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| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Symmetries are ubiquitous in modern physics. They not only allow for a more simplified description of physical systems but also, from a more fundamental perspective, can be seen as determining a theory itself. In the present paper, we propose a new definition of asymptotic symmetries that unifies and generalizes the usual notions of symmetry considered in asymptotically flat spacetimes and expanding universes with cosmological horizons. This is done by considering BMS-like symmetries for "asymptotic (conformal) Killing horizons", or A(C)KHs, here defined as null hypersurfaces that are tangent to a vector field satisfying the (conformal) Killing equation in a limiting sense. The construction is theory-agnostic and extremely general, for it makes no use of the Einstein equations and can be applied to a wide range of scenarios with different dimensions or hypersurface cross sections. While we reproduce the results by Dappiaggi, Moretti, and Pinamonti in the case of asymptotic Killing horizons, the conformal generalization does not yield only the BMS group, but a larger group. The enlargement is due to the presence of "superdilations". We speculate on many implications and possible continuations of this work, including the exploration of gravitational memory effects beyond general relativity, understanding antipodal matching conditions at spatial infinity in terms of bifurcate horizons, and the absence of superrotations in de Sitter spacetime and Killing horizons. | 対称性は現代物理学において遍在する。 それらは物理系のより簡略化された記述を可能にするだけでなく、より根本的な観点からは、理論そのものを規定するものと見なすこともできる。 本論文では、漸近的に平坦な時空と宇宙論的地平線を持つ膨張宇宙において考察される通常の対称性の概念を統合し一般化する、漸近対称性の新しい定義を提案する。 これは、「漸近的（共形）キリング地平線」、すなわちA(C)KHに対するBMS型対称性を考察することによって行われる。 A(C)KHは、ここでは（共形）キリング方程式を極限的に満たすベクトル場に接するヌル超曲面として定義される。 この構成は理論に依存せず、極めて汎用的である。 なぜなら、アインシュタイン方程式を用いず、次元や超曲面断面積の異なる幅広いシナリオに適用できるからである。 漸近的キリング地平線の場合、ダッピアッジ、モレッティ、ピナモンティの結果を再現する一方で、共形一般化はBMS群だけでなく、より大きな群を生み出す。 この拡大は「超膨張」の存在による。 我々は、一般相対論を超えた重力記憶効果の探究、分岐地平線を用いた空間無限遠における対蹠的マッチング条件の理解、そしてド・ジッター時空とキリング地平線における超回転の不在など、本研究の多くの示唆と今後の展開について考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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In contrast to the large-scale primordial power spectrum
$\mathcal{P}_{\zeta}(k)$ and primordial non-Gaussianity $f_{\mathrm{NL}}$,
which are strictly constrained, the small-scale $\mathcal{P}_{\zeta}(k)$ and
$f_{\mathrm{NL}}$ remain less restricted. Considering local-type primordial
non-Gaussianity, we study the PBH and SIGW caused by large-amplitude
small-scale primordial power spectrum. By analyzing current observational data
from PTA, CMB, BAO, and abundance of PBH, and combining them with the SNR
analysis of LISA, we rigorously constrain the parameter space of
$\mathcal{P}_{\zeta}(k)$ and $f_{\mathrm{NL}}$. Furthermore, we examine the
effects of different shapes of the primordial power spectrum on these
constraints and comprehensively calculate the Bayes factors for various models.
Our results indicate that SIGW generated by a monochromatic primordial power
spectrum are more likely to dominate current PTA observations, with the
corresponding constraint on the primordial non-Gaussian parameter being
$-10.0| 大規模原始パワースペクトル$\mathcal{P}_{\zeta}(k)$と原始非ガウス性$f_{\mathrm{NL}}$は厳密に制約されているのに対し、小規模$\mathcal{P}_{\zeta}(k)$と$f_{\mathrm{NL}}$はそれほど制約されていない。 局所型原始非ガウス性を考慮し、大振幅小規模原始パワースペクトルによって引き起こされるPBHとSIGWを研究する。 PTA、CMB、BAO、PBHの存在量に関する最新の観測データを解析し、LISAのSNR解析と組み合わせることで、$\mathcal{P}_{\zeta}(k)$と$f_{\mathrm{NL}}$のパラメータ空間を厳密に制約する。 さらに、原始パワースペクトルの異なる形状がこれらの制約に及ぼす影響を調べ、様々なモデルのベイズ係数を包括的に計算する。
結果は、単色の原始パワースペクトルによって生成されるSIGWが現在のPTA観測を支配する可能性が高く、原始非ガウスパラメータに対する対応する制約は$-10.0 | |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the initial value problem in Einstein-Cartan theory which includes torsion and, therefore, a non-symmetric connection on the spacetime manifold. Generalizing the path of a classical theorem by Choquet-Bruhat and York for the Einstein equations, we use a $n+1$ splitting of the manifold and compute the evolution and constraint equations for the Einstein-Cartan system. In the process, we derive the Gauss-Codazzi-Ricci equations including torsion. We prove that the constraint equations are preserved during evolution. Imposing a generalized harmonic gauge, it is shown that the evolution equations can be cast as a quasilinear system in a Cauchy regular form with a characteristic determinant having a non-trivial multiplicity of characteristics. Using the Leray-Ohya theory for non-strictly hyperbolic systems we then establish the local geometric well-posedness of the Cauchy problem, for sufficiently regular initial data. For vanishing torsion we recover the classical results for the Einstein equations. | 我々は、時空多様体上の捩れ、ひいては非対称接続を含むアインシュタイン-カルタン理論の初期値問題を考察する。 ショケ-ブリュアとヨークによるアインシュタイン方程式に対する古典定理の経路を一般化し、多様体の$n+1$分割を用いて、アインシュタイン-カルタン系の発展方程式と制約方程式を計算する。 その過程で、捩れを含むガウス-コダッツィ-リッチ方程式を導出する。 制約方程式は発展を通じて保存されることを証明する。 一般化調和ゲージを課すことで、発展方程式は、特性行列式が非自明な特性の多重度を持つコーシー正則形式の準線型系として表せることを示す。 非厳密双曲型系に対するルレイ・オーヤ理論を用いて、十分に正則な初期データに対して、コーシー問題の局所幾何学的適切性を確立する。 捩れ度が零の場合、アインシュタイン方程式の古典的な結果を回復する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Many years of development have gone into producing instruments that meet the required noise performance of the LISA interferometric detection system. Concurrently, software simulations have been used to extensively develop the data analysis libraries to be used in the LISA pipeline, not least among which are the Time Delay Interferometry (TDI) algorithms. To bridge the gap between these two, we are developing a hardware-in-the-loop testbed to apply realistic, time-varying delays to signals traveling between phasemeters. We have shown that the testbed adds a sufficiently low amount of noise across the entire relevant LISA spectrum. We have also injected a realistic gravitational wave signal, generated via the LISA Data Challenge codebase, and successfully extracted it using TDI to remove the obscuring frequency noise of the carrier signal. Future efforts will expand the testbed to create a representative simulation of the entire LISA constellation, with an eye towards its use as a tool to aid in the development of the LISA data analysis pipelines. | LISA干渉計検出システムに要求されるノイズ性能を満たす機器の開発には、長年の開発期間が費やされてきました。 同時に、ソフトウェアシミュレーションを用いて、LISAパイプラインで使用されるデータ解析ライブラリ、特に時間遅延干渉法（TDI）アルゴリズムを広範囲に開発してきました。 これら2つのギャップを埋めるため、位相計間を移動する信号に現実的な時間変動遅延を適用するためのハードウェアインザループテストベッドを開発しています。 このテストベッドは、関連するLISAスペクトル全体にわたって十分に低いノイズ量しか追加しないことを示しました。 また、LISAデータチャレンジのコードベースから生成された現実的な重力波信号を注入し、TDIを用いて搬送信号の周波数ノイズを除去することに成功しました。 今後の取り組みでは、テストベッドを拡張してLISAコンステレーション全体の代表的なシミュレーションを作成し、LISAデータ分析パイプラインの開発を支援するツールとして使用することを視野に入れています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work explores the holographic complexity and residual entropy of a rotating BTZ black hole within the framework of Horndeski gravity. The investigation is motivated by the need to understand the emission of information from black holes, as encoded by quantum complexity, which persists even at zero temperature. Traditionally, black holes are considered to cease emitting information upon reaching zero temperature, yet our findings suggest a minimum level of information or minimal entropy. This challenges the classical notion of black hole death. Recent studies in the context of Horndeski gravity and the AdS/BCFT correspondence have identified a non-zero minimal entropy at zero temperature. Our work shows that complexity and entropy provide crucial insights into the information emission from black holes, extending beyond their classical death. These findings significantly affect our understanding of black hole thermodynamics and quantum information theory. | 本研究では、回転するBTZブラックホールのホログラフィック複雑性と残留エントロピーを、ホーンデスキー重力理論の枠組みの中で探究する。 本研究の目的は、量子複雑性によって符号化されたブラックホールからの情報放出を理解する必要性にある。 