\)). The results show that within the observationally allowed range of \(\varepsilon\) (such as \([-0.04, 0.04]\)), the characteristics of the black hole exhibit specific regularities with changes in \(\varepsilon\). | 本研究では、静止した球対称ブラックホールの光学特性を詳細に調査する。 これらのブラックホールは、任意の重力理論においてコノプリア・ジデンコ変形則に従う。 本研究では、\(a_2\)と\(b_2\)が光子軌道ダイナミクスに及ぼす影響は観測的に縮退しており、\(\varepsilon\)が光子捕獲特性を大きく左右することを発見した。 \(\varepsilon\)が増加すると、光子球の半径\(r_{\text{ph}}\)、臨界影響パラメータ\(b_{\text{ph}}\)、そして最内側の安定円軌道半径\(r_{\text{isco}}\)はいずれも増加する。 事象の地平線\(r_{\text{h}}\)はシュワルツシルトブラックホールの事象の地平線に対応するが、レンズと光子リングの影響パラメータ範囲は縮小する。 ブラックホールシャドウと光子リングの解析では、3つの放出モデルを用いて、\(\varepsilon\) が増加するとピークが右にシフトし、光子リングの半径が拡大することが示されています。 \(\varepsilon\) がゼロに近づくほど、結果はシュワルツシルトケースに近づきます。 さらに、M87とSgr A*の影の直径に関するEHT観測データを組み合わせることで、理論モデルの相関パラメータ\(\varepsilon\)に制約を課しました（\(d_{\text{sh}}^{(M87^*)}\)にアンカーされた信頼度水準では、パラメータ\(\varepsilon\)は区間\(-0.09 \lesssim \varepsilon \lesssim 0.19\)に制限されます。 \(d_{\text{sh}}^{(Sgr A^*)}\)の場合、\(\varepsilon\)の制約は\(-0.280 \lesssim \varepsilon \lesssim 0.047\))と示されます。 結果は、観測的に許容される\(\varepsilon\)の範囲内（\([-0.04, 0.04]\)など）では、ブラックホールの特性が\(\varepsilon\)の変化に伴って特定の規則性を示すことを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the stability of QNM spectra and greybody factors in the Schwarzschild black hole by approximating the Regge-Wheeler potential with a piecewise parabolic form and treating the deviation as a perturbation. We find that QNM spectra are sensitive to small perturbations, while greybody factors remain stable. This piecewise parabolic approximated potential gives rise to the long-lived modes whose imaginary parts remain close to zero and decrease slowly with overtone number increasing. The reflection coefficient shows distinct resonance feature in the high-frequency regime that are absent in the original R-W case. For the calculation of greybody factors, we employ an analytic method based on transfer matrix technique, and this approach can also be effectively used in other effective potential cases. | シュワルツシルトブラックホールにおけるQNMスペクトルと灰色体因子の安定性を、レッジェ・ホイーラーポテンシャルを区分放物線型で近似し、その偏差を摂動として扱うことで調べた。 その結果、QNMスペクトルは小さな摂動に敏感であるのに対し、灰色体因子は安定であることがわかった。 この区分放物線型近似ポテンシャルは、虚数部がゼロに近く、倍音数が増加するにつれて緩やかに減少する長寿命モードを生み出す。 反射係数は高周波領域で明確な共鳴特性を示すが、これは元のR-Wケースには見られなかった。 灰色体因子の計算には、転送行列法に基づく解析的手法を採用しており、この手法は他の有効ポテンシャルの場合にも効果的に適用できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this manuscript we examine the high energy channeling radiation data sets from the CERN-NA63 experiment using ultra relativistic synchrotron emission. To incorporate recoil, we examine the standard quasi-classical formalism as well as develop a formalism which includes the Unruh effect by utilizing a hyperbolic recoil acceleration, based on conservation of momentum, in the classical synchrotron trajectory. We also perform an asymptotic radiation time scale analysis which predicts a photon energy threshold, beyond which the Unruh effect dominates. We then compare the classical, quasi-classical, and Unruh synchrotron theories to the data. We find that above threshold, the Unruh effect saturates the spectrum of all data sets. | 本稿では、超相対論的シンクロトロン放射を用いたCERN-NA63実験から得られた高エネルギーチャネリング放射データセットを検証する。 反跳効果を組み込むために、標準的な準古典的形式論を検証するとともに、運動量保存則に基づく双曲型反跳加速を古典的シンクロトロン軌道に用いることで、ウンルー効果を考慮した形式論を構築する。 また、漸近的放射時間スケール解析を行い、光子エネルギー閾値を予測する。 この閾値を超えると、ウンルー効果が支配的となる。 次に、古典的、準古典的、およびウンルーシンクロトロン理論をデータと比較する。 閾値を超えると、ウンルー効果がすべてのデータセットのスペクトルを飽和させることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigated the shadows and thin accretion disks of Einstein-Maxwell-Scalar (EMS) black hole. Firstly, we investigated the influence of EMS parameters on the black hole shadow using the null geodesic method and constrained these parameters based on EHT observations of M87* and Sgr A*. Furthermore, we analyzed the direct emission, lensing ring, and photon ring structures in EMS black hole. Comparing our results with the Schwarzschild and Reissner-Nordstr$\ddot{\mathrm{o}}$m (RN) black holes, we found that the Schwarzschild black hole exhibits the largest shadow radius and the highest observed intensity. | アインシュタイン・マクスウェル・スカラー（EMS）ブラックホールの影と薄い降着円盤を調査した。 まず、ヌル測地線法を用いてEMSパラメータがブラックホールの影に与える影響を調べ、EHTによるM87*とSgr A*の観測に基づいてこれらのパラメータを制限した。 さらに、EMSブラックホールにおける直接放射、レンズリング、光子リングの構造を解析した。 結果をシュワルツシルトブラックホールとライスナー・ノルドストラム（RN）ブラックホールと比較したところ、シュワルツシルトブラックホールは影の半径が最も大きく、観測された強度も最も高いことがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Superradiance clouds of kinetically-mixed dark photons around spinning black holes can produce observable multi-messenger electromagnetic and gravitational wave signals. The cloud generates electric fields of up to a Teravolt-per-meter, which lead to a cascade production of charged particles, yielding a turbulent quasi-equilibrium plasma around the black hole, and resulting in electromagnetic fluxes ranging from supernova to pulsar-like luminosities. For stellar mass black holes, such systems resemble millisecond pulsars and are expected to emit pulsating radio waves and continuous gravitational waves (CWs) within the LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) sensitivity band. We select 44 sources with approximately coincident frequencies or positive frequency drifts from existing pulsar catalogs as potential candidates of long-lasting superradiance clouds around old galactic black holes. For a subset of 34 sources that are well measured and have not been previously targeted, we perform the first search for CW emission in LVK data from the third observing run. We find no evidence of a CW signal and place 95% confidence level upper limits on the emitted strain amplitude. We interpret these results, together with limits from previous searches, in terms of the underlying dark photon theory by performing an analysis of the expected signals from superradiance clouds from galactic black holes. We find that, even for moderately spinning black holes, the absence of an observed CW signal disfavors a discrete set of dark photon masses between about $10^{-13}$ $\rm{eV}/c^2$ and $10^{-12}$ $\rm{eV}/c^2$ and kinetic mixing couplings in the range of $10^{-9}$-$10^{-7}$, subject to assumptions about the properties of the black hole population and the cloud's electromagnetic emission. | 回転するブラックホールの周囲に広がる、運動学的に混合された暗黒光子からなる超放射雲は、観測可能な多重メッセンジャーの電磁波および重力波信号を生成する可能性がある。 この雲は最大1テラボルト/メートルの電場を生成し、これが荷電粒子のカスケード生成につながり、ブラックホールの周囲に乱流準平衡プラズマを生じ、超新星爆発からパルサー並みの光度に及ぶ電磁波束を生み出す。 恒星質量ブラックホールの場合、このような系はミリ秒パルサーに類似し、LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）の感度帯域内で脈動する電波および連続重力波（CW）を放射すると予想される。 我々は、既存のパルサーカタログから、ほぼ一致する周波数または正の周波数ドリフトを持つ44個の源を、古い銀河ブラックホールの周囲に長く続く超放射雲の候補として選択した。 これまで観測対象とされていなかった、よく測定された34個の天体のサブセットについて、3回目の観測で得られたLVKデータからCW放射の探索を初めて行った。 CW信号の証拠は見つからず、放射された歪み振幅に95%の信頼度水準の上限を設定した。 これらの結果とこれまでの探索の限界を、銀河ブラックホールからの超放射雲から予想される信号の解析を行うことで、基礎となる暗黒光子理論に基づいて解釈した。 我々は、中程度に回転するブラックホールであっても、観測されるCW信号が存在しないことから、ブラックホールの種族と雲の電磁放射の特性に関する仮定のもとに、約$10^{-13}$ $\rm{eV}/c^2$から$10^{-12}$ $\rm{eV}/c^2$の間の暗黒光子質量と、$10^{-9}$から$10^{-7}$の範囲の運動学的混合結合の離散的な集合が好ましくないことを発見した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We set up and perform collision rate simulations between dark matter in the form of asteroid-mass primordial black holes (PBHs) and white dwarf stars. These encounters trigger prompt detonations and could be the key to solving the ignition mystery of type Ia supernovae. Our framework is flexible enough to cover the full range of progenitor white dwarf masses, host galaxy stellar masses, galactocentric radial offsets, and cosmic time. The rate distribution pattern is consistent with exhaustive literature observational determinations for a slightly extended log-normal PBH mass spectrum. Most strikingly, the so far unexplained brightness distribution comes out without finetuning. We find no severe contradictions, except that the inferred PBH mass scale is unpredicted from first principles. | 小惑星質量の原始ブラックホール（PBH）と白色矮星という形態の暗黒物質との衝突率シミュレーションを構築し、実行する。 これらの衝突は即発爆発を引き起こし、Ia型超新星の点火の謎を解く鍵となる可能性がある。 我々の枠組みは、母体白色矮星の質量、母銀河の恒星質量、銀河中心からの半径オフセット、そして宇宙時間の全範囲をカバーできるほど柔軟である。 衝突率分布パターンは、わずかに拡張された対数正規分布のPBH質量スペクトルに対する、網羅的な文献観測結果と整合している。 最も驚くべきことは、これまで説明できなかった輝度分布が、微調整なしに得られることである。 推定されたPBH質量スケールが第一原理から予測できないことを除いて、重大な矛盾は見つからなかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study the entanglement dynamics of accelerated atoms using the theory of open quantum systems. We consider two atoms travelling along different hyperbolic trajectories with different proper times. We use the generalized master equation to discuss the dynamics of a pair of dipoles interacting with the electromagnetic field. The fundamental role played by proper acceleration in the entanglement harvesting and sudden death phenomenon is discussed. Finally, we discuss how the polarization of the atoms affects our results. For some choices of the polarization's configuration, we no longer observe the entanglement harvesting phenomenon. | 我々は、開放量子系理論を用いて加速原子のエンタングルメントダイナミクスを研究する。 異なる双曲軌道を異なる固有時で移動する2つの原子を考える。 一般化マスター方程式を用いて、電磁場と相互作用する双極子対のダイナミクスを議論する。 エンタングルメントハーベスティングとサドンデス現象において、固有加速が果たす基本的な役割について議論する。 最後に、原子の分極が結果にどのように影響するかを議論する。 