量子複雑性は零度においても持続する。 従来、ブラックホールは零度に達すると情報放出を停止すると考えられてきたが、本研究の結果は、情報レベルが最小、すなわちエントロピーが最小であることを示唆している。 これは、ブラックホールの死という古典的な概念に疑問を投げかけるものである。 ホーンデスキー重力理論とAdS/BCFT対応を背景とした最近の研究では、零度においてエントロピーがゼロではないことが特定されている。 本研究は、複雑性とエントロピーが、ブラックホールの古典的な死を超えて、ブラックホールからの情報放出に関する重要な知見を提供することを示す。 これらの知見は、ブラックホールの熱力学と量子情報理論への理解に大きな影響を与える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We formulate an approach to quantum gravity, called the ring paradigm. Gravity is mediated superluminally, and the graviton is described as a phonon on the grid of matter in the Universe. This theory has very interesting applications to cosmology and would ultimately solve the old problem of the cosmological constant. It further gives new impulses to the scalar field theories because the gravitational ring decays to some phantom field. As is obvious, we radically break the Lorentz invariance, which means that some generalization of the Haag-Lopuszanski-Sohnius theorem in quantum field theory is possible. | 我々は、リングパラダイムと呼ばれる量子重力へのアプローチを定式化する。 重力は超光速で媒介され、重力子は宇宙の物質格子上のフォノンとして記述される。 この理論は宇宙論への非常に興味深い応用を有し、最終的には宇宙定数という古くからの問題を解くことになるだろう。 さらに、重力リングが何らかの幻の場へと崩壊するため、スカラー場理論に新たな刺激を与える。 明らかなように、我々はローレンツ不変性を根本的に破る。 これは、量子場の理論におけるハーグ＝ロプスザンスキー＝ゾーニウスの定理の一般化が可能であることを意味する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore on the one hand, whether the well-known theorem of equipartition of energy also applies to physical systems in which gravity plays a non-negligible role, as is the case of cosmological horizons and, on the other hand, if the holographic principle holds for these systems. Furthermore, we find a direct connection between the partition function of the gravitating system and the metric of the gravitational field. | 我々は、一方では、よく知られたエネルギー等分配定理が、宇宙の地平線のように重力が無視できない役割を果たす物理系にも当てはまるかどうか、他方では、これらの系においてホログラフィック原理が成り立つかどうかを検討する。 さらに、重力系の分配関数と重力場の計量との間に直接的な関連性を見出す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will enable direct observations of low-frequency gravitational waves, offering unprecedented insight into astrophysical and cosmological phenomena. LISA's heterodyne interferometric measurement system requires phase-locking five of its six onboard lasers with tunable frequency offsets to ensure that all beatnotes remain within the metrology system's operational range, despite Doppler-induced frequency shifts. The selection of these offset frequencies -- collectively forming a frequency plan -- is a complex optimization problem constrained by the spacecraft's orbital dynamics and instrument limitations. While previous work established an algorithmic solution for deriving time-dependent frequency plans, this study takes a complementary approach by systematically analyzing and cataloging all possible laser locking configurations. We present an automated method to explore, validate, and classify viable locking schemes, identifying 36 unique non-frequency-swapping configurations and 72 additional frequency-swapping configurations for an arbitrary choice of primary laser. This exhaustive classification provides a foundation for frequency planning across the full range of operational scenarios. | レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）は、低周波重力波の直接観測を可能にし、天体物理学および宇宙論的現象に関するこれまでにない知見をもたらします。 LISAのヘテロダイン干渉計測システムでは、ドップラー効果による周波数シフトにもかかわらず、すべてのビートノートが計測システムの動作範囲内にとどまるように、6基の搭載レーザーのうち5基を調整可能な周波数オフセットで位相同期させる必要があります。 これらのオフセット周波数の選択（全体として周波数プランを形成する）は、宇宙船の軌道力学と機器の制約によって制約される複雑な最適化問題です。 これまでの研究では、時間依存の周波数プランを導出するためのアルゴリズム的解法が確立されていますが、本研究では、すべての可能なレーザー同期構成を体系的に分析・カタログ化することで、補完的なアプローチを採用しています。 本稿では、実現可能な同期方式を探索、検証、分類するための自動化手法を提示し、任意のプライマリレーザーに対して、36種類の周波数スワップを行わない構成と72種類の周波数スワップを行う構成を特定した。 この網羅的な分類は、あらゆる運用シナリオにおける周波数計画の基礎となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the orbits of a spinning particle in the Reissner-Nordstr\"om black hole exterior through the spin-curvature coupling to leading order in its spin. The dynamics is governed by the Mathisson-Papapetrou equations in the pole-dipole approximation. The equations of motion can be derived and show in particular that in the polar coordinate, the orbits can be restricted to the plane for an aligned spin with the orbital motion, but there is an induced motion out of the plane for a misaligned spin. The radial potential can be defined from the equation of motion along the radial direction, where the roots are studied to construct the parameter space diagram for different types of orbits. We then consider the so-called innermost stable circular orbit (ISCO) due to the triple root to see the effects of the particle spin and the black hole charge. These non-geodesic equations can be solved analytically in terms of the Mino time with the solutions involving Jacobi elliptic functions. One of the bound motions considered is an oscillating orbit between two turning points in the radial direction. The usefulness of the solutions is to obtain the periods of the oscillation along the radial direction as well as the induced motion in the polar coordinate for a misaligned spin in both the Mino time and the coordinate time. Another interesting motions include the inspiral orbit from near ISCO and the homoclinic orbit with the solutions expressed as elementary functions, giving the radial 4-velocity of the inspiral orbit and the Lyapunov exponent associated with the homoclinic orbit. The implications for gravitational wave emission from extreme mass-ratio inspirals (EMRIs) and black hole accretion are discussed. | ライスナー・ノルドストローム・ブラックホール外部における回転粒子の軌道を、スピン曲率とスピンの主要秩序との相互作用を通して調べる。 このダイナミクスは、極双極子近似におけるマティソン・パパペトルー方程式によって支配される。 運動方程式を導出し、特に極座標において、軌道運動と整列したスピンの場合、軌道は平面内に制限されるが、整列していないスピンの場合は平面外への誘導運動が生じることを示す。 動径方向ポテンシャルは、動径方向に沿った運動方程式から定義でき、その根を調べることで、様々な種類の軌道のパラメータ空間図を構築する。 次に、粒子スピンとブラックホール電荷の効果を見るため、三重根によるいわゆる最内安定円軌道（ISCO）を考える。 これらの非測地線方程式は、ヤコビ解を含むミノ時間を用いて解析的に解くことができる。 楕円関数。 考慮される境界運動の一つは、動径方向の二つの転換点間の振動軌道である。 解の有用性は、動径方向に沿った振動周期と、ミノ時間と座標時間の両方における、ずれたスピンに対する極座標での誘導運動を求めることである。 その他の興味深い運動として、ISCO近傍からのインスパイラル軌道とホモクリニック軌道があり、解は初等関数として表され、インスパイラル軌道の動径方向四元速度とホモクリニック軌道に関連するリアプノフ指数を与える。 極限質量比インスパイラル（EMRI）からの重力波放射とブラックホール降着への影響について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we study self-gravitating objects that obey a polytropic equation of state in hyperbolic symmetry. Specifically, we describe in detail the steps to derive the Lane-Emden equation from the structure equations of the system. To integrate the equations numerically, we propose the Cosenza-Herrera-Esculpi-Witten anisotropy and study the cases $\gamma \ne 1$ and $\gamma = 1$ in the parameter space of the models. We find that the matter sector exhibits the usual and expected behavior for certain values in this parameter space: energy density (in absolute value) and radial pressure are decreasing functions and vanish at the surface, while the mass function is increasing toward the surface. We find that the anisotropy of the system is positive and decreasing, consistent with the behavior of the radial pressure, which reaches a local minimum at the surface (i.e., the pressure gradient is zero at the surface). We also study the compactness of the dense objects as a function of the polytropic index and obtain that it has an upper bound given by the maximum value it reaches for a certain $n$. Some extensions of the work and future proposals are discussed. | 本研究では、双曲対称性を持つポリトロープ状態方程式に従う自己重力物体を研究する。 具体的には、系の構造方程式からレーン・エムデン方程式を導く手順を詳細に説明する。 これらの方程式を数値的に積分するために、コゼンツァ・ヘレラ・エスクルピ・ウィッテン異方性を提案し、モデルのパラメータ空間において $\gamma \ne 1$ および $\gamma = 1$ の場合を研究する。 このパラメータ空間における特定の値に対して、物質セクターが通常の、かつ予想される挙動を示すことが分かった。 すなわち、エネルギー密度（絶対値）と径方向圧力は減少関数であり、表面でゼロとなる一方、質量関数は表面に向かって増加する。 系の異方性は正で減少しており、これは径方向圧力の挙動と一致しており、表面で局所的最小値に達する（すなわち、表面での圧力勾配はゼロとなる）ことがわかる。 また、稠密天体のコンパクトネスをポリトロープ指数の関数として調べ、その上限は、ある$n$に対して到達する最大値によって決まることを示した。 