分極の構成をいくつか選択すると、エンタングルメントハーベスティング現象はもはや観測されない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work, the notion of spacetime of maximal proper acceleration is motivated as a weak form to implement general covariance and a generalized form of Einstein's equivalence principle from a physical point of view and the fundamental geometric and kinematic properties of such spaces are discussed. Thereafter the Unruh temperature formula is generalized to the case of hyperbolic observers in spacetimes of maximal proper acceleration. Such a generalization implies the existence of a maximal value for the Unruh temperature. We discuss this result for an electrodynamic model of point charged particles in a spacetime of maximal proper acceleration. It is shown that according to the model, the maximal Unruh temperature must be of order $4.8\cdot 10^{10}/N$ K for current high acceleration electron laser-plasma acceleration systems, where $N$ is the population of the typical bunch. | 本研究では、最大固有加速度時空の概念を、一般共変性とアインシュタインの同値原理の一般化を物理的観点から実現するための弱形式として提示し、そのような空間の基本的な幾何学的および運動学的性質について議論する。 その後、ウンルー温度公式を最大固有加速度時空における双曲型観測者の場合に一般化する。 このような一般化は、ウンルー温度に最大値が存在することを意味する。 我々は、最大固有加速度時空における点荷電粒子の電気力学モデルについてこの結果を議論する。 このモデルによれば、現在の高加速電子レーザープラズマ加速システムにおいて、最大ウンルー温度は $4.8\cdot 10^{10}/N$ K のオーダーでなければならないことが示される。 ここで、$N$ は典型的なバンチの個数である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Massive black hole binary (MBHB) mergers will be detectable in large numbers by the Lisa Interferometer Space Antenna (LISA), which will thus provide new insights on how they form via repeated dark matter (DM) halo and galaxy mergers. Here we present a simple analytical model to generate a population of MBHB mergers based on a theoretical prescription that connects them to DM halo mergers. The high flexibility of our approach allows us to explore the broad and uncertain range of MBH seeding and growth mechanisms, as well as the different effects behind the interplay between MBH and galactic astrophysics. Such a flexibility is fundamental for the successful implementation and optimisation of the hierarchical Bayesian parameter estimation approach that here we apply to the MBHB population of LISA for the first time. Our inferred population hyper-parameters are chosen as proxies to characterise the MBH--DM halo mass scaling relation, the occupation fraction of MBHs in DM halos and the delay between halo and MBHB mergers. We find that LISA will provide tight constraints at the lower-end of the MBH-halo scaling relation, well complementing EM observations which are biased towards large masses. Furthermore, our results suggest that LISA will constrain some features of the MBH occupation fraction at high redshift, as well as merger time delays of the order of a few hundreds of Myr, opening the possibility to constrain dynamical evolution time scales such as the dynamical friction. The analysis presented here constitutes a first attempt at developing a hierarchical Bayesian inference approach to the LISA MBHB population, opening the way for several further improvements and investigations. | 大質量ブラックホール連星（MBHB）の合体は、リサ干渉計宇宙アンテナ（LISA）によって大量に検出され、暗黒物質（DM）ハローと銀河の繰り返し合体によってMBHBがどのように形成されるかについて新たな知見が得られると期待されます。 本稿では、MBHB合体をDMハロー合体と関連付ける理論的根拠に基づき、MBHB合体の集団を生成するためのシンプルな解析モデルを提示します。 このアプローチの高い柔軟性により、MBHのシーディングと成長のメカニズムの広範かつ不確実な範囲、そしてMBHと銀河天体物理学の相互作用の背後にある様々な効果を探求することが可能になります。 このような柔軟性は、階層的ベイズパラメータ推定法の実装と最適化を成功させる上で不可欠であり、本稿ではこの手法をLISAのMBHB集団に初めて適用します。 我々が推定した集団ハイパーパラメータは、MBH-DMハロー質量スケーリング関係、DMハローにおけるMBHの占有率、そしてハローとMBHBの合体間の遅延を特徴付けるための代理指標として選択された。 LISAはMBH-ハロースケーリング関係の下限において厳密な制約を与え、大質量に偏ったEM観測をうまく補完することがわかった。 さらに、我々の結果は、LISAが高赤方偏移におけるMBHの占有率のいくつかの特徴と、数百Myrオーダーの合体時間遅延を制約することを示唆しており、動的摩擦のような動的進化の時間スケールを制約する可能性を開く。 ここで提示された解析は、LISA MBHB集団に対する階層的ベイズ推論アプローチを開発する最初の試みであり、さらなる改良と研究への道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Recently the difference between the Gibbons-Hawking temperature $T_{\rm GH}$ attributed to the Hawking radiation from the de Sitter cosmological horizon and the twice as high local temperature of the de Sitter state, $T=H/\pi=2T_{\rm GH}$, has been discussed by Hughes and Kusmartsev from the topological point of view (see arXiv:2505.05814). According to their approach, this difference is determined by the Euler characteristic $\chi({\cal M})$ of the considered spacetime with Euclidean time. The invariant $\chi({\cal M})$ is different for the global spacetime ${\cal M}=S^4$ and for the manifold limited to a region near the horizon, ${\cal M}=D^2\times S^2$. Here we consider the application of the topological approach to Reissner-Nordstr\"om (RN) black holes with two horizons. Both the outer and inner horizons are characterized by their near-horizon topology, which determines the corresponding horizon temperatures. As a result of the correlation between the horizons, the entropy of the RN black hole is independent of its electric charge, being completely determined by the mass of the black hole. This demonstrates the applicability of the topological approach to the multi-horizon systems. | 最近、ド・ジッター宇宙論的地平線からのホーキング放射に起因するギボンズ・ホーキング温度$T_{\rm GH}$と、ド・ジッター状態の2倍高い局所温度$T=H/\pi=2T_{\rm GH}$との差が、ヒューズとクシュマルトセフによって位相的な観点から議論された（arXiv:2505.05814参照）。 彼らのアプローチによれば、この差は、ユークリッド時間を持つ考察対象の時空におけるオイラー特性$\chi({\cal M})$によって決定される。 不変量$\chi({\cal M})$は、大域時空${\cal M}=S^4$と、地平線近傍の領域に限定された多様体${\cal M}=D^2\times S^2$とでは異なる。 ここでは、2つの地平線を持つライスナー・ノルドストローム（RN）ブラックホールへの位相幾何学的アプローチの適用について考察する。 外側の地平線と内側の地平線はどちらも、対応する地平線温度を決定する近地平線トポロジーによって特徴付けられる。 地平線間の相関の結果、RNブラックホールのエントロピーは電荷とは独立しており、ブラックホールの質量によって完全に決定される。 これは、位相幾何学的アプローチが複数の地平線を持つシステムに適用可能であることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Previous studies of linearized stability of asymptotically flat Euclidean axion wormholes found that symmetric modes suffered from divergences. We show that such divergences were an artifact of a particular way of solving the constraints, and that a full treatment leads to finite actions for such modes. The modes must thus be included in a stability analysis. However, since the action for these modes turns out to be positive, this turns out not to affect previous statements about stability of axion wormholes. We also introduce a technique that allows us to show this positivity at a pseudo-analytic level that avoids heavy numerics. Our techniques should be useful to future studies of stabilities of other wormholes as well. | 漸近平坦ユークリッド・アクシオンワームホールの線形安定性に関するこれまでの研究では、対称モードは発散の影響を受けることが分かっている。 我々は、このような発散は制約条件を解く特定の方法によるものであり、完全な処理はこのようなモードに対する有限の作用をもたらすことを示す。 したがって、これらのモードは安定性解析に含める必要がある。 しかし、これらのモードに対する作用は正であることが判明したため、これはアクシオンワームホールの安定性に関するこれまでの主張に影響を与えないことが判明した。 また、この正性を擬似解析レベルで示すことで、膨大な数値計算を回避できる手法も紹介する。 我々の手法は、他のワームホールの安定性に関する将来の研究にも有用となるはずである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In spherical symmetry, gravitational collapse of dust may give rise to the so-called shell-crossing singularities, beyond which spacetime can be extended using weak solutions to the integrated version of the equations of motion. We argue that the paradigm of weak solutions is ill-suited for dynamical extension beyond shell crossings through shock waves because it is based implicitly on an assumption that turns out to be unphysical for the shock and leads to the unwanted prospect of shock waves of dust particles moving faster than light. | 球対称性において、ダストの重力崩壊は、いわゆる殻交差特異点を引き起こす可能性があり、それを超えると、運動方程式の積分版の弱解を用いて時空を拡張することができる。 我々は、弱解のパラダイムは、衝撃波による殻交差を超える力学的拡張には不向きであると主張する。 なぜなら、このパラダイムは、衝撃波に対しては非物理的であることが判明した仮定に暗黙的に基づいており、ダスト粒子が光速を超える衝撃波を生じるという望ましくない可能性につながるからである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In the late 1980s, Morris and Thorne led in theoretical physics by creating solutions to wormholes and formulating the crucial requirements for safe traversability of wormholes. They found that exotic matter must meet the requirement $P_r + \rho < 0$, where $P_r$ is radial pressure and $\rho$ is energy density. This is a rudimentary grasp of our understanding of general relativity. In this paper, we continue their excellent work by looking at how to build traversable wormhole solutions in an extended theory of gravity. We adopt a process of linearly modifying the matter Lagrangian and the energy-momentum tensor with some coupling strengths $\lambda$ and $\chi$. This may be considered as a special case of linear $f(R, T)$ gravity with matter coupling variability or as an additively separable simple $f(R, L_m, T)$ model. We undertake a detailed analysis of static wormhole solutions with a constant redshift function. This allows us to present our results as a first-order approximation in the $f(R, L_m, T)$ scenario. We derive the wormhole shape function from the Dekel-Zhao dark matter distribution in such a way that our solutions satisfy the needed conditions for traversability as well as the requirement of exotic matter. This is particularly exciting as it shows that wormholes in $f(R, L_m, T)$ gravity can sustain both exotic as well as ordinary matter. To ensure that the shape function meets the requirement of flaring-out and is asymptotically flat, we place some constraints on the couplings. We also examine the gravitational lensing effects, which exhibit a repulsive gravitational force that appears in our extended gravity for positive couplings. | 1980年代後半、モリスとソーンはワームホールの解を創り出し、ワームホールの安全な通過可能性に関する重要な要件を定式化することで理論物理学をリードしました。 