本研究のいくつかの拡張と将来の提案についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, the baryon acoustic oscillations (BAO) measurements from the DESI survey have suggested hints of dynamical dark energy, challenging the standard $\Lambda $CDM model. In this work, we adopt an improved inverse distance ladder approach based on the latest cosmological data to provide a model-independent perspective, employing a global parametrization based on cosmic age (PAge). Our analysis incorporates DESI DR2 BAO measurements, cosmic chronometer (CC) data, and type Ia supernovae (SNe) observations from either the DESY5 or PantheonPlus datasets. For the DESY5+DESI DR2+CC datasets, we obtain $H_0 = 67.91 \pm 2.33~\mathrm{km~s^{-1}~Mpc^{-1}}$. This value is consistent with the Planck 2018 result, while shows $2.0 \sigma$ tension with the SH0ES measurement. Furthermore, by mapping specific cosmological models into PAge approximation parameter space $(p_{\mathrm{age}}, \eta)$, our model-independent analysis reveals a notable deviation from the $\Lambda \mathrm{CDM}$ model, as indicated by the DESY5 and DESI DR2 datasets. Finally, DESY5+DESI DR2+CC datasets provide nearly decisive evidence favoring the PAge model over the standard $\Lambda \mathrm{CDM}$ model. These findings highlight the need for further investigation into the expansion history to better understand the deviations from the $\Lambda \mathrm{CDM}$ model. | 最近、DESIサーベイによる重粒子音響振動（BAO）測定は、動的ダークエネルギーの存在を示唆しており、標準的な$\Lambda $CDMモデルに疑問を投げかけています。 本研究では、最新の宇宙論データに基づく改良型逆距離ラダー法を採用し、宇宙年齢（PAge）に基づくグローバルパラメータ化を用いて、モデルに依存しない視点を提供します。 本解析には、DESI DR2 BAO測定、宇宙クロノメータ（CC）データ、およびDESY5またはPantheonPlusデータセットからのIa型超新星（SNe）観測データが組み込まれています。 DESY5+DESI DR2+CCデータセットでは、$H_0 = 67.91 \pm 2.33~\mathrm{km~s^{-1}~Mpc^{-1}}$という結果が得られました。 この値はPlanck 2018の結果と一致しており、SH0ES測定では$2.0 \sigma$の張力を示しています。 さらに、特定の宇宙論モデルをPAge近似パラメータ空間$(p_{\mathrm{age}}, \eta)$にマッピングすることで、モデルに依存しない解析により、DESY5およびDESI DR2データセットで示されているように、$\Lambda \mathrm{CDM}$モデルからの顕著な逸脱が明らかになりました。 最後に、DESY5+DESI DR2+CCデータセットは、標準的な$\Lambda \mathrm{CDM}$モデルよりもPAgeモデルを支持するほぼ決定的な証拠を提供します。 これらの発見は、$\Lambda \mathrm{CDM}$モデルからの逸脱をよりよく理解するために、膨張の歴史をさらに調査する必要があることを浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, the source of the black bounce is discussed in the context of $f(Q)$ theory. A body of research has been dedicated to the study of symmetric black bounce solutions that are generated by a combination of a scalar field with a non-zero potential and a magnetic charge within the framework of non-linear electrodynamics. As exact solutions are not obtained, the metric functions of Simpson-Visser and Bardeen type of black bounce are studied in the field equations. black bounce solutions are obtained by violating at least one energy condition for the Simpson-Visser and Bardeen type for an ordinary scalar field in $f(Q)$ gravity, which is only achieved by a phantom scalar field in general relativity. | 本研究では、ブラックバウンスの起源を$f(Q)$理論の文脈で考察する。 非線形電気力学の枠組みにおいて、非ゼロのポテンシャルと磁荷を持つスカラー場の組み合わせによって生成される対称的なブラックバウンス解の研究には、多くの研究が費やされてきた。 厳密な解は得られていないため、シンプソン・ヴィッサー型およびバーディーン型のブラックバウンスの計量関数を場の方程式の中で研究する。 ブラックバウンス解は、$f(Q)$重力における通常のスカラー場に対するシンプソン・ヴィッサー型およびバーディーン型の少なくとも1つのエネルギー条件を破ることによって得られるが、これは一般相対論におけるファントム・スカラー場によってのみ達成される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
Stellar-mass black-hole binaries are the most numerous gravitational-wave
sources observed to date. Their properties make them suitable for observation
both by ground- and space-based detectors. Starting from synthetic catalogues
constructed based on observational constraints from ground-based detectors, we
explore the detection rates and the characteristic parameters of the
stellar-mass black-hole binaries observable by LISA during their inspiral,
using signal-to-noise ratio thresholds as a detection criterion. We find that
only a handful of these sources will be detectable with signal-to-noise ratio
larger than 8: about 5 sources on average in 4 years of mission duration, among
which only one or two are multiband ones (i.e. merging in less than 15 years).
We find that detectable sources have chirp mass $10 M_\odot| 恒星質量ブラックホール連星は、これまでに観測された重力波源の中で最も数が多い。 その特性から、地上および宇宙検出器の両方による観測に適している。 地上検出器による観測的制約に基づいて構築された合成カタログを基に、LISAが渦巻期に観測可能な恒星質量ブラックホール連星の検出率と特性パラメータを、信号対雑音比閾値を検出基準として調査した。 その結果、これらの連星のうち、信号対雑音比が8を超えるものはごくわずかであることがわかった。 ミッション期間4年間で平均約5個であり、そのうちマルチバンド（つまり15年未満で合体する）のものは1つか2つに過ぎない。 検出可能な天体は、チャープ質量が$10 M_\odot | |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the holographic renormalization of scalar-torsion gravity in a four-dimensional bulk spacetime with non-minimal derivative coupling. The asymptotic behavior of the static equations leads to an anti-de Sitter geometry for negative cosmological constants, allowing for a holographic interpretation via the AdS/CFT correspondence. The existence of unique solutions throughout the bulk is addressed. We study the effect of the non-minimal coupling parameter on the conformal dimension and the expectation value of the dual scalar operator, showing that the effective bulk mass can be tuned through the non-minimal coupling. Our results provide a formalism for finding non-tachyonic bulk scalar fields which vanish at the boundary. | 非極小微分結合を持つ4次元バルク時空におけるスカラー・トーション重力のホログラフィック繰り込みを考察する。 静的方程式の漸近的挙動は、負の宇宙定数に対する反ド・ジッター幾何学を導き、AdS/CFT対応によるホログラフィック解釈を可能にする。 バルク全体にわたって一意の解の存在を検討する。 非極小結合パラメータが共形次元と双対スカラー演算子の期待値に及ぼす影響を考察し、非極小結合によって有効バルク質量を調整できることを示す。 我々の結果は、境界で消滅する非タキオン的バルク・スカラー場を見つけるための形式論を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider the 21\,cm brightness temperature as a probe of the Hubble tension in the framework of an inhomogeneous cosmological model. Employing Buchert's averaging formalism to study the effect of inhomogeneities on the background evolution, we consider scaling laws for the backreaction and curvature consistent with structure formation simulations. We calibrate the effective matter density using MCMC analysis using Union 2.1 Supernova Ia data. Our results show that a higher Hubble constant ($\sim73$\,km/s/Mpc) leads to a shallower absorption feature in the brightness temperature versus redshift curve. On the other hand, a lower value ($\sim67$\,km/s/Mpc) produces a remarkable dip in the brightness temperature $T_{21}$. Such a substantial difference is absent in the standard $\Lambda$CDM model. Our findings indicate that inhomogeneities could significantly affect the 21\,cm signal, and may shed further light on the different measurements of the Hubble constant. | 我々は、非一様宇宙論モデルの枠組みにおいて、21cmの輝度温度をハッブル張力の指標として考察する。 不一様性が背景進化に及ぼす影響を調べるためにBuchertの平均化形式論を用い、構造形成シミュレーションと整合する反作用と曲率のスケーリング則を考察する。 Union 2.1 Supernova Iaのデータを用いたMCMC解析により、有効物質密度を較正する。 結果として、ハッブル定数が高いほど（$\sim73$\sim73km/s/Mpc）、輝度温度対赤方偏移曲線における吸収特性が浅くなることが示された。 一方、ハッブル定数が低いほど（$\sim67$\sim67km/s/Mpc）、輝度温度$T_{21}$に顕著な低下が生じる。 このような大きな差は標準的な$\Lambda$CDMモデルには見られない。 私たちの研究結果は、不均一性が21cmの信号に大きな影響を与える可能性があり、ハッブル定数の異なる測定値にさらなる光を当てる可能性があることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Causal set theory is an approach to quantum gravity in which spacetime is fundamentally discrete while retaining local Lorentz invariance. The Benincasa--Dowker action is the causal set equivalent to the Einstein--Hilbert action underpinning Einstein's general theory of relativity. We present a $\tilde{O}(n^{2})$ running-time quantum algorithm to compute the Benincasa--Dowker action in arbitrary spacetime dimensions for causal sets with $n$ elements which is asymptotically optimal and offers a polynomial speed up compared to all known classical or quantum algorithms. To do this, we prepare a uniform superposition over an $O(n^{2})$-size arbitrary subset of computational basis states encoding the classical description of a causal set of interest. We then construct $\tilde{O}(n)$-depth oracle circuits testing for different discrete volumes between pairs of causal set elements. Repeatedly performing a two-stage variant of quantum counting using these oracles yields the desired algorithm. | 因果集合論は、局所ローレンツ不変性を保ちつつ時空を根本的に離散化する量子重力へのアプローチである。 ベニンカサ-ダウカー作用は、アインシュタインの一般相対性理論を支えるアインシュタイン-ヒルベルト作用に相当する因果集合である。 我々は、$n$ 個の要素を持つ因果集合に対し、任意の時空次元におけるベニンカサ-ダウカー作用を計算するための、$\tilde{O}(n^{2})$ 実行時間量子アルゴリズムを提示する。 このアルゴリズムは漸近最適であり、既知のすべての古典的または量子的アルゴリズムと比較して多項式的な高速化を実現する。 このアルゴリズムを実行するために、我々は、対象となる因果集合の古典的記述を符号化する計算基底状態の任意のサイズ $O(n^{2})$ の部分集合にわたる一様重ね合わせを準備する。 次に、因果集合の要素のペア間の離散体積が異なるかどうかをテストする、$\tilde{O}(n)$ 深さのオラクル回路を構築する。 これらのオラクルを用いて量子計数の2段階変種を繰り返し実行することで、目的のアルゴリズムが得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Further bright sirens - gravitational wave events with electromagnetic counterparts - are keenly awaited, but proving elusive. The exceptional event GW170817 had a profound impact on the landscape of viable cosmological extensions of General Relativity (GR); can we expect this kind of shift to be repeated in the next decade? In this work we will assess the potential constraints from bright sirens in the LIGO-Virgo-KAGRA O5 era and third generation detector era. We set up the statistical formalism for our constraints, and generate and analyse simulated data in the context of general scalar-tensor theories. We highlight the important role that gamma-ray burst detection has in breaking key parameter degeneracies. We find that the next ten bright sirens alone will not competitively constrain cosmological gravity, but that one year of third generation observations could confidently detect mild departures from GR, e.g. the Horndeski parameter $\alpha_{\rm M}\neq 0$ is detected at greater than $3\sigma$. This justifies investment in a broad range of methods for gravitational wave cosmology (dark sirens, bright sirens and cross-correlation with large-scale structure) to ensure tests of cosmological gravity advance in both the short-term and the long-term. | さらなる明るいサイレン（電磁波対応物を持つ重力波イベント）が待ち望まれているが、なかなか見つかっていない。 例外的なイベントGW170817は、一般相対性理論（GR）の実現可能な宇宙論的拡張のランドスケープに深遠な影響を与えた。 このような変化が今後10年間で繰り返されると期待できるだろうか？本研究では、LIGO-Virgo-KAGRA O5時代と第三世代検出器時代における明るいサイレンからの潜在的な制限を評価する。 制限のための統計的形式論を構築し、一般スカラーテンソル理論の文脈でシミュレーションデータを生成・解析する。 ガンマ線バースト検出が主要なパラメータ縮退を破る上で果たす重要な役割を強調する。 今後10個の明るいサイレンだけでは宇宙重力を競合的に制限することはできないが、第三世代の観測を1年間行うことで、一般相対性理論からの軽微な逸脱、例えばホーンデスキーパラメータ$\alpha_{\rm M}\neq 0$が$3\sigma$を超える値で検出されることなど、を自信を持って検出できる可能性があることが判明した。 これは、宇宙重力の検証を短期的にも長期的にも確実に進めるために、重力波宇宙論のための幅広い手法（暗いサイレン、明るいサイレン、大規模構造との相互相関）への投資を正当化するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The physical effect of condensation of a classical spinor field at the event horizon is under consideration. The corresponding solution is sought for the set of the Einstein-Dirac equations. It is shown that in this case there arises a black hole with a $\delta$-like classical spinor field concentrated at the event horizon. | 事象の地平線における古典スピノル場の凝縮の物理的効果について考察する。 対応する解をアインシュタイン-ディラック方程式の集合に対して求める。 この場合、事象の地平線に集中した$\delta$型の古典スピノル場を持つブラックホールが発生することが示される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate the tidal deformability of regular black holes (RBHs). Employing different phenomenological models, we analyze their response to both test fields and gravitational perturbations, interpreting the latter within the framework of Einstein's field equations in the presence of an appropriate exotic matter distribution. Numerical and analytical methods reveal that RBHs exhibit non-trivial tidal responses, influenced by their regularization parameters and exotic matter distributions. The results obtained for test fields and gravitational perturbations are in qualitative agreement. This hints at the possibility that similar conclusions could hold if these spacetimes were interpreted as solutions of a modified gravitational action. Our findings suggest that RBHs possess distinct, though subtle, tidal signatures, which may serve as observational probes of their internal structure in gravitational wave detections. | 本研究では、正則ブラックホール（RBH）の潮汐変形可能性を調査する。 様々な現象論的モデルを用いて、テスト場と重力擾乱の両方に対する応答を解析し、後者については、適切なエキゾチック物質分布が存在する場合のアインシュタインの場の方程式の枠組みの中で解釈する。 数値的および解析的手法により、RBHは正則化パラメータとエキゾチック物質分布の影響を受け、非自明な潮汐応答を示すことが明らかになった。 テスト場と重力擾乱について得られた結果は、定性的に一致する。 これは、これらの時空を修正された重力作用の解として解釈した場合、同様の結論が成り立つ可能性を示唆している。 我々の研究結果は、RBHが明確だが微妙な潮汐特性を有しており、重力波検出においてその内部構造の観測的プローブとして役立つ可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the effects of dark matter on the structural properties of neutron stars. In particular we investigate how the presence of a dark matter component influences the mass-radius relation, the value of the maximum mass of a neutron star and other stellar properties. To model ordinary matter we use a state-of-the-art equation of state of $\beta$-stable nuclear matter obtained using the Brueckner-Hartree-Fock quantum many-body approach starting from two-body and three-body nuclear interactions derived from chiral effective field theory. The dark matter component of the star is modeled as a non-self-annihilating system of spin $1/2$ fermions at zero temperature and its equation of state as an ideal relativistic Fermi gas. The equilibrium configurations of these dark matter admixed neutron stars (DANS) are calculated by solving a generalization of the Tolman-Oppenheimer-Volkoff equations to the case where the system consists of two perfect fluids interacting solely through gravity. We find that, depending on the dark matter particle mass $m_\chi$, one can have somehow opposite effects on the stellar properties. In the case $m_\chi = 1\, \mathrm{GeV}$, the stellar gravitational maximum mass $M_{max}$ decreases, whereas in the case $m_\chi = 0.1\, \mathrm{GeV}$, $M_{max}$ increases with respect to the maximum mass of ordinary neutron stars. We also show that the presence of dark matter has indirect sizable effect on the proton fraction in the ordinary matter fluid and, in the case $m_\chi = 1\, \mathrm{GeV}$, results in a decrease of the threshold gravitational mass $M_{tot}^{durca}$ for having direct URCA processes and fast stellar cooling. Finally we study the stability of dark matter admixed neutron stars with respect to radial perturbations. | 我々は、暗黒物質が中性子星の構造特性に与える影響を研究している。 特に、暗黒物質成分の存在が、質量半径関係、中性子星の最大質量の値、その他の恒星特性にどのような影響を与えるかを調べる。 通常の物質をモデル化するために、カイラル有効場理論から導かれる二体および三体核相互作用に基づくブリュックナー-ハートリー-フォック量子多体アプローチを用いて得られた、最先端の$\beta$安定核物質の状態方程式を用いる。 恒星の暗黒物質成分は、零温度におけるスピン$1/2$フェルミオンの非自己消滅系としてモデル化され、その状態方程式は理想的な相対論的フェルミ気体としてモデル化される。 これらの暗黒物質混合中性子星（DANS）の平衡配置は、系が重力のみで相互作用する2つの完全流体からなる場合のトールマン-オッペンハイマー-フォルコフ方程式の一般化を解くことによって計算されます。 暗黒物質粒子の質量$m_\chi$に依存して、星の特性に何らかの形で逆の影響を与える可能性があることが分かりました。 $m_\chi = 1\, \mathrm{GeV}$の場合、星の重力最大質量$M_{max}$は減少しますが、$m_\chi = 0.1\, \mathrm{GeV}$の場合、$M_{max}$は通常の中性子星の最大質量に対して増加します。 また、暗黒物質の存在は通常の物質流体中の陽子分率に間接的に大きな影響を与え、$m_\chi = 1\, \mathrm{GeV}$ の場合には、直接的なURCA過程と急速な恒星冷却が生じるための閾値重力質量$M_{tot}^{durca}$ が減少することを示す。 最後に、暗黒物質が混在する中性子星の安定性を、動径摂動に関して調べる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We initiate an investigation into features of vacuum entanglement as probed by accelerated quantum probes in curved spacetime. Focussing specifically on de Sitter (dS) spacetime with curvature $\Lambda$, we obtain several exact results corresponding to different kinematical set-up of the probes. The interaction with the quantum field creates a non-local correlation between initially uncorrelated probes accelerating in different directions. It is well known that a single quantum probe in dS spacetime with uniform acceleration $a$ responds exactly as a quantum probe in Minkowski spacetime with "effective" acceleration $q \equiv\sqrt{a^2+\Lambda}$. However, no such mapping generically exists for the entanglement between probes. Our results suggest that entanglement exhibits independent variations with changes in acceleration and curvature depending on different configurations of detector motion. | 我々は、曲がった時空における加速量子プローブによって探査される真空エンタングルメントの特徴について調査を開始する。 特に曲率$\Lambda$を持つド・ジッター(dS)時空に焦点を当て、プローブの異なる運動学的設定に対応するいくつかの正確な結果を得る。 量子場との相互作用により、当初は無相関であった異なる方向に加速するプローブ間に非局所的な相関が生じる。 dS時空において一様な加速度$a$を持つ単一の量子プローブが、ミンコフスキー時空において「実効」加速度$q \equiv\sqrt{a^2+\Lambda}$を持つ量子プローブと全く同じように応答することはよく知られている。 