彼らは、エキゾチック物質は$P_r + \rho < 0$という要件を満たさなければならないことを発見しました。 ここで、$P_r$は径方向圧力、$\rho$はエネルギー密度です。 これは、一般相対性理論に対する我々の理解の初歩的な理解です。 本論文では、彼らの優れた研究を引き継ぎ、拡張された重力理論において通過可能なワームホール解を構築する方法を検討します。 我々は、物質ラグランジアンとエネルギー運動量テンソルを、いくつかの結合強度$\lambda$と$\chi$を用いて線形に修正するプロセスを採用します。 これは、物質結合の変動を伴う線形$f(R, T)$重力の特殊なケース、あるいは加法的に分離可能な単純な$f(R, L_m, T)$モデルとみなすことができる。 我々は、一定の赤方偏移関数を持つ静的ワームホール解の詳細な解析を行う。 これにより、我々の結果を$f(R, L_m, T)$シナリオにおける一次近似として提示することができる。 我々は、ワームホール形状関数をDekel-Zhao暗黒物質分布から導出する。 これは、我々の解が通過可能性に必要な条件とエキゾチック物質の要件を満たすようにする。 これは、$f(R, L_m, T)$重力におけるワームホールがエキゾチック物質と通常の物質の両方を維持できることを示しているため、特に興味深い。 形状関数がフレアアウトの要件を満たし、漸近的に平坦であることを保証するために、結合にいくつかの制約を課す。 また、重力レンズ効果についても調べます。 これは、正の結合に対して拡張重力で現れる反発力を示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We analyze the dynamics of the Friedmann-Lema\^itre universes taking into account the different roles played by the fluid parameter and the cosmological constant, as well as the degenerate character of the equations. We find that the Friedmann-Lema\^itre system reduces to four qualitatively inequivalent normal forms and write down the sets of all stable perturbations that may result (the `versal unfoldings'). These sets are of small codimension up to three. We then describe all possible parameter-dependent solutions and their transfigurations to other forms during evolution through the bifurcation sets, these are also fully described. This analysis leads to a picture of cosmological evolution determined by new parameters related to codimension which are zero in standard cosmology. The emerging versal solutions are all free of singularities, while other properties of them are also discussed. | 我々は、流体パラメータと宇宙定数の果たす異なる役割、そして方程式の退化特性を考慮に入れ、フリードマン・レマトル宇宙のダイナミクスを解析する。 フリードマン・レマトル系は4つの質的に同値でない正規形に縮退することを発見し、結果として生じる可能性のあるすべての安定摂動の集合（「ヴァーサル展開」）を書き出す。 これらの集合は、最大3次元までの小さな余次元を持つ。 次に、すべての可能なパラメータ依存解と、分岐集合を通じた進化の過程でそれらが他の形に変化する様子を記述する。 これらも完全に記述される。 この解析は、標準的な宇宙論ではゼロである余次元に関連する新しいパラメータによって決定される宇宙進化の描像につながる。 出現するヴァーサル解はすべて特異点を持たないが、それらの他の特性についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Disc galaxies represent a promising laboratory for the study of gravitational physics, including alternatives to dark matter, owing to the possibility of coupling rotation curves' dynamical data with strong gravitational lensing observations. In particular, Euclid, DES and LSST are predicted to observe hundreds of thousands of gravitational lenses. Here, we investigate disc galaxy strong gravitational lensing in the MOND framework. We employ the concept of equivalent Newtonian systems within the quasi-linear MOND formulation to make use of the standard lensing formalism. We derive the phantom dark matter distribution predicted for realistic disc galaxy models and study the impact of morphological and mass parameters on the expected lensing. We find purely MONDian effects dominate the lensing and generate non-trivial correlations between the lens parameters and the lensing cross section. Moreover, we show that the standard realisation of MOND predicts a substantial increase in the number count of disc galaxy lenses compared to the dark matter-driven predictions, making it distinguishable from the latter in upcoming surveys. Finally, we argue that disc galaxy gravitational lensing, coupled to additional astronomical observations, can be used to constrain the interpolating function of MOND. | 円盤銀河は、回転曲線の力学データと強い重力レンズ観測を結び付ける可能性から、暗黒物質の代替物を含む重力物理学の研究にとって有望な実験室となっている。 特に、ユークリッド、DES、LSSTは数十万個の重力レンズを観測すると予測されている。 本稿では、MOND枠組みを用いて円盤銀河の強い重力レンズ効果を調査する。 準線形MOND定式化における等価ニュートン系の概念を用い、標準的な重力レンズ形式を利用する。 現実的な円盤銀河モデルに対して予測されるファントム暗黒物質分布を導出し、形態パラメータと質量パラメータが期待されるレンズ効果に与える影響を調べる。 その結果、純粋なMOND効果がレンズ効果を支配し、レンズパラメータとレンズ効果断面積の間に非自明な相関関係を生み出すことがわかった。 さらに、MONDの標準的な実現では、暗黒物質駆動型の予測と比較して、円盤銀河レンズの数が大幅に増加することを予測し、今後の調査において暗黒物質駆動型の予測と区別できることを示す。 最後に、円盤銀河の重力レンズ効果と追加の天文観測を組み合わせることで、MONDの補間関数を制約できると主張する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| When gravitational waves (GWs) propagate near massive objects, they undergo gravitational lensing that imprints lens model dependent modulations on the waveform. This effect provides a powerful tool for cosmological and astrophysical studies. However, conventional Bayesian parameter inference methods for GWs are computationally expensive, especially for lensed events with additional lens parameters, necessitating more efficient approaches. In this work, we explore the use of neural spline flows (NSFs) for posterior inference of microlensed GWs, and successfully apply NSFs to the inference of 13-dimensional lens parameters. Our results demonstrate that compared with traditional methods like Bilby dynesty that rely on Bayesian inference, the NSF network we built not only achieves inference accuracy comparable to traditional methods for the main parameters, but also can reduce the inference time from approximately 3 days to 0.8 s on average. Additionally, the network exhibits strong generalization for the spin parameters of GW sources. It is anticipated to become a powerful tool for future low-latency searches for lensed GW signals. | 重力波（GW）が質量の大きい天体の近くを伝播する際、重力レンズ効果を受け、波形にレンズモデル依存の変調が刻み込まれます。 この効果は、宇宙論および天体物理学の研究にとって強力なツールとなります。 しかし、従来の重力波のベイズパラメータ推論法は、特に追加のレンズパラメータを持つレンズ効果を受けた事象の場合、計算コストが高く、より効率的な手法が求められています。 本研究では、マイクロレンズ効果を受けた重力波の事後推論にニューラルスプラインフロー（NSF）を用いることを検討し、13次元のレンズパラメータの推論にNSFを適用することに成功しました。 その結果、ベイズ推論に依存するビルビー・ダイネスティなどの従来の手法と比較して、構築したNSFネットワークは、主要なパラメータについて従来の手法に匹敵する推論精度を達成するだけでなく、推論時間を平均で約3日から0.8秒に短縮できることが示されました。 さらに、このネットワークは重力波源のスピンパラメータに対して強い一般性を示します。 これは、将来、低遅延でレンズ効果を受けた重力波信号の探索を行うための強力なツールとなることが期待されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| 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 |
|---|---|
| Background: Constraining the nuclear matter equation of state (EoS) from neutron star observations is one of the main subjects in nuclear physics today. In general, neutron stars rotate rapidly and structure of neutron stars can be affected, especially in millisecond pulsars. To better constrain the nuclear EoS, it is important to describe neutron star structure taking into account the effects of rotation in a fully relativistic manner. Purpose: In this study, we investigate the internal structure of neutron stars under the influence of rotation. We explore correlations between rotational effects and EoS parameters, based on realistic calculations of rapidly rotating neutron stars based on the KEH method, which provides stable solutions for axially symmetric rotating equilibrium configurations. Results: Using 5 different Skyrme EoS parameter sets, we find that the maximum angular frequency achievable by rotating neutron stars, as calculated via the KEH method, varies depending on the stiffness of the equation of state. We confirm that an increase in the rotating frequency leads to an overall increase in both the mass and radius along the M-R curve. By performing calculations at two frequently referenced neutron stars, we further examine how the changes in mass and radius correlate with the nuclear matter properties at saturation density. Our results suggest that the 716Hz rotational constraint may require a more conservative interpretation when accounting for realistic stellar deformation effects. Conclusions: To place stringent constraints on the nuclear EoS based on observational data, it is sometimes essential to account for the effects of rotation in neutron star models. In particular, the influence of rotation becomes increasingly significant at higher spin frequencies and cannot be neglected in rapidly rotating systems with $>$400Hz. | 背景：中性子星観測から核物質の状態方程式（EoS）を制限することは、今日の原子核物理学における主要な課題の一つである。 一般に、中性子星は高速で回転しており、特にミリ秒パルサーにおいては、中性子星の構造が影響を受ける可能性がある。 核EoSをより適切に制限するためには、回転の効果を完全に相対論的に考慮して中性子星の構造を記述することが重要である。 目的：本研究では、回転の影響下にある中性子星の内部構造を調べる。 軸対称回転平衡配置に対して安定な解を与えるKEH法に基づき、高速回転する中性子星の現実的な計算に基づき、回転効果とEoSパラメータの相関関係を調査する。 結果：5つの異なるSkyrme EoSパラメータセットを用いて、KEH法で計算された回転中性子星によって達成可能な最大角周波数は、状態方程式の硬さに依存して変化することがわかりました。 回転周波数の増加は、M-R曲線に沿って質量と半径の両方の全体的な増加につながることを確認しました。 頻繁に参照される2つの中性子星で計算を行うことで、質量と半径の変化が飽和密度における核物質の特性とどのように相関するかをさらに調べました。 私たちの結果は、現実的な恒星変形効果を考慮する場合、716Hzの回転制限に対してより保守的な解釈が必要である可能性があることを示唆しています。 結論：観測データに基づいて核EoSに厳格な制限を課すには、中性子星モデルにおける回転の効果を考慮することが不可欠な場合があります。 特に、回転の影響はスピン周波数が高くなるとますます大きくなり、400Hzを超える高速回転システムでは無視できなくなります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We revisit the concept of particles as it is used in special relativity. The presented model treats the energy-momentum relation of relativistic particles as the upper branch of a generalized energy-momentum relation of quasi particles. These particles emerge from a forbidden crossing between the constant energy of a massive particle in rest and the linear energy momentum relation of a massless particle. The lower branch, a regime dubbed as Einstein's basement, gives rise to particles with different kinematics that is analyzed in the low-velocity limit. Allowing for gravitational interaction between those particles we find both attraction and repulsion, depending on their velocity with respect to an absolute space. This absolute frame is only relevant for Einstein's basement and does not affect the relativistic dynamics of regular matter as long as no coupling between the branches is considered, while weak coupling induces local Lorentz violations. We finally discuss whether our approach can be used to model phenomena of dark matter and dark energy. | 特殊相対論で用いられる粒子の概念を再考する。 