しかし、プローブ間のエンタングルメントには、このような一般的なマッピングは存在しない。 我々の結果は、検出器の運動の異なる構成に応じて、加速度と曲率の変化に対してエンタングルメントが独立した変化を示すことを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the phase transition and critical phenomenon of charged black holes in Einstein-Maxwell-scalar (EMs) theory. Through comprehensive analysis of thermodynamic behaviors manifested in P-V diagrams, G(T,P) surfaces, and C_P curves, we establish that these black holes exhibit van der Waals-type phase transition behavior. The derived critical exponents governing the phase transition show precise correspondence with both van der Waals gas-liquid systems, reinforcing the connection between black hole thermodynamics and mean field theory statistics. The findings reveal a crucial dependence of phase transition properties on the scalar charge parameter. A critical threshold emerges where phase transitions become prohibited when scalar charge exceeds a specific magnitude. However, the transition persists asymptotically as scalar charge approaches zero. The analysis further demonstrates nonlinear relationships between scalar charge and critical parameters: while small scalar charges induce increasing critical volume with charge magnitude, larger values produce an inverse trend. Critical temperature displays complementary behavior, maintaining monotonic variation under certain conditions while exhibiting inverse correlation with critical volume in others. Significantly, the transition points governing critical volume and temperature trends occur at distinct scalar charge values for different black holes, indicating a non-trivial parameter dependence. These results highlight the scalar charge's dual role as both an enabler and suppressor of phase transitions in EMs black holes, providing new insights into the interplay between geometric configurations and thermodynamic properties in modified gravity theories. | 我々は、アインシュタイン-マクスウェル-スカラー（EMs）理論において、荷電ブラックホールの相転移と臨界現象を研究する。 P-V図、G(T,P)面、C_P曲線に現れる熱力学的挙動を包括的に解析することにより、これらのブラックホールがファンデルワールス型の相転移挙動を示すことを確立する。 導出された相転移を支配する臨界指数は、ファンデルワールス気体-液体系の両方と正確に一致し、ブラックホールの熱力学と平均場理論の統計との関連を強める。 この知見は、相転移特性がスカラー電荷パラメータに決定的に依存していることを明らかにする。 スカラー電荷が特定の大きさを超えると相転移が禁止される臨界閾値が現れる。 しかし、スカラー電荷がゼロに近づくにつれて、転移は漸近的に持続する。 さらに、この解析は、スカラー電荷と臨界パラメータの間に非線形関係があることを示している。 すなわち、スカラー電荷が小さい場合、電荷量の増加とともに臨界体積は増加するが、スカラー電荷が大きい場合は逆の傾向を示す。 臨界温度は相補的な挙動を示し、特定の条件下では単調な変化を維持する一方で、他の条件下では臨界体積と逆相関を示す。 重要なことに、臨界体積と温度の傾向を支配する遷移点は、異なるブラックホールごとに異なるスカラー電荷値で発生し、これは自明ではないパラメータ依存性を示している。 これらの結果は、スカラー電荷が電磁ブラックホールにおける相転移の促進因子と抑制因子の両方として二重の役割を担っていることを浮き彫りにし、修正重力理論における幾何学的構成と熱力学的特性の相互作用に関する新たな知見を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider corrections to the Schwarzschild black hole metric arising from exotic long-range forces within quantum field theory frameworks. Specifically, we analyze two models: the Feinberg-Sucher potential for massless neutrinos and Ferrer-Nowakowski potentials for boson-mediated interactions at finite temperatures, yielding metric corrections with $r^{-5}$ and $r^{-3}$ dependencies. Using analytic expansions around the Schwarzschild photon sphere, we find that attractive potential corrections enhance gravitational lensing, enlarging the photon sphere and shadow radius, while repulsive potential corrections induce gravitational screening, reducing these observables. Our results clearly illustrate how different quantum-derived corrections can produce measurable deviations from standard Schwarzschild predictions, providing robust theoretical benchmarks for future astrophysical observations. | 量子場の理論の枠組みにおいて、エキゾチックな長距離力に起因するシュワルツシルトブラックホール計量への補正について考察する。 具体的には、質量ゼロニュートリノに対するファインバーグ・スーチャーポテンシャルと、有限温度におけるボソン媒介相互作用に対するフェラー・ノワコフスキーポテンシャルの2つのモデルを解析し、$r^{-5}$および$r^{-3}$依存性を持つ計量補正を得る。 シュワルツシルト光子球の周りの解析的展開を用いて、引力ポテンシャル補正は重力レンズ効果を増強し、光子球と影の半径を拡大する一方、斥力ポテンシャル補正は重力遮蔽を引き起こし、これらの観測量を減少させることを見出した。 我々の結果は、異なる量子導出補正が標準的なシュワルツシルト予測からの測定可能な偏差をどのように生み出すかを明確に示しており、将来の天体物理学的観測のための堅牢な理論的ベンチマークを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct static, spherically symmetric, charged traversable wormhole solutions to the Einstein--Maxwell equations, supported by bidirectional (ingoing and outgoing) null dust with negative energy, and discuss a scenario for their dynamical formation from a black hole. Our solution contains a traversable throat, where the areal radius takes a minimum, although the spacetime is not asymptotically flat. In our formation scenario, the spacetime evolves sequentially from a black hole to Vaidya regions and finally to a wormhole, with each transition mediated by an impulsive null shell. We find that the radius of the wormhole throat is determined by the mass and charge of the initial black hole as well as those of the injected shell. | 我々は、負のエネルギーを持つ双方向（入射および出射）のヌルダストによって支えられた、アインシュタイン-マクスウェル方程式の静的、球対称、荷電通過可能ワームホール解を構築し、ブラックホールからの動的形成シナリオを議論する。 我々の解は通過可能なスロートを含み、そこでは面積半径が最小値をとるが、時空は漸近平坦ではない。 我々の形成シナリオでは、時空はブラックホールからヴァイディア領域、そして最終的にワームホールへと順次発展し、各遷移は衝動的なヌルシェルによって媒介される。 ワームホールスロートの半径は、最初のブラックホールの質量と電荷、そして注入されたシェルの質量と電荷によって決定されることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The tensions between cosmological parameter measurements from the early-universe and the late-universe datasets offer an exciting opportunity to explore new physics, if not accounted for unknown systematics. Apart from the well-known Hubble tension, a tension up to $4.9 \sigma$ in the cosmic dipole has also been reported. While the cosmic dipole is mainly induced by the observer's kinetic motion, an intrinsic dipole arising from the anisotropy of the universe could also play an import role. Such an intrinsic anisotropy can be a dark energy mimicker that causes the observed accelerating expansion of the universe. As a new and powerful tool, gravitational waves can serve as an independent probe to the cosmic dipole. A useful type of events to achieve this is the "golden dark sirens", which are near-by well-localized compact binary coalescences whose host galaxies can be identified directly due to precise localization. By forecasting golden dark sirens obtained from 10-year observations using different possible detector networks in the future, we find that the standard LIGO-Virgo-KAGRA detectors are not able to detect a meaningful amount of golden dark sirens, and hence next-generation ground-based detectors are essential to obtain a strong constraint on the cosmic dipole. In particular, we find that a three-detector network consisting of more than one next-generation detectors can yield a constraint on the cosmic dipole at an order of $10^{-3}$ when jointly measured with $H_0$. Moreover, a constraint on the cosmic dipole at an order of $10^{-4}$ can be achieved when fixing $H_0$. | 初期宇宙と後期宇宙のデータセットから得られる宇宙論パラメータの測定値間の緊張は、未知の系統的性質を考慮しなければ、新たな物理を探求する刺激的な機会を提供します。 よく知られているハッブル張力に加えて、宇宙双極子には最大$4.9 \sigma$の張力があることも報告されています。 宇宙双極子は主に観測者の運動によって誘起されますが、宇宙の異方性から生じる固有の双極子も重要な役割を果たす可能性があります。 このような固有の異方性は、観測されている宇宙の加速膨張を引き起こすダークエネルギーの模倣物となる可能性があります。 重力波は、新しく強力なツールとして、宇宙双極子の独立したプローブとして機能する可能性があります。 これを達成するために有用なイベントの種類は「ゴールデンダークサイレン」です。 これは近傍でよく局在するコンパクトな連星合体であり、その位置を正確に特定することで、その主銀河を直接特定することができます。 将来的に、様々な検出器ネットワークを用いて10年間の観測から得られるゴールデンダークサイレンを予測することにより、標準的なLIGO-Virgo-KAGRA検出器では十分な量のゴールデンダークサイレンを検出できないことがわかりました。 したがって、宇宙双極子に対する強い制限を得るには、次世代の地上検出器が不可欠です。 特に、複数の次世代検出器からなる3検出器ネットワークは、H_0と共同測定することで、宇宙双極子に対して10の-3乗のオーダーの制限を与えることができることがわかりました。 さらに、H_0を固定することで、10の-4乗のオーダーの宇宙双極子の制限を与えることができます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Heavy neutron stars may contain solid quark cores as motivated by, e.g. the crystalline color superconducting phase, forming elastic hybrid stars (HSs). Many previous studies assumed an elastic core to be unsheared for the background, static and spherically symmetric configuration, and introduced shear deformation only at a perturbative level. This study relaxes this assumption and explores the influence of non-linear elasticity on the static, spherically symmetric structure of elastic HSs within a fully relativistic elasticity framework. Such a framework effectively introduces anisotropic pressure within the quark matter core due to elasticity. The quark core is modeled using a quasi-Hookean equation of state (EOS) with shear contributions, while the nuclear matter envelope is treated as a perfect fluid. We find that including elasticity increases the maximum mass of HSs by several percent. This enhancement allows some soft EOSs to satisfy current observational constraints. However, since the effects of elasticity are primarily concentrated in the high-mass regime, the current observational constraints are insufficient to distinguish whether an elastic anisotropic quark core exists within these stars. Additionally, we show that the compactness of stable stars can exceed the critical value of 1/3 due to the inclusion of elasticity, making them potential candidates for black hole mimickers. Furthermore, we found that common phenomenological models fail to describe the anisotropy of the elastic core and propose a new parametrized anisotropy model that can accurately capture physically-motivated profiles with an error of 10% across a wide parameter space. This work not only bridges the gap between elastic EOSs and parametrized anisotropic models but also provides a foundation for applications such as studying nonradial perturbations, tidal deformability, and pulsation modes for elastic HSs. | 重い中性子星は、例えば結晶カラー超伝導相に見られるように、固体のクォークコアを含み、弾性混成星（HS）を形成する可能性がある。 これまでの多くの研究では、弾性コアは背景、静的、球対称な構成においてシアリングを受けないと仮定し、シアリング変形は摂動レベルでのみ導入されてきた。 本研究ではこの仮定を緩和し、完全な相対論的弾性論の枠組みにおいて、非線形弾性が弾性HSの静的、球対称な構造に与える影響を考察する。 このような枠組みは、弾性によるクォーク物質コア内の異方的な圧力を効果的に導入する。 クォークコアはシアリングの寄与を考慮した準フック型状態方程式（EOS）を用いてモデル化され、核物質エンベロープは完全流体として扱われる。 弾性を考慮すると、HSの最大質量が数パーセント増加することが明らかになった。 この増加により、一部のソフトEOSは現在の観測的制約を満たすことができる。 しかし、弾性効果は主に高質量領域に集中しているため、現在の観測的制約では、これらの星の中に弾性異方性クォークコアが存在するかどうかを区別するには不十分です。 さらに、弾性の存在により安定星のコンパクトネスが臨界値1/3を超える可能性があり、ブラックホール模倣体の候補となる可能性があることを示します。 さらに、一般的な現象論的モデルでは弾性コアの異方性を記述できないことを発見し、広いパラメータ空間にわたって10%の誤差で物理的に動機付けられたプロファイルを正確に捉えることができる新しいパラメータ化異方性モデルを提案しました。 この研究は、弾性EOSとパラメータ化異方性モデル間のギャップを埋めるだけでなく、弾性HSの非動径摂動、潮汐変形、脈動モードの研究などの応用のための基礎を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A significant step towards a rigorous understanding of perturbative gravitational entropy was recently achieved by a series of works showing that a proper accounting of gauge invariance and observer degrees of freedom converts the Type III algebra of QFT observables in a gravitational subregion to a Type II crossed product, whose entropy reduces to the generalized entropy formula in a semiclassical limit. The observers thus used are also known as quantum reference frames (QRFs); as noted in our companion work [arXiv:2405.00114], using different QRFs result in different algebras, and hence different entropies -- so gravitational entropy is observer-dependent. Here, we provide an in-depth analysis of this phenomenon, with full derivations of many new results. Using the perspective-neutral QRF formalism, we extend previous constructions to allow for arbitrarily many observers, each carrying a clock with possibly degenerate energy spectra. We consider a semiclassical regime characterized by clocks whose energy fluctuations dominate over the fluctuations of the energy of the QFT. Unlike previous works, we allow the clocks and fields to be arbitrarily entangled. At leading order the von Neumann entropy still reduces to the generalized entropy, but linear corrections are typically non-vanishing and quantify the degree of entanglement between the clocks and fields. We also describe an `antisemiclassical' regime as the opposite of the semiclassical one, with suppressed fluctuations of the clock energy; in this regime, we show how the clock may simply be `partially traced' out when evaluating the entropy. Four explicit examples of observer-dependent entropy are then given, involving a gravitational interferometer, degenerate clock superselection, a semiclassical approximation applying to some clocks but not others, and differences between monotonic and periodic clocks. | 摂動論的重力エントロピーの厳密な理解に向けた重要な一歩が、ゲージ不変性と観測者の自由度を適切に考慮することで、重力領域における場の理論の観測量のタイプIII代数がタイプII交差積に変換され、そのエントロピーが半古典的極限において一般化エントロピー公式にまで減少することを示す一連の研究によって最近達成された。 このようにして用いられる観測者は量子参照系（QRF）としても知られる。 我々の関連研究[arXiv:2405.00114]で指摘されているように、異なるQRFを用いると異なる代数、ひいては異なるエントロピーが得られる。 つまり、重力エントロピーは観測者に依存する。 本稿では、この現象を詳細に解析し、多くの新しい結果の完全な導出を示す。 視点中立なQRF形式論を用いて、我々はこれまでの構成を拡張し、それぞれが縮退したエネルギースペクトルを持つ可能性のある時計を持つ、任意の数の観測者を許容する。 我々は、エネルギー変動がQFTのエネルギー変動を支配する時計によって特徴付けられる半古典的領域を考える。 これまでの研究とは異なり、我々は時計と場が任意にエンタングルメントされていることを許容する。 主要次数において、フォン・ノイマン・エントロピーは依然として一般化エントロピーに減少するが、線形補正は典型的にはゼロではなく、時計と場の間のエンタングルメントの程度を定量化する。 また、我々は半古典的領域の反対で、時計エネルギーの変動が抑制された「反半古典的」領域を記述する。 この領域では、エントロピーを評価する際に時計が単に「部分的にトレース」される可能性があることを示す。 次に、観測者依存エントロピーの4つの明確な例、すなわち重力干渉計、縮退時計の超選択、一部の時計には適用できるが他の時計には適用できない半古典的近似、単調時計と周期時計の違いを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The standard paradigm of cosmology assumes two distinct dark components, namely the dark energy driving the late-universe acceleration and the dark matter that is responsible for the structure formation. However, the necessity of splitting the dark-side world into two sectors has not been experimentally or theoretically proven. It is shown in Wang et al. 2024 that cosmology with one unified dark fluid can also explain the cosmic microwave background (CMB) and late-universe data, with the fitting quality not much worse than the standard Lambda cold dark matter ($\Lambda$CDM) model. The present work aims to provide a clearer physical interpretation of the Wang et al. 2024 results. We show that the unified dark fluid model can produce primary CMB temperature and polarization power spectra that are very close to the $\Lambda$CDM prediction (relative difference $\lesssim 10^{-4}$). The model can also mimic the $\Lambda$CDM background expansion history and linear growth factor on sub-horizon scales with percent-level accuracy. With better physical understanding of the model, we make precision tests and find a minor error in the Boltzmann code used in Wang et al. 2024. We correct the error and update the model comparison between $\Lambda$CDM and the unified dark fluid model. | 標準的な宇宙論パラダイムは、2つの異なる暗黒成分、すなわち後期宇宙の加速を駆動する暗黒エネルギーと、構造形成を担う暗黒物質を前提としている。 しかし、暗黒面の世界を2つのセクターに分割する必要性は、実験的にも理論的にも証明されていない。 Wang et al. 2024では、統一された暗黒流体を持つ宇宙論が、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）と後期宇宙のデータも説明できることが示されており、そのフィッティング品質は標準的なラムダ冷暗黒物質（$\Lambda$CDM）モデルとそれほど変わらない。 本研究は、Wang et al. 2024の結果をより明確に物理的に解釈することを目的としている。 統一された暗黒流体モデルは、$\Lambda$CDMの予測に非常に近い（相対差$\lesssim 10^{-4}$）一次CMB温度および偏光パワースペクトルを生成できることを示す。 このモデルは、サブホライズンスケールにおいて、$\Lambda$CDMの背景膨張履歴と線形成長係数をパーセントレベルの精度で模倣することもできます。 モデルの物理的な理解を深め、精度テストを実施した結果、Wang et al. 2024で使用されたボルツマンコードに小さな誤りがあることを発見しました。 この誤りを修正し、$\Lambda$CDMと統合ダーク流体モデルとのモデル比較を更新しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a new method for embedding a causal set into Minkowski spacetime. The method is similar to a previously presented method, but is simpler and provides better embedding results. The method uses spacetime volumes to define causal set analogs of time coordinates for all elements, and spatial distances for pairs of causally related elements. The spatial distances for causally related pairs are then used to derive spatial distances for spacelike separated pairs by applying the triangle inequality. The result is a matrix of spatial distances for all pairs of elements in the causal set. This distance matrix can be decomposed to give coordinates in Minkowski spacetime. Results are presented showing good quality embeddings into Minkowski spacetime for dimensions d=2,3,4. | 因果集合をミンコフスキー時空に埋め込む新しい手法を提示する。 この手法は以前に提示した手法と類似しているが、より単純で、より優れた埋め込み結果を提供する。 この手法では、時空ボリュームを用いて、すべての要素の時間座標の因果集合類似体と、因果的に関連する要素のペアの空間距離を定義する。 