提示するモデルは、相対論的粒子のエネルギー・運動量関係を、準粒子の一般化されたエネルギー・運動量関係の上位枝として扱う。 これらの粒子は、静止状態の質量を持つ粒子の一定エネルギーと質量を持たない粒子の線形エネルギー・運動量関係との間の禁制交差から生じる。 アインシュタインの基底領域と呼ばれる下位枝は、低速度極限で解析される異なる運動学を持つ粒子を生み出す。 これらの粒子間の重力相互作用を考慮すると、絶対空間に対する速度に依存して、引力と斥力の両方が作用することが分かる。 この絶対座標系はアインシュタインの基底領域にのみ関連し、枝間の結合を考慮しない限り、通常の物質の相対論的ダイナミクスには影響を与えない。 一方、弱い結合は局所的なローレンツ対称性の破れを引き起こす。 最後に、私たちのアプローチが暗黒物質と暗黒エネルギーの現象をモデル化するために使用できるかどうかについて議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate whether a black hole(BH) surrounded by a dark matter (DM) halo has scalar hair/superradiant instability in the scalar tensor theory of gravity. In the scalar tensor theory, the coupling of matter and the scalar field creates effective mass, this effective mass causes the hairless BH to have scalar hair (spontaneous Scalarization). In the case of rotating BHs, it is also known that if the sign of the effective mass is positive, superradiant instability can occur instead of scalarization. Our study applies this effect to BHs with dark matter haloes. As a result, we confirmed that scalarization and superradiant instability occur in some of the parameter regions. In the case of small haloes, the size and mass of the halo affect the strength of scalarization, but not for astronomically large haloes, where the dependence on the coupling constant $\alpha$ is stronger. In the case of superradiance, we also confirm that for small haloes, the size and mass of the halo affect the strength of the instability and the number of unstable modes. | 我々は、暗黒物質ハローに囲まれたブラックホール(BH)が、重力のスカラーテンソル理論においてスカラーヘアー／超放射不安定性を持つかどうかを調べる。 スカラーテンソル理論では、物質とスカラー場の結合によって有効質量が生じ、この有効質量によってヘアーレスなブラックホールがスカラーヘアーを持つようになる（自発的スカラー化）。 回転するブラックホールの場合、有効質量の符号が正のとき、スカラー化ではなく超放射不安定性が発生することも知られている。 本研究では、この効果を暗黒物質ハローを持つブラックホールに適用する。 その結果、いくつかのパラメータ領域でスカラー化と超放射不安定性が発生することを確認した。 小さなハローの場合、ハローの大きさと質量はスカラー化の強さに影響しますが、天文学的に大きなハローの場合は影響しません。 天文学的に大きなハローの場合は、結合定数$\alpha$への依存性がより強くなります。 超放射の場合も、小さなハローの場合、ハローの大きさと質量が不安定性の強さと不安定モードの数に影響することを確認しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| As one of the primary detection targets for contemporary gravitational wave (GW) observatories, the stochastic gravitational wave background (SGWB) holds significant potential for enhancing our understanding of the early universe's formation and evolution. Studies indicate that the SGWB spectrum from cosmic strings can span an extraordinarily broad frequency range, extending from extremely low frequencies up to the microwave band. This work specifically investigates the detectability of cosmic string SGWB signals in an electromagnetic (EM) resonance system at GHz frequency. We present a systematic analysis encompassing: (1) the response of high frequency gravitational waves (HFGW) in such EM resonance system. (2) the development and application of fundamental data processing protocols in the EM resonance system. Our results demonstrate that the EM system shows promising sensitivity to detect cosmic string SGWB signals with tension parameters $G\mu\geq 10^{-10}$ (the corresponding dimensionless amplitude $h \geq 10^{-33}$ at 1 GHz), while potentially establishing new constraints for $G\mu\leq 10^{-10}$ in the microwave band. These findings would complement existing multi-band SGWB observations and provide additional constraints on cosmic-string tension parameters in GHz frequency regimes. | 現代の重力波（GW）観測所の主要な検出ターゲットの一つである確率的重力波背景放射（SGWB）は、初期宇宙の形成と進化に関する理解を深める上で大きな可能性を秘めています。 研究によると、宇宙ひもからのSGWBスペクトルは、極めて低い周波数からマイクロ波帯に至るまで、非常に広い周波数範囲に及ぶことが示されています。 本研究では特に、GHz周波数の電磁（EM）共鳴システムにおける宇宙ひもSGWB信号の検出可能性を調査します。 本研究では、(1)このようなEM共鳴システムにおける高周波重力波（HFGW）の応答、(2)EM共鳴システムにおける基本的なデータ処理プロトコルの開発と応用を含む体系的な解析を行います。 我々の研究結果は、EMシステムが、張力パラメータ$G\mu\geq 10^{-10}$（1GHzにおける対応する無次元振幅$h \geq 10^{-33}$）を持つ宇宙弦SGWB信号を検出する有望な感度を示すことを実証するとともに、マイクロ波帯における$G\mu\leq 10^{-10}$に対する新たな制約を確立する可能性を示している。 これらの知見は、既存のマルチバンドSGWB観測を補完し、GHz周波数領域における宇宙弦張力パラメータに対する新たな制約を与えるものとなるだろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the moment of inertia, quadrupole deformation, and tidal deformation within the framework of nonlocal gravity, utilizing the exact modified Tolman-VII (NEMTVII) density model with an isotropic perfect fluid. The Love number~$(k_{2})$ is derived using standard even-parity perturbation theory. Additionally, we explore the observational implications by analyzing the tidal deformability parameter~$( \lambda_{\textrm{tid}} )$ in comparison with the constraints from GW170817, GW190425, PSR J0348+0432, and PSR J0740+6620. We found that the results are consistent with the tidal constraint when $\alpha \gtrsim 1.6$ with the small $\beta$. For slowly rotating object, the dimensionless moment of inertia~$( \bar{I} )$, rotational Love parameter~$( \bar{\lambda}_{\textrm{rot}} )$, and quadrupole moment~$( \bar{Q} )$ are fully determined by the perturbed metric. Our findings reveal that the nonlocal parameter~$( \beta )$ significantly affects the star radius. For a fixed $\beta$ and varying $\alpha$, the $I$-Love-$Q$ relations are found to be universal. For varying $\beta$, the $I$-Love-$Q$ relations become non-universal. | 我々は、等方性完全流体を用いた厳密な修正Tolman-VII（NEMTVII）密度模型を用いて、非局所重力の枠組みの中で、慣性モーメント、四重極変形、および潮汐変形を調べた。 ラブ数~$(k_{2})$は、標準的な偶パリティ摂動論を用いて導出した。 さらに、潮汐変形能パラメータ~$( \lambda_{\textrm{tid}} )$をGW170817、GW190425、PSR J0348+0432、およびPSR J0740+6620からの制限値と比較して解析することにより、観測的意味合いを探った。 $\alpha \gtrsim 1.6$かつ$\beta$が小さい場合、結果は潮汐制限値と整合することが分かった。 ゆっくり回転する物体の場合、無次元慣性モーメント~$( \bar{I} )$、回転ラブパラメータ~$( \bar{\lambda}_{\textrm{rot}} )$、および四重極モーメント~$( \bar{Q} )$は、摂動を受けた計量によって完全に決定されます。 私たちの研究結果は、非局所パラメータ~$( \beta )$が星の半径に大きな影響を与えることを明らかにしました。 $\beta$を固定し、$\alpha$を変化させた場合、$I$-ラブ-$Q$関係は普遍的であることが分かりました。 $\beta$を変化させた場合、$I$-ラブ-$Q$関係は非普遍的になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Black hole thermodynamics is a crucial and foundational aspect of black hole physics, yet its observational verification remains exceptionally challenging. The photon sphere of a black hole, a manifestation of strong gravitational effects, is intrinsically linked to its shadow, which has been directly captured through observations made by the Event Horizon Telescope. Investigating black hole thermodynamics from a gravitational perspective presents an intriguing avenue for research. This paper investigates the relationship between the thermodynamic phase transition and the photon sphere of a black hole with quantum anomaly. It proposes that the photon sphere encodes information about the black hole phase transition, arguing that the change in the photon sphere radius can serve as an order parameter characterizing the black hole's phase transition. | ブラックホール熱力学はブラックホール物理学の極めて重要な基礎的側面であるが、その観測的検証は依然として非常に困難である。 強い重力効果の現れであるブラックホールの光子球は、イベント・ホライズン・テレスコープによる観測で直接捉えられたブラックホールの影と本質的に結びついている。 重力の観点からブラックホール熱力学を研究することは、興味深い研究分野である。 本論文では、量子異常を伴うブラックホールの熱力学的相転移と光子球の関係を調査する。 本論文では、光子球がブラックホール相転移に関する情報を符号化していると提唱し、光子球半径の変化がブラックホールの相転移を特徴付ける秩序パラメータとして機能し得ると主張している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The photon sphere defines the unstable circular orbit of photons in a black hole spacetime. Photons emitted by a source located inside the photon sphere can be gravitationally lensed by the black hole and have time delays when reaching the observer. These delays may lead to light echoes produced in the light curve if an accretion event in the vicinity of the horizon can be observed. In this work, we present fully analytical formulas with high accuracy to describe the change of the azimuthal angle and the travel time of those photons. By employing the analytical approaches, we find that the time delay between photons emitted from the interior of the photon sphere has a typical time scale of $2(\pi - \phi_\mathrm{S}) u_\mathrm{m}$ with $\phi_\mathrm{S}$ and $u_\mathrm{m}$ being respectively the azimuthal angle of the source and the impact parameter evaluated at the photon sphere, which can provide some clues on the future search for gravitational lensing signatures in the accretion inflow event. | 光子球は、ブラックホール時空における光子の不安定な円軌道を定義する。 光子球内部に位置する光源から放出された光子は、ブラックホールによって重力レンズ効果を受け、観測者に到達する際に時間遅延を受ける。 これらの遅延は、地平線付近で降着現象が観測された場合、光曲線に光エコーを生成する可能性がある。 本研究では、これらの光子の方位角の変化と移動時間を記述する高精度な解析式を提示する。 解析的アプローチを用いることで、光子球内部から放出された光子間の時間遅延は、典型的な時間スケールが$2(\pi - \phi_\mathrm{S}) u_\mathrm{m}$であることがわかりました。 ここで、$\phi_\mathrm{S}$と$u_\mathrm{m}$はそれぞれ、光源の方位角と光子球で評価された影響パラメータです。 これは、降着流入イベントにおける重力レンズ効果の兆候を将来的に探索する上で、いくつかの手がかりとなる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this study, gravitational waveforms emitted by inspiralling compact binary systems on quasicircular orbits in hybrid metric-Palatini gravity are computed in the lowest post-Newtonian approximation. By applying the stationary phase approximation, Fourier transforms of the tensor polarization modes are obtained, and correction terms in the amplitude and phase of gravitational waves relative to General Relativity results are derived. Moreover, post-Einsteinian parameters are identified, and potential constraints on the background value of the scalar field are obtained based on possible observations of the gravitational waves by the future ground-based gravitational wave detectors. Additionally, constraints on the background value of the scalar field are derived using updated observational data from the PSR J0737-3039 system. These latter constraints are comparable in order of magnitude to the best currently existing constraints, which were derived from observational data within the Solar System. | 本研究では、混成計量パラティーニ重力場において準円軌道を周回する螺旋コンパクト連星系から放出される重力波形を、ポストニュートン近似の最低近似で計算する。 定常位相近似を適用することにより、テンソル偏光モードのフーリエ変換が得られ、一般相対論の結果に対する重力波の振幅と位相の補正項が導出される。 さらに、ポストアインシュタインパラメータが特定され、将来の地上重力波検出器による重力波の観測の可能性に基づいて、スカラー場の背景値に対する潜在的な制限が得られる。 さらに、PSR J0737-3039システムの最新の観測データを用いて、スカラー場の背景値に対する制限が導出される。 これらの後者の制約は、太陽系内の観測データから得られた、現在存在する最良の制約と大きさの点で匹敵します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the thermodynamic phase structure of four-dimensional \textit{R}-charged black holes--characterized by four independent $U(1)$ charges--through the lens of Lyapunov exponents associated with unstable circular orbits of both massless and massive particles. Considering three distinct charge configurations (equal, partially unequal, and fully unequal), we show that the thermal profile of the Lyapunov exponent can effectively probe the black hole phase transitions. Furthermore, we demonstrate that the discontinuous jump in the Lyapunov exponent acts as an order parameter, with the associated critical exponent $\delta = 1/2$ near the critical point--consistent across all charge configurations studied. This supports the proposed universality of the exponent and the broader connection between dynamical chaos and thermodynamic phase transitions. | 我々は、4次元のR電荷ブラックホール（4つの独立した$U(1)$電荷で特徴付けられる）の熱力学的相構造を、質量のない粒子と質量のある粒子の両方の不安定な円軌道に関連するリアプノフ指数の観点から調べる。 3つの異なる電荷配置（等しい、部分的に不等、完全に不等）を考慮し、リアプノフ指数の熱プロファイルがブラックホールの相転移を効果的に調べることができることを示す。 さらに、リアプノフ指数の不連続なジャンプが秩序パラメータとして作用し、臨界点付近で関連する臨界指数$\delta = 1/2$が、研究したすべての電荷配置で一貫していることを示す。 これは、指数の普遍性と、動的カオスと熱力学的相転移との間のより広範な関連性を支持する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this paper, we study the instability of naked singularities arising in the Einstein equations coupled with isothermal perfect fluid. We show that the spherically symmetric self-similar naked singularities of this system, are unstable to trapped surface formation, under $C^{1,\alpha}$ perturbations of an external massless scalar field. We viewed this as a toy model in studying the instability of these naked singularities under gravitational perturbations in the original Einstein--Euler system which is non-spherically symmetric. | 本論文では、等温完全流体と結合したアインシュタイン方程式に生じる裸の特異点の不安定性を研究する。 この系の球対称自己相似裸の特異点は、外部の零質量スカラー場の$C^{1,\alpha}$摂動下では、捕捉面形成に対して不安定であることを示す。 我々はこれを、非球対称である元のアインシュタイン-オイラー系における重力摂動下でのこれらの裸の特異点の不安定性を研究するための玩具モデルとみなした。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the shadows and optical appearances of a new type of regular black holes (BHs) with a Minkowski core under different spherical accretion. These BHs are constructed by modifying the Newtonian potential based on the minimum observable length in the Generalized Uncertainty Principle (GUP). They correspond one-to-one with the traditional regular BHs with a de-Sitter (dS) core (such as Bardeen/Hayward BHs), characterized by quantum gravity effect parameter ($\alpha_0$) and spacetime deformation factor ($n$). We find that the characteristic parameters give rise to some novel observable features. For these new BHs, the shadow radius, photon sphere radius, and total observed intensity increase with the increase of $\alpha_0$ but decrease with the increase of $n$. Under different spherical accretion, the shadow and photon sphere radius are identical, but the total observed intensity under the static spherical accretion is greater than that under the infalling spherical accretion. In addition, we find that these regular BHs with different cores show differences in shadows and optical appearances, especially under the static spherical accretion. Compared with Bardeen BH, the new BH has a smaller total observed intensity, dimmer maximum luminosity, and smaller shadow and photon sphere radius. The larger $\alpha_0$ leads to more significant differences, and a similar trend is also seen in the comparison with Hayward BH. Under the infalling spherical accretion, these regular BHs with different cores only have slight differences in total observed intensity, shadow and photon sphere radius, which become more obvious when $\alpha_0$ is relatively large. It suggests that the unique spacetime features of these regular BHs with different cores can be distinguished through astronomical observations. | 我々は、異なる球状集積状態にあるミンコフスキー核を持つ新しいタイプの正則ブラックホール（BH）の影と光学的外観を調査する。 これらのBHは、一般化不確定性原理（GUP）における最小観測長に基づいてニュートンポテンシャルを修正することによって構築される。 これらは、量子重力効果パラメータ（$\alpha_0$）と時空変形因子（$n$）によって特徴付けられる、デ・シッター（dS）核を持つ従来の正則ブラックホール（バーディーン/ヘイワードBHなど）と一対一に対応する。 我々は、これらの特性パラメータがいくつかの新しい観測可能な特徴を生み出すことを発見した。 これらの新しいBHでは、影の半径、光子球半径、および観測される全強度は$\alpha_0$の増加とともに増加するが、$n$の増加とともに減少する。 異なる球状集積下では、影と光子球の半径は同じですが、静的球状集積下での観測総強度は、落下球状集積下よりも大きくなります。 さらに、異なるコアを持つこれらの通常のBHは、特に静的球状集積下では、影と光学的な外観に違いが見られることがわかりました。 バーディーンBHと比較すると、新しいBHは観測総強度が小さく、最大光度が暗く、影と光子球の半径が小さいです。 $\alpha_0$が大きいほど、違いは顕著になり、ヘイワードBHとの比較でも同様の傾向が見られます。 落下球状集積下では、異なるコアを持つこれらの通常のBHは、観測総強度、影、光子球の半径にわずかな違いしかなく、$\alpha_0$が比較的大きいときに、この違いはより顕著になります。 これは、異なるコアを持つこれらの規則的なBHの独特な時空特性が天文観測によって区別できることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We demonstrate that a quantum field theory (QFT) in general two-dimensional curved spacetimes can be realized by a system of quantum spins or qubits. We consider a spin-1/2 model on a one-dimensional ring with spatially and temporally varying exchange couplings and magnetic fields. This model reduces to a QFT of Majorana fermions in the continuum limit. From this correspondence, we establish a dictionary for translating between the spacetime-dependent parameters of the spin model and the general metric on which the QFT is defined. After addressing the general case, we consider the Friedmann-Lema\^{\i}tre-Robertson-Walker (FLRW) metric as a simple example. According to the dictionary, the QFT of Majorana fermions on the FLRW metric corresponds to the Ising model with a time-dependent transverse magnetic field. We demonstrate that the production of Majorana particles in the expanding universe can be simulated with the transverse-field Ising model by increasing the strength of the magnetic field. Furthermore, we examine the Unruh effect through the spin system by using our prescription and show the direct relation between the entanglement (or modular) Hamiltonian in the spin system and the Rindler Hamiltonian. This approach provides an experimentally viable system for probing various phenomena in QFT within curved spacetime, while also opening the door to uncovering nontrivial phenomena in spin systems inspired by curved spacetime physics. It offers fresh perspectives on both QFT in curved spacetimes and quantum many-body spin systems, revealing profound connections between these fields. | 一般の2次元曲面時空における量子場理論（QFT）が、量子スピンまたは量子ビットの系によって実現できることを示す。 空間的および時間的に変化する交換結合と磁場を持つ1次元リング上のスピン1/2モデルを考える。 このモデルは、連続体極限におけるマヨラナフェルミオンのQFTに帰着する。 この対応関係から、スピンモデルの時空依存パラメータとQFTが定義される一般的な計量との間の変換辞書を構築する。 一般的なケースを扱った後、簡単な例としてフリードマン-レマ\^{\i}トレ-ロバートソン-ウォーカー（FLRW）計量を考える。 この辞書によれば、FLRW計量上のマヨラナフェルミオンのQFTは、時間依存の横磁場を持つイジングモデルに対応する。 我々は、膨張宇宙におけるマヨラナ粒子の生成が、横磁場イジング模型を用いて磁場強度を増加させることでシミュレートできることを実証する。 さらに、我々の処方を用いてスピン系を介したウンルー効果を調べ、スピン系におけるエンタングルメント（またはモジュラー）ハミルトニアンとリンドラーハミルトニアンとの間の直接的な関係を示す。 このアプローチは、曲がった時空における場の理論理論（QFT）の様々な現象を調べるための実験的に実行可能なシステムを提供すると同時に、曲がった時空物理学に触発されたスピン系における非自明な現象の解明への扉を開く。 これは、曲がった時空における場の理論理論と量子多体スピン系の両方に新たな視点を提供し、これらの分野間の深遠なつながりを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Ay\'on-Beato Garc\'ia (ABG) solution describes a nonlinear electrodynamic nonsingular black hole in general relativity and can be regarded as a strong field correction to the Reissner-Nordstr\"om solution. We exam the possibility of destroying the ABG nonsingular black hole with a test charged particle and a complex scalar field. By comparing with the results of gadenken experiment to destroy the Reissner-Nordstr\"om black hole, we get the nonlinear electrodynamic field effects on the destruction of the event horizon. We obtain the parameter regions of the particle and scalar field, which allow us to destroy the event horizon of an extremal and near-extremal ABG black hole. Our findings show that both can be destroyed due to nonlinear electrodynamic effects. Interestingly, the parameter intervals for the charged particle and scalar field needed to destroy the event horizon of an extremal black hole are identical. Since the ABG black hole is nonsingular, our results remain consistent with the weak cosmic censorship conjecture and may offer a means to explore the interior of a black hole. | アイオン＝ベアト・ガルシア（ABG）解は、一般相対論における非線形電磁力学的非特異ブラックホールを記述し、ライスナー＝ノルドストローム解に対する強い場の補正とみなすことができる。 我々は、テスト荷電粒子と複素スカラー場を用いてABG非特異ブラックホールを破壊できる可能性を検証する。 ライスナー＝ノルドストロームブラックホールを破壊するためのガデンケン実験の結果と比較することにより、事象の地平線の破壊に対する非線形電磁力学的場の効果を得る。 我々は、極限および近極限ABGブラックホールの事象の地平線を破壊できる粒子場とスカラー場のパラメータ領域を得る。 