因果的に関連するペアの空間距離を用いて、三角不等式を適用することで、空間的に分離されたペアの空間距離を導出する。 結果は、因果集合内のすべての要素ペアの空間距離行列である。 この距離行列は、ミンコフスキー時空における座標に分解できる。 次元d=2, 3, 4において、ミンコフスキー時空への高品質な埋め込みを示す結果を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a scenario in which primordial black holes (PBHs) form in a post-inflationary radiation-dominated (RD) phase and then experience significant accretion during a phase of early matter dominated (EMD). We show that PBH masses could grow by up to two orders of magnitude. Restricting to the linear perturbation regime, we compute the gravitational wave (GW) spectrum that features two peaks. The high-frequency peak is associated with the PBH formation in the RD phase, while the low-frequency peak is due to the sudden transition from EMD to the later, standard RD phase. We identify a PBH mass range where one or both peaks can be observed by a combination of different GW detectors. Finally, we show the signal-to-noise ratio of the total GW spectrum for PBHs in the asteroid mass window, where they could comprise the totality of dark matter. | 原始ブラックホール（PBH）がインフレーション後の放射線優勢（RD）期に形成され、その後、初期物質優勢（EMD）期に著しい集積を経験するというシナリオを提示する。 PBHの質量は最大2桁まで増加する可能性があることを示す。 線形摂動領域に限定して、2つのピークを特徴とする重力波（GW）スペクトルを計算する。 高周波ピークはRD期におけるPBH形成に関連し、低周波ピークはEMDから後期の標準RD期への急激な遷移に起因している。 我々は、異なる重力波検出器の組み合わせによって、一方または両方のピークを観測できるPBH質量範囲を特定する。 最後に、小惑星質量ウィンドウ内のPBHの全重力波スペクトルの信号対雑音比を示す。 この範囲では、PBHは暗黒物質の全体を構成する可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study linear even-parity perturbations of static and spherically symmetric black holes with a timelike scalar profile by use of the effective field theory (EFT) approach. For illustrative purposes, we consider a simple subclass of the EFT that accommodates ghost condensate, namely the k-essence model along with the so-called scordatura term, and focus on the spherical (monopole) perturbations about an approximately stealth Schwarzschild solution. The scordatura effect is introduced to avoid the strong coupling problem that typically happens in the scalar sector around stealth solutions with a timelike scalar profile. We argue that the scalar perturbation is decoupled from the metric perturbations at the leading order in the scordatura effect under a particular gauge choice. We stress that this is an important step in understanding the dynamics of even-parity perturbations, paving the way towards deriving a set of master equations -- the generalized Zerilli and the scalar-field equations -- for generic multipoles. | 我々は、有効場の理論（EFT）アプローチを用いて、時間的スカラープロファイルを持つ静的かつ球対称なブラックホールの線形偶パリティ摂動を調べる。 説明のために、ゴースト凝縮を包含するEFTの単純なサブクラス、すなわちk-エッセンス模型といわゆるスコルダトゥーラ項を考察し、近似的にステルスなシュワルツシルト解の周りの球面（単極）摂動に焦点を当てる。 スコルダトゥーラ効果は、時間的スカラープロファイルを持つステルス解の周りのスカラーセクターで典型的に発生する強結合問題を回避するために導入される。 我々は、特定のゲージ選択の下で、スカラー摂動がスコルダトゥーラ効果の主要次数における計量摂動から分離されることを主張する。 これは偶パリティ摂動のダイナミクスを理解するための重要なステップであり、一般的な多重極に対するマスター方程式（一般化ゼリリ方程式とスカラー場方程式）を導出するための道を開くものであることを強調します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Previous studies have shown that the Unruh effect completely destroys quantum entanglement and coherence of bipartite states, as modeled by entangled Unruh-DeWitt detectors. But does the Unruh effect have a different impact on quantum entanglement of multipartite states within this framework? In this paper, we investigate the influence of the Unruh effect on $1-3$ entanglement in the context of entangled tetrapartite Unruh-DeWitt detectors. We find that quantum entanglement of tetrapartite $W$ state first decreases to a minimum value and then increases to a fixed value with the growth of the acceleration. This indicates that the Unruh effect can, under certain conditions, enhance quantum entanglement. In other words, the Unruh effect plays a dual role in the behavior of quantum entanglement-both diminishing and enhancing it. This discovery challenges and overturns the traditional view that the Unruh effect is solely detrimental to quantum entanglement and coherence in entangled Unruh-DeWitt detectors, offering a fresh and profound perspective on its impact. | これまでの研究では、ウンルー効果が、エンタングルメントされたウンルー・デウィット検出器によってモデル化された2部状態の量子エンタングルメントとコヒーレンスを完全に破壊することが示されている。 しかし、この枠組みにおいて、ウンルー効果は多部状態の量子エンタングルメントに異なる影響を及ぼすのだろうか？本論文では、エンタングルメントされた4部構成のウンルー・デウィット検出器の文脈において、ウンルー効果が$1-3$エンタングルメントに及ぼす影響を調査する。 その結果、4部構成の$W$状態の量子エンタングルメントは、まず最小値まで減少し、その後、加速度の増加とともに一定値まで増加することが判明した。 これは、ウンルー効果が特定の条件下で量子エンタングルメントを増強できることを示している。 言い換えれば、ウンルー効果は量子エンタングルメントの挙動において、それを減少させる役割と増強する役割の2つの役割を果たす。 この発見は、ウンルー効果が量子もつれと量子もつれウンルー・デウィット検出器におけるコヒーレンスにのみ悪影響を与えるという従来の見解に異議を唱え、覆すものであり、その影響について斬新かつ深遠な視点を提示するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study circular orbits and accretion structures around symmetric wormholes. As exemplary solutions we choose three different wormhole spacetimes, namely rotating traversable wormholes from the Teo class, the rotating Simpson-Visser metric with the parameter spectrum corresponding to wormholes and a static wormhole from beyond Horndeski theories. We show the existence of a spectrum of circular orbits at the wormhole throat for each of these wormhole solutions and analyze the boundaries of this spectrum across the respective wormhole parameter range. For each of the solutions we identified that vast regions of the parameter space correspond to stable orbits. The presence of this orbit spectrum can be linked through accretion disk models to matter accumulations which may form at the throat. We present here examples of such disk solutions by implementing the Polish Doughnut model. In some cases, these matter accumulations are encapsulating the throat and could imply central bright regions of the wormhole spacetime. Furthermore, the combined analysis of the equatorial Keplerian orbits and the throat orbits, leads to a set of different disk configurations, where matter accumulations at the throat may be present with outer tori around them, in some cases also as a connected structure. Our results may hint to possible instabilities of wormholes, especially if they have an ergoregion. Moreover, wormholes with such disks, may appear more star-like when it comes to their observational signature, due to the centralized and more spherical emission profile associated with the possible matter accumulations at the throat. | 対称ワームホール周囲の円軌道と降着構造を研究する。 例として、3つの異なるワームホール時空、すなわちTeoクラスの回転する通過可能なワームホール、ワームホールに対応するパラメータスペクトルを持つ回転するシンプソン・ヴィッサー計量、そしてHorndeski理論を超えた静的ワームホールを選択する。 これらのワームホール解のそれぞれについて、ワームホールの口元に円軌道のスペクトルが存在することを示し、それぞれのワームホールパラメータ範囲にわたってこのスペクトルの境界を解析する。 それぞれの解について、パラメータ空間の広大な領域が安定軌道に対応することを明らかにした。 この軌道スペクトルの存在は、降着円盤モデルを通じて、口元に形成される可能性のある物質の集積と関連付けることができる。 ここでは、ポーランド・ドーナツ・モデルを実装することにより、このような円盤解の例を示す。 場合によっては、これらの物質集積はスロート部を包み込んでおり、ワームホール時空の中心に明るい領域が存在する可能性を示唆している。 さらに、赤道ケプラー軌道とスロート部軌道を組み合わせた解析により、スロート部における物質集積が、その周囲に外側トーラスを伴って存在し、場合によっては連結構造として存在する可能性のある、様々なディスク構成が導かれる。 我々の結果は、特にエルゴ領域を持つワームホールの不安定性を示唆する可能性がある。 さらに、このようなディスクを持つワームホールは、スロート部における物質集積に関連する、より集中的で球状の放射プロファイルのために、観測上の特徴においてより星に似たものとなる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This comment critically examines the recent proposal by S.~H.~V\"olkel [Phys. Rev. Lett., arXiv:2505.17186], which asserts that the quasinormal mode (QNM) spectrum of Schwarzschild black holes can be reconstructed from bound states of an inverted Regge--Wheeler potential. We demonstrate that this claim rests on a mathematically invalid spectral mapping and a misapplication of boundary conditions that define QNMs. Through a detailed figure-by-figure analysis, we expose deep inconsistencies in the numerical results and their physical interpretations. The inversion method, inspired by Mashhoon, is shown to fail in capturing the non-Hermitian, complex nature of black hole resonances. We contrast this with the rigorously established asymptotic structure of QNMs derived by Hod and others, concluding that the bound-state framework offers no reliable insight into black hole spectroscopy. | このコメントは、シュワルツシルトブラックホールの準正規モード（QNM）スペクトルは、反転したレッジェーホイーラーポテンシャルの束縛状態から再構成できるというS.