我々の調査結果は、どちらも非線形電磁力学的効果によって破壊できることを示している。 興味深いことに、極限ブラックホールの事象の地平線を破壊するために必要な荷電粒子場とスカラー場のパラメータ間隔は同一です。 ABGブラックホールは特異ではないため、我々の結果は弱い宇宙検閲予想と整合しており、ブラックホール内部を探査する手段となる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study the orbital dynamics and relativistic precession effects in the spacetime of rotating braneworld black holes within the Randall-Sundrum framework. For test particles on spherical orbits, we analyze three conserved quantities-energy, angular momentum, and Carter constant-and examine how the innermost stable spherical orbit depends on the tidal charge and orbital inclination. Compared to Kerr black holes, braneworld corrections significantly modify both nodal and periastron precession frequencies: positive tidal charges suppress precession rates, while negative charges enhance them. For stationary gyroscopes, we calculate the Lense-Thirring precession frequency and demonstrate its sensitivity to the tidal charge, black hole spin, and gyroscope orientation. Our results show that a positive tidal charge weakens frame-dragging effects even as it enhances gravitational attraction-offering a distinctive signature of extra-dimensional gravity. These results have important implications for astrophysical observations, including accretion disk behavior, stellar orbital dynamics, and gravitational wave detection. The modified orbital and gyroscopic precession provide new ways to test braneworld gravity in strong-field regimes. | 回転するブレーンワールドブラックホールの時空における軌道ダイナミクスと相対論的歳差運動効果を、ランドール・サンドラムの枠組みを用いて研究する。 球軌道上のテスト粒子について、エネルギー、角運動量、カーター定数という3つの保存量を解析し、最内側の安定球軌道が潮汐電荷と軌道傾斜角にどのように依存するかを調べる。 カーブラックホールと比較して、ブレーンワールド補正は、ノード歳差運動周波数と近点歳差運動周波数の両方を大幅に変化させる。 正の潮汐電荷は歳差運動速度を抑制し、負の電荷は歳差運動速度を高める。 静止ジャイロスコープについては、レンズ・サーリング歳差運動周波数を計算し、それが潮汐電荷、ブラックホールのスピン、ジャイロスコープの向きにどのように敏感であるかを示す。 我々の研究結果は、正の潮汐荷電が重力による引力を増強する一方で、フレームドラッグ効果を弱めることを示しています。 これは、超次元重力の特徴的な兆候を示しています。 これらの結果は、降着円盤の挙動、恒星の軌道ダイナミクス、重力波検出など、天体物理学的観測に重要な意味を持ちます。 軌道とジャイロスコープの歳差運動の修正は、強磁場領域におけるブレーンワールド重力を検証する新たな方法を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider the possibility that the weak cosmic censorship conjecture can be violated using the Oppenheimer-Snyder collapse model with a perfect fluid star interior. Metric models with a naked singularity can be used, and the Oppenheimer-Snyder collapse might be possible; the null energy condition is also satisfied in these models. However, this is just a toy model because no known model as a solution to the Einstein equation. To avoid this problem, we can consider a naked singularity solution as a proper solution of the Einstein equation, but in this case, we need to introduce a thin-shell on top of the perfect fluid star. In this case, gravitational collapse is allowed, but the null energy condition should be violated at the thin-shell. In conclusion, we could not find a physically viable model that violates weak cosmic censorship, but it opens a window to study the properties of cosmic censorship constructively. The violation of weak cosmic censorship might be possible if a modified gravity model provides a solution that allows the Oppenheimer-Snyder collapse without a shell. Also, regarding the thin-shell case, the shell approaches the naked singularity closer without violating the null energy condition, although it must violate the null energy condition at the singularity eventually; this might be regarded as an effective violation of cosmic censorship in some sense. | 我々は、完全流体星内部を持つオッペンハイマー・スナイダー崩壊モデルを用いることで、弱い宇宙検閲予想が破れる可能性について考察する。 裸の特異点を持つ計量モデルを用いることができ、オッペンハイマー・スナイダー崩壊が起こり得る可能性があり、これらのモデルではヌルエネルギー条件も満たされる。 しかし、アインシュタイン方程式の解となるモデルが知られていないため、これは単なるトイモデルに過ぎない。 この問題を回避するために、裸の特異点解をアインシュタイン方程式の適切な解として考えることができるが、この場合、完全流体星の上に薄い殻を導入する必要がある。 この場合、重力崩壊は許容されるが、薄い殻においてヌルエネルギー条件は破られるはずである。 結論として、我々は弱い宇宙検閲を破る物理的に実行可能なモデルを見つけることができませんでしたが、宇宙検閲の性質を建設的に研究するための窓を開くものです。 修正された重力モデルが、シェルなしでオッペンハイマー・スナイダー崩壊を可能にする解を与えるならば、弱い宇宙検閲の破れが可能になるかもしれません。 また、薄いシェルの場合、シェルはヌルエネルギー条件を破ることなく裸の特異点に近づきますが、最終的には特異点においてヌルエネルギー条件を破らなければなりません。 これはある意味で宇宙検閲の効果的な破れと見なすことができるかもしれません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We introduce a novel mechanism -- Magnetically Arrested Transmutation (MAT) -- to account for the observed absence of ordinary pulsars near the Galactic centre, a longstanding puzzle known as the missing pulsar problem and the over-representation of magnetic white dwarfs in the same region. In this scenario, compact stars capture and accumulate dark matter, eventually forming an endoparasitic black hole (EBH) of initial mass $M_0$ at their core. Although such EBHs generally grow by accreting host matter, we show that sufficiently strong core magnetic fields can establish pressure equilibrium, thereby stalling further accretion and halting the star's transmutation into a black hole. We derive the conditions for MAT to occur, identifying a critical parameter $\beta$, which encapsulates the interplay between the magnetic field strength, host matter density, and EBH mass. For $0 < \beta \leq 4/27$, the growth of the EBH is arrested, limiting its final mass ($M_{\rm f}$) to $M_0 < M_{\rm f} \leq 3/2 M_0$, whereas for $\beta > 4/27$, full transmutation may ensue. This framework offers a plausible unified explanation for the absence of ordinary pulsars and the survival of the magnetar PSR J1745-2900, and the elevated population of magnetic white dwarfs, in the Galactic centre, and hence could be tested and should have implications for understanding dark matter and compact objects. | 我々は、銀河中心付近に通常のパルサーが観測されていないことを説明するため、新たなメカニズム「磁気的に停止した変成（MAT）」を導入する。 これは、長年の謎である「失われたパルサー問題」と、同領域における磁気白色矮星の過剰出現である。 このシナリオでは、コンパクトな星が暗黒物質を捕獲・蓄積し、最終的に中心核に初期質量$M_0$の内部寄生ブラックホール（EBH）を形成する。 このようなEBHは通常、母体物質の集積によって成長するが、十分に強い中心核磁場が圧力平衡を確立し、それによってさらなる集積を抑制し、星のブラックホールへの変成を停止させることを示す。 我々はMATの発生条件を導出し、磁場強度、母体物質密度、およびEBH質量の相互作用を表す臨界パラメータ$\beta$を特定する。 $0 < \beta \leq 4/27$ の場合、EBH の成長は停止し、最終質量 ($M_{\rm f}$) は $M_0 < M_{\rm f} \leq 3/2 M_0$ に制限されます。 一方、$\beta > 4/27$ の場合、完全な転換が起こる可能性があります。 この枠組みは、通常のパルサーが存在しない理由と、マグネター PSR J1745-2900 が銀河中心に残存していること、そして磁気白色矮星の数が増加していることについて、もっともらしい統一的な説明を提供するため、検証が可能であり、暗黒物質やコンパクト天体の理解にも影響を与えるはずです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the holographic renormalization of scalar-torsion gravity in a four-dimensional bulk spacetime with non-minimal derivative coupling. The asymptotic behavior of the static equations leads to an anti-de Sitter geometry for negative cosmological constants, allowing for a holographic interpretation via the AdS/CFT correspondence. The existence of unique solutions throughout the bulk is addressed. We study the effect of the non-minimal coupling parameter on the conformal dimension and the expectation value of the dual scalar operator, showing that the effective bulk mass can be tuned through the non-minimal coupling. Our results provide a formalism for finding non-tachyonic bulk scalar fields which vanish at the boundary. | 非極小微分結合を持つ4次元バルク時空におけるスカラー・トーション重力のホログラフィック繰り込みを考察する。 静的方程式の漸近的挙動は、負の宇宙定数に対する反ド・ジッター幾何学を導き、AdS/CFT対応によるホログラフィック解釈を可能にする。 バルク全体にわたって一意の解の存在を検討する。 非極小結合パラメータが共形次元と双対スカラー演算子の期待値に及ぼす影響を考察し、非極小結合によって有効バルク質量を調整できることを示す。 我々の結果は、境界で消滅する非タキオン的バルク・スカラー場を見つけるための形式論を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The first and second laws of thermodynamics should lead to a consistent scenario for discussing the cosmological constant problem. In the present study, to establish such a thermodynamic scenario, cosmological equations in a flat Friedmann-Lema\^{i}tre-Robertson-Walker universe were derived from the first law, using an arbitrary entropy $S_{H}$ on a cosmological horizon. Then, the cosmological equations were formulated based on a general formulation that includes two extra driving terms, $f_{\Lambda}(t)$ and $h_{\textrm{B}}(t)$, which are usually used for, e.g., time-varying $\Lambda (t)$ cosmology and bulk viscous cosmology, respectively. In addition, thermodynamic constraints on the two terms are examined using the second law of thermodynamics, extending a previous analysis [Phys. Rev. D 99, 043523 (2019) (arXiv:1810.11138)]. It is found that a deviation $S_{\Delta}$ of $S_{H}$ from the Bekenstein-Hawking entropy plays important roles in the two terms. The second law should constrain the upper limits of $f_{\Lambda}(t)$ and $h_{\textrm{B}}(t)$ in our late Universe. The orders of the two terms are likely consistent with the order of the cosmological constant $\Lambda_{\textrm{obs}}$ measured by observations. In particular, when the deviation $S_{\Delta}$ is close to zero, $h_{\textrm{B}}(t)$ and $f_{\Lambda}(t)$ should reduce to zero and a constant value (consistent with the order of $\Lambda_{\textrm{obs}}$), respectively, as if a consistent and viable scenario could be obtained from thermodynamics. | 熱力学の第一法則と第二法則は、宇宙定数問題を議論するための一貫したシナリオにつながるはずである。 本研究では、そのような熱力学シナリオを確立するために、第一法則から、宇宙の地平線上の任意のエントロピー $S_{H}$ を用いて、平坦 Friedmann-Lema\^{i}tre-Robertson-Walker 宇宙における宇宙論方程式を導出した。 次に、2 つの追加の駆動項 $f_{\Lambda}(t)$ と $h_{\textrm{B}}(t)$ を含む一般的な定式化に基づいて宇宙論方程式を定式化した。 これらの項は通常、例えば時間変動 $\Lambda (t)$ 宇宙論とバルク粘性宇宙論でそれぞれ使用される。 さらに、2 つの項に対する熱力学的制限を熱力学の第二法則を用いて調べ、以前の分析 [Phys. Rev. D 99, 043523 (2019) (arXiv:1810.11138)]。 ベッケンシュタイン-ホーキングエントロピーからの$S_{H}$の偏差$S_{\Delta}$が、この2つの項において重要な役割を果たしていることが判明した。 第二法則は、後期宇宙における$f_{\Lambda}(t)$と$h_{\textrm{B}}(t)$の上限を制限するはずである。 この2つの項の順序は、観測によって測定された宇宙定数$\Lambda_{\textrm{obs}}$の順序と一致する可能性が高い。 特に、偏差$S_{\Delta}$がゼロに近い場合、$h_{\textrm{B}}(t)$と$f_{\Lambda}(t)$はそれぞれゼロと定数（$\Lambda_{\textrm{obs}}$の順序と一致する）に減少するはずであり、これは熱力学から矛盾のない実行可能なシナリオが得られるかのように見える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The present letter considers the quantization method developed in [1]-[9], which postulates that, in several situations, negative norm or ghost states can be avoided in order to give positive probabilities. These authors also postulate a candidate for a path integral for those theories, following pioneer works initiated by Dirac [10]} and Pauli \[11]. However, taking into account the non standard oscillator algebra inherent to this method, in order to be sure that unitarity is not violated, one should derived the LSZ rules for the model and check the absence of negative contributions to the $S$ matrix. In addition, the derivation of the LSZ rules is of interest, since it may not be clear at first sight that has the usual form of the textbooks. This is done here, applied to Stelle gravity [12]-[13]. In addition, an equivalent but simpler way to deal with negative norm states is worked out, in which hermiticity is more explicit. As far as we understand, our conclusions fully agree with the arguments and expectations of those authors. | 本稿では、[1]-[9]で開発された量子化法について考察する。 この法では、いくつかの状況において、負のノルム状態やゴースト状態を回避することで正の確率を与えることができると仮定している。 著者らはまた、ディラック[10]とパウリ[11]による先駆的な研究に倣い、これらの理論に対する経路積分の候補を仮定している。 しかし、この方法に固有の非標準的な振動子代数を考慮し、ユニタリー性が破れないことを確実にするために、モデルのLSZ規則を導出し、$S$行列への負の寄与がないことを確認する必要がある。 さらに、LSZ規則の導出は興味深い。 なぜなら、それが教科書の通常の形式であるかどうかは一見しただけでは明らかではないかもしれないからである。 ここでは、これをステッレ重力[12]-[13]に適用して行う。 さらに、負のノルム状態を扱うための、同等だがより簡便な方法が考案され、この方法ではエルミート性がより明確に表現されます。 私たちの理解する限り、私たちの結論は、これらの著者の主張と期待と完全に一致しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The generalized Lanczos algorithm can provide a universal method for constructing the wave function under the group structure of Hamiltonian. Based on this fact, we obtain an open two-mode squeezed state as the quantum origin for the curvature perturbation. In light of this wave function in the open system, we successfully develop a new method to calculate its corresponding power spectrum by using the Bogoliubov transformation. Unlike traditional approaches, we explicitly retain the Bogoliubov coefficients in terms of the squeezing amplitude \( r_k \) and the squeezing rotation angle \( \phi_k \). As a result, the power spectrum of the open two-mode squeezed state will match that of the Bunch-Davies vacuum numerically. Furthermore, the derivation of the open two-mode squeezed state relies on the second kind Meixner polynomial (equivalent to the generalized Lanczos algorithm) and the symmetry of the Hamiltonian. Therefore, our research may offer a new insight into the calculation of the correlation functions through a group-theoretic perspective. | 一般化Lanczosアルゴリズムは、ハミルトニアンの群構造の下で波動関数を構築するための普遍的な手法を提供する。 この事実に基づき、曲率摂動の量子原点として開放型2モードスクイーズド状態を得る。 開放系におけるこの波動関数を考慮し、ボゴリュボフ変換を用いて対応するパワースペクトルを計算する新しい手法を開発することに成功した。 従来の手法とは異なり、スクイージング振幅\(r_k\)とスクイージング回転角\(\phi_k\)に関してボゴリュボフ係数を明示的に保持する。 その結果、開放型2モードスクイーズド状態のパワースペクトルは、数値的にBunch-Davies真空のものと一致する。 さらに、開放型2モードスクイーズド状態の導出は、第二種Meixner多項式（一般化Lanczosアルゴリズムと同等）とハミルトニアンの対称性に依存する。 したがって、我々の研究は、群論的観点から相関関数の計算に新たな知見をもたらす可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Four-dimensional gravitational theories derived from an infinite sum of Lovelock curvature invariants, combined with a conformal rescaling of the metric, are equivalent to a subclass of shift-symmetric Horndeski theories that possess a single scalar degree of freedom. Under the assumption of a homogeneous and isotropic cosmological background, the theory admits an inflationary solution that replaces the Big Bang singularity. This can be achieved by a solution where the Hubble expansion rate $H$ is equal to the time derivative of the scalar field $\dot{\phi}$. We show that the solution $H=\dot{\phi}$ suffers from a strong coupling problem, characterized by the vanishing kinetic term of linear scalar perturbations at all times. Consequently, nonlinear scalar perturbations remain uncontrolled from the onset of inflation throughout the subsequent cosmological evolution. Moreover, tensor perturbations are generally subject to Laplacian instabilities during inflation. This instability in the tensor sector also persists under background initial conditions where $H \neq \dot{\phi}$. In the latter case, both the coefficient of the kinetic term for scalar perturbations and the scalar sound speed diverge at the onset of inflation. Thus, the dominance of inhomogeneities in this theory renders the homogeneous background solution illegitimate. | ラブロック曲率不変量の無限和から導かれる4次元重力理論は、計量の共形リスケーリングと組み合わされ、単一のスカラー自由度を持つシフト対称ホーンデスキー理論のサブクラスと等価である。 均質かつ等方的な宇宙背景を仮定すると、この理論はビッグバン特異点に代わるインフレーション解を許容する。 これは、ハッブル膨張率$H$がスカラー場$\dot{\phi}$の時間微分に等しい解によって達成できる。 我々は、解$H=\dot{\phi}$は、線形スカラー摂動の運動項が常にゼロになるという特徴を持つ強結合問題に悩まされることを示す。 結果として、インフレーションの開始からその後の宇宙進化を通して、非線形スカラー摂動は制御不能なままである。 さらに、テンソル摂動は一般にインフレーション中にラプラシアン不安定性の影響を受ける。 テンソルセクターにおけるこの不安定性は、$H \neq \dot{\phi}$ となる背景初期条件下においても持続する。 後者の場合、スカラー摂動の運動項の係数とスカラー音速はインフレーション開始時に発散する。 したがって、この理論における不均一性の優位性は、均質な背景解を不当なものにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The relative abundances of exotic environments provides us with (uninformed) bounds on the habitability of those environments relative to our own, on the basis that our presence here is not too atypical. For instance, since red stars outnumber yellow stars 7 to 3, we can infer that red stars must be less than 8.1 times as habitable as yellow, as otherwise our presence around a yellow star would be a statistical outlier at the level of $5\%$. In the multiverse context, the relative abundances of exotic environments can be drastically different from those in our universe, which sometimes allows us to place much stronger bounds on their relative habitability than we would get by restricting our attention to our universe. We apply this reasoning to a variety of different exotic environments: tidally locked planets, binary star systems, icy moons, rogue planets, liquids with properties different from water, and waterworlds. We find that the bounds on the relative habitability of rogue planets and waterworlds are at least an order of magnitude stronger in a multiverse context than from our universe alone. Additionally, the belief that some of water's special properties are essential for life, such as the fact that ice floats and, with some caveats, that it acts as a universal solvent, are incompatible with the multiverse hypothesis. If any of these bounds are found to be violated in the future, the multiverse hypothesis can be falsified to a high degree of confidence. | 異種環境の相対的な存在量は、我々の存在がそれほど異例ではないという前提に基づき、我々の宇宙と比較したそれらの環境の居住可能性に関する（情報に基づく）境界を与えてくれる。 例えば、赤い恒星の数は黄色い恒星の7対3なので、赤い恒星の居住可能性は黄色い恒星の8.1倍未満であると推測できる。 そうでなければ、黄色い恒星の周囲に我々が存在することは、$5\%$レベルの統計的外れ値となる。 多元宇宙の文脈では、異種環境の相対的な存在量は我々の宇宙のものと大きく異なる場合があり、そのため、我々の宇宙にのみ注目した場合よりもはるかに強い、それらの相対的な居住可能性の境界を設定できる場合がある。 我々はこの推論を、潮汐固定惑星、連星系、氷衛星、漂遊惑星、水とは異なる性質を持つ液体、水惑星など、様々な異種環境に適用する。 我々は、多元宇宙の文脈において、放浪惑星と水惑星の相対的な居住可能性に関する限界は、我々の宇宙単独の場合よりも少なくとも一桁強力であることを発見した。 さらに、氷が浮くことや、いくつかの条件付きではあるが万能溶媒として機能することなど、水のいくつかの特殊な性質が生命にとって不可欠であるという考えは、多元宇宙仮説と矛盾する。 将来、これらの限界のいずれかが破られることが判明した場合、多元宇宙仮説は高い確度で反証される可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate anisotropic compact stars comprising two non-interacting fluids: quark matter and condensed dark matter. Using the MIT Bag model equation of state for quark matter and Bose-Einstein Condensate equation of state for dark matter, we numerically compute interior solutions for those two-fluid component spherical configurations. Varying the initial central density ratio of dark matter to quark matter, we examine how different proportions of these components influence the mass-radius profile, the factor of compactness as well as the quark mass fraction. Recent studies suggest that quark matter may exist in the cores of massive neutron stars, significantly affecting their structure and stability. We calculate the factor of compactness for both negative and positive anisotropy cases explored in this article. Our findings demonstrate that dark matter-admixed quark stars are more compact yet less massive compared to pure quark matter stars, aligning with recent theoretical predictions and gravitational wave observations. | 我々は、相互作用しない2つの流体、すなわちクォーク物質と凝縮した暗黒物質からなる異方性コンパクト星を研究する。 クォーク物質についてはMITバッグモデルの状態方程式、暗黒物質についてはボーズ・アインシュタイン凝縮体の状態方程式を用いて、これらの2流体成分の球状構成の内部解を数値的に計算する。 クォーク物質に対する暗黒物質の初期中心密度比を変化させ、これらの成分の割合が質量半径プロファイル、コンパクトネス係数、そしてクォーク質量分率にどのような影響を与えるかを調べる。 最近の研究では、大質量中性子星の中心にクォーク物質が存在し、その構造と安定性に大きな影響を与えている可能性が示唆されている。 本稿で検討した負と正の異方性の両方のケースについて、コンパクトネス係数を計算する。 私たちの研究結果は、暗黒物質が混在するクォーク星は、純粋なクォーク物質の星に比べて、よりコンパクトでありながら質量が小さいことを示し、最近の理論的予測や重力波観測と一致しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study symmetry-breaking inflation within the framework of metric-affine gravity. By introducing a non-minimal coupling, $\beta(\phi)\tilde{\cal R}$, between the Holst invariant and the inflaton, both small-field and large-field inflationary predictions can be brought into agreement with the latest observational constraints. Remarkably, even for sub-Planckian vacuum expectation values, appropriately chosen values of $\beta(\phi)$ enable viable inflation, a scenario previously considered unattainable. | 我々は、計量アフィン重力の枠組みの中で、対称性を破るインフレーションを研究する。 ホルスト不変量とインフレーションの間に非最小結合$\beta(\phi)\tilde{\cal R}$を導入することにより、小場および大場両方のインフレーション予測が最新の観測的制約と一致するようになる。 驚くべきことに、プランク真空期待値未満であっても、適切に選択された$\beta(\phi)$の値によって、これまで達成不可能と考えられていたシナリオであるインフレーションが実現可能となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a method for solving loop integrals in dimensional regularization that is particularly useful in the context of inflation. We apply this method to the calculation of the tensor power spectrum induced by scalar fluctuations in slow-roll inflation. | 次元正則化におけるループ積分の解法を提示する。 これはインフレーションの文脈で特に有用である。 この手法を、スローロールインフレーションにおけるスカラー変動によって誘起されるテンソルパワースペクトルの計算に適用する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider Lorentzian General Relativity in a cavity with a timelike boundary, with conformal boundary conditions and also a generalization of these boundary conditions. We focus on the linearized gravitational dynamics about the static empty cavity whose boundary has spherical spatial geometry. It has been recently shown that there exist dynamical instabilities, whose angular dependence is given in terms of spherical harmonics $Y_{\ell m}$, and whose coefficient of exponential growth in time goes as $\sim \ell^{1/3}$. We use these modes to construct a sequence of solutions for which the initial data converge to zero as $\ell \rightarrow \infty$ but for which the solution itself does not converge to zero. This implies a lack of continuity of solutions on initial data, which shows that the initial value problem with these boundary conditions is not well-posed. This is in tension with recent mathematical work on well-posedness for such boundary conditions. | 時間的境界を持つ空洞におけるロレンツ一般相対論を、共形境界条件とこれらの境界条件の一般化を用いて考察する。 境界が球面空間形状を持つ静的空洞の周りの線形重力ダイナミクスに焦点を当てる。 最近、動的不安定性が存在し、その角度依存性は球面調和関数$Y_{\ell m}$で与えられ、時間に対する指数関数的増加係数は$\sim \ell^{1/3}$となることが示された。 これらのモードを用いて、初期データが$\ell \rightarrow \infty$としてゼロに収束するが、解自体はゼロに収束しない一連の解を構築する。 これは初期データ上で解の連続性が欠如していることを意味し、これらの境界条件を持つ初期値問題は適切ではないことを示している。 これは、そのような境界条件の適切性に関する最近の数学的研究と矛盾する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The classical symmetry of the source-free Maxwell equations under electric-magnetic duality rotations leads to a conserved Noether charge, corresponding to the circular polarization of light. We show that, in quantum field theory, the vacuum expectation value of this charge is no longer time-independent inside a long, cylindrical waveguide undergoing both linear and rotational acceleration from rest. Specifically, photon pairs are spontaneously excited from the quantum vacuum by the accelerated background, while the helical motion induces an imbalance in the number of right- and left-handed modes produced. This photon helicity non-conservation reflects a genuine quantum effect that breaks the classical duality symmetry. The model considered paves the way for experimental studies. | 電磁双対性回転下におけるソースフリー・マクスウェル方程式の古典的対称性は、光の円偏光に対応する保存されたノイザー電荷をもたらす。 量子場理論において、この電荷の真空期待値は、静止状態から直線加速と回転加速の両方を受ける長い円筒形導波管内部ではもはや時間に依存しないことを示す。 具体的には、加速された背景光によって量子真空から光子対が自発的に励起される一方で、らせん運動によって生成される右手系と左手系のモードの数に不均衡が生じる。 この光子のらせん性の非保存性は、古典的双対性対称性を破る真の量子効果を反映している。 ここで検討したモデルは、実験的研究への道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Scalar-tensor theories with a scalar field coupled to the Gauss-Bonnet invariant can evade no-hair theorems and allow for non-trivial scalar profiles around black holes. This coupling is characterized by a length scale $\lambda$, which, in an effective field theory perspective, sets the threshold below which deviations from General Relativity become significant. LIGO/VIRGO constraints indicate $\lambda$ is small, implying supermassive black holes should not scalarize. However, recent work suggests that scalarization can occur within a narrow window of masses, allowing supermassive black holes to scalarize, while leaving LIGO/VIRGO sources unaffected. We explore the impact of this scenario on the stochastic gravitational wave background recently observed by Pulsar Timing Arrays. We find that scalarization can alter the characteristic strain produced by circularly inspiralling SMBH binaries and that current data shows a marginal preference for a non-zero $\lambda$. However, similar signatures could arise from astrophysical effects such as orbital eccentricity or environmental interactions, emphasizing the need for improved modeling and longer observations to discriminate among the different scenarios. | ガウス・ボネ不変量と結合したスカラー場を持つスカラーテンソル理論は、ノーヘア定理を回避し、ブラックホール周囲の非自明なスカラープロファイルを許容することができる。 この結合は長さスケール$\lambda$によって特徴付けられ、有効場の理論の観点からは、これ以下では一般相対論からの逸脱が顕著になる閾値を設定する。 LIGO/VIRGOの制約は$\lambda$が小さいことを示し、超大質量ブラックホールはスカラー化しないはずである。 しかし、最近の研究は、スカラー化が狭い質量範囲内で起こり、超大質量ブラックホールがスカラー化しつつもLIGO/VIRGOの源には影響を与えないことを示唆している。 我々は、このシナリオが、最近パルサータイミングアレイによって観測された確率的重力波背景放射に与える影響を調査する。 我々は、スカラー化によって、円形に渦巻きながら移動するSMBH連星によって生じる特性歪みが変化し得ること、そして現在のデータは、$\lambda$がゼロでない場合に限界的な選好を示すことを明らかにした。 しかし、同様のシグネチャーは、軌道離心率や環境相互作用といった天体物理学的効果によって生じる可能性があり、異なるシナリオを区別するためには、モデリングの改善とより長期的な観測が必要であることを強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We provide a derivation of the Ryu-Takayanagi (RT) formula in 3D gravity for generic boundary subsystems--including RT surface phase transitions--directly from the dual two-dimensional conformal field theory (CFT). Our approach relies on the universal statistics of the algebraic conformal data and the large-$c$ behavior of conformal blocks with Cardy boundaries involved. We observe the emergence of 3D multi-boundary black holes with Karch-Randall branes from entangled states of any number of CFT's with and without Cardy boundaries. We obtain the RT formula from the CFT, in the high-temperature regime. Two direct applications are: $\textbf{1)}$ A simple derivation of the multi-interval entanglement entropy for the vacuum state of a single CFT; $\textbf{2)}$ A CFT-based detection of the emergence of replica wormholes in the context of entanglement islands and black hole microstate counting. Our framework yields the first holographic random tensor network that faithfully captures the entanglement structure of holographic CFTs. These results imply that bulk spacetime geometries indeed emerge from the eigenstate thermalization hypothesis (ETH) in the dual field theory in the large-$c$ limit--a paradigm we refer to as $\textit{It from ETH}$. | 我々は、3次元重力におけるRyu-Takayanagi (RT)公式を、RT表面相転移を含む一般的な境界サブシステムに対して、双対2次元共形場理論(CFT)から直接導出する。 我々のアプローチは、代数的共形データの普遍統計と、Cardy境界を伴う共形ブロックの大$c$挙動に依存する。 我々は、Cardy境界の有無にかかわらず、任意の数のCFTのエンタングル状態から、Karch-Randallブレーンを持つ3次元多重境界ブラックホールの出現を観測する。 我々は、高温領域においてCFTからRT公式を得る。 直接的な応用は2つある：$\textbf{1)}$ 単一CFTの真空状態における多重区間エンタングルメントエントロピーの単純な導出。 $\textbf{2)}$ エンタングルメント島とブラックホールのミクロ状態計数の文脈における、CFTに基づくレプリカワームホールの出現の検出。 我々の枠組みは、ホログラフィックCFTのエンタングルメント構造を忠実に捉える初のホログラフィックランダムテンソルネットワークを生み出す。 これらの結果は、大$c$極限における双対場理論の固有状態熱化仮説（ETH）から、バルク時空幾何学が実際に出現することを示唆している。 このパラダイムを我々は$\textit{It from ETH}$と呼ぶ。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study how meaningful physical predictions can arise in nonperturbative quantum gravity in a closed Lorentzian universe. In such settings, recent developments suggest that the quantum gravitational Hilbert space is one-dimensional and real for each $\alpha$-sector, as induced by spacetime wormholes. This appears to obstruct the conventional quantum-mechanical prescription of assigning probabilities via projection onto a basis of states. While previous approaches have introduced external observers or augmented the theory to resolve this issue, we argue that quantum gravity itself contains all the necessary ingredients to make physical predictions. We demonstrate that the emergence of classical observables and probabilistic outcomes can be understood as a consequence of partial observability: physical observers access only a subsystem of the universe. Tracing out the inaccessible degrees of freedom yields reduced density matrices that encode classical information, with uncertainties exponentially suppressed by the environment's entropy. We develop this perspective using both the Lorentzian path integral and operator formalisms and support it with a simple microscopic model. Our results show that quantum gravity in a closed universe naturally gives rise to meaningful, robust predictions without recourse to external constructs. | 我々は、閉じたロレンツ宇宙における非摂動的な量子重力において、どのように意味のある物理的予測が起こり得るかを研究する。 このような設定において、近年の進展は、時空ワームホールによって誘起される量子重力ヒルベルト空間が各$\alpha$セクターに対して1次元かつ実であることを示している。 これは、状態の基底への射影によって確率を割り当てるという従来の量子力学的規定を阻害するように見える。 これまでのアプローチでは、この問題を解決するために外部観測者を導入したり、理論を拡張したりしてきたが、我々は量子重力自体が物理的予測を行うために必要なすべての要素を含んでいると主張する。 我々は、古典的な観測量と確率的結果の出現が、部分的観測可能性の結果として理解できることを示す。 つまり、物理的な観測者は宇宙のサブシステムにしかアクセスできないということである。 アクセスできない自由度をトレースすることで、環境のエントロピーによって不確実性が指数関数的に抑制された、古典的な情報を符号化する縮約密度行列が得られる。 我々は、ローレンツ経路積分と作用素形式論の両方を用いてこの視点を展開し、単純な微視的モデルでそれを裏付けた。 我々の結果は、閉じた宇宙における量子重力は、外部構成に頼ることなく、意味のある堅牢な予測を自然に生み出すことを示す。 |