~H.~V\"olkelによる最近の提案[Phys. Rev. Lett., arXiv:2505.17186]を批判的に検証する。 この主張は、数学的に無効なスペクトルマッピングと、QNMを定義する境界条件の誤った適用に基づいていることを示す。 図ごとに詳細な分析を行い、数値結果とその物理的解釈の間に深刻な矛盾があることを明らかにする。 Mashhoonに着想を得た反転法は、ブラックホール共鳴の非エルミートで複雑な性質を捉えることができないことが示される。 これを、Hodらによって導出された厳密に確立されたQNMの漸近構造と比較し、束縛状態の枠組みは、ブラックホール分光に関する信頼できる知見を提供しない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The notions of events and their localisation fundamentally differ between quantum theory and general relativity, reconciling them becomes even more important and challenging in the context of quantum gravity where a classical spacetime background can no longer be assumed. We therefore propose an operational approach drawing from quantum information, to define events and their localisation relative to a Lab, which in particular includes a choice of physical degree of freedom (the reference) providing a generalised notion of "location". We define a property of the reference, relative measurability, that is sensitive to correlations between the Lab's reference and objects of study. Applying this proposal to analyse the quantum switch (QS), a process widely associated with indefinite causal order, we uncover differences between classical and quantum spacetime realisations of QS, rooted in the relative measurability of the associated references and possibilities for agents' interventions. Our analysis also clarifies a longstanding debate on the interpretation of QS experiments, demonstrating how different conclusions stem from distinct assumptions on the Labs. This provides a foundation for a more unified view of events, localisation, and causality across quantum and relativistic domains. | 事象とその局在の概念は量子論と一般相対論とで根本的に異なり、古典的時空背景を仮定できなくなる量子重力の文脈においては、両者の調和はさらに重要かつ困難となる。 そこで我々は、量子情報から事象とそのLabに対する局在を定義するための操作的アプローチを提案する。 このアプローチには、特に「位置」という一般化された概念を提供する物理的自由度（参照）の選択が含まれる。 我々は、Labの参照と研究対象との間の相関関係に敏感な、参照の特性である相対的測定可能性を定義する。 この提案を、不確定な因果秩序と広く関連するプロセスである量子スイッチ（QS）の解析に適用することで、関連する参照の相対的測定可能性とエージェントの介入の可能性に根ざした、QSの古典的時空実現と量子時空実現の違いを明らかにする。 私たちの分析は、量子スピン共鳴実験の解釈に関する長年の議論を明確にし、異なる結論が、実験室における異なる仮定からどのように生じるかを示しています。 これは、量子領域と相対論領域をまたがる事象、局在、因果関係に関する、より統一的な見解の基盤を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider the classical minisuperspace model describing a closed, homogeneous and isotropic Universe, with a positive cosmological constant. Upon canonical quantization, the infinite number of possible operator orderings in the quantum Hamiltonian leads to distinct Wheeler-DeWitt equations for the wavefunction $\psi$ of the Universe. Similarly, ambiguity arises in the path-integral formulation of $\psi$, due to the infinite choices of path-integral measures for the single degree of freedom of the model. For each choice of path-integral measure, we determine the correct operator ordering of the quantum Hamiltonian and derive the exact form of the Wheeler-DeWitt equation, including all corrections in $\hbar$. Additionally, we impose Hermiticity of the Hamiltonian to deduce the Hilbert-space measure $\mu$, which appears in the definition of the Hermitian inner product. Remarkably, all quantum predictions can be expressed through the combination $\Psi=\sqrt{\mu}\, \psi$, which satisfies a universal Wheeler-DeWitt equation, independent of the initial path-integral prescription. This result demonstrates that all seemingly distinct quantum theories arising from different quantization schemes of the same classical model are fundamentally equivalent. | 我々は、正の宇宙定数を持つ、閉じた均質等方的な宇宙を記述する古典的なミニスーパースペースモデルを考える。 正準量子化により、量子ハミルトニアンにおける無限の演算子順序付けが可能となり、宇宙の波動関数 $\psi$ に対する異なる Wheeler-DeWitt 方程式が導かれる。 同様に、モデルの単一の自由度に対する経路積分測度の無限の選択肢により、$\psi$ の経路積分定式化において曖昧性が生じる。 経路積分測度のそれぞれの選択に対して、量子ハミルトニアンの正しい演算子順序付けを決定し、$\hbar$ のすべての補正を含めた Wheeler-DeWitt 方程式の正確な形を導く。 さらに、ハミルトニアンのエルミート性を課すことで、エルミート内積の定義に現れるヒルベルト空間測度 $\mu$ を導出する。 驚くべきことに、すべての量子予測は、初期の経路積分の規定とは無関係に、普遍的なWheeler-DeWitt方程式を満たす組み合わせ$\Psi=\sqrt{\mu}\, \psi$で表現できます。 この結果は、同じ古典モデルの異なる量子化スキームから生じる、一見異なるように見えるすべての量子理論が、根本的に等価であることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The detection of gravitational waves opened up a new window to look into the Universe by probing phenomena invisible through electromagnetic observations. As gravitational waves interact very weakly with matter, their detection is challenging and expensive. So far, they have been observed in the nHz frequency and audible ranges. Future detectors are expected to cover the mHz frequency, leaving the $\mu$Hz regime largely unexplored. With on-board atomic clocks and orbits determined to the cm, Global Navigation Satellite System constellations (GNSS), like GPS or Galileo, offer free access to more than 30 years of clock and orbit data for tests of general relativity. We develop a framework for calculating the deviation in the evolution of GNSS orbits induced by gravitational wave signals. We show that when a gravitational wave interacts in resonance with a satellite's orbit, effects amplify, which can be used to bridge the gap in the $\mu$Hz regime. Finally, we demonstrate that the orbital deviations induced by gravitational waves are coherent across the entire constellation, enabling a satellite network to disentangle GW effects from satellite systematics. | 重力波の検出は、電磁波観測では見えない現象を探査することで、宇宙を覗く新たな窓を開いた。 重力波は物質と非常に弱い相互作用をするため、検出は困難で費用もかかる。 これまで、nHz周波数と可聴域で観測されてきた。 将来の検出器はmHz周波数をカバーすると予想されており、$\mu$Hz領域はほとんど未探査のままである。 GPSやガリレオのような全地球航法衛星システム（GNSS）は、搭載された原子時計とcm単位で決定された軌道により、一般相対性理論の検証に30年以上にわたる時計と軌道データへの無料アクセスを提供している。 我々は、重力波信号によって引き起こされるGNSS軌道の進化における偏差を計算するための枠組みを開発する。 重力波が衛星の軌道と共鳴して相互作用すると、その効果が増幅され、$\mu$Hz領域のギャップを埋めるのに利用できることを示す。 最後に、重力波によって誘起される軌道偏差が衛星群全体にわたってコヒーレントであり、衛星ネットワークが重力波効果と衛星のシステマティクスを分離できることを実証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves from asymmetric mass-ratio black-hole binaries carry unique information about their astrophysical environment. For instance, the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) could potentially measure the amplitude and slope of gas torques in binaries embedded in the accretion disks of Active Galactic Nuclei, helping differentiate competing accretion disk models. However, this relies on simplified analytic models, which do not account for the stochastic variability of torques seen in hydrodynamic simulations. In this work, we use hydrodynamic simulations to create gravitational waveforms for extreme and intermediate mass-ratio inspirals in the LISA band. We then analyze these simulated waveforms using simpler templates that assume analytic torques, without stochastic time variability. By performing realistic Bayesian parameter estimation, we find no bias at 90% confidence in the binary parameters; however, estimates of accretion disk parameters, such as torque amplitude and slope, may be biased. Typically, the posterior distribution is centered around the average value of the torques, but when stochastic variability is large, the posterior can indicate no torques, even though they are present in the simulation. Our results suggest that while simplified analytic torque models work well for estimating binary parameters, caution is needed when using them to infer properties of the accretion disk. This work moves towards a more realistic assessment of one of the LISA science objectives, i.e., probing the properties of the astrophysical environments of black holes. | 非対称質量比ブラックホール連星からの重力波は、その天体物理学的環境に関する独自の情報を持っています。 例えば、レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）は、活動銀河核の降着円盤に埋め込まれた連星のガストルクの振幅と傾きを測定できる可能性があり、競合する降着円盤モデルを区別するのに役立ちます。 しかし、これは単純化された解析モデルに依存しており、流体力学シミュレーションで見られるトルクの確率的変動を考慮していません。 本研究では、流体力学シミュレーションを用いて、LISAバンドにおける極端および中程度の質量比のインスパイラルの重力波形を作成します。 次に、これらのシミュレーション波形を、確率的時間変動のない解析的トルクを仮定したより単純なテンプレートを用いて解析します。 現実的なベイズパラメータ推定を行うことで、連星パラメータに90%の信頼度でバイアスがないことがわかりました。 しかし、トルクの振幅や傾きといった降着円盤パラメータの推定値にはバイアスが生じる可能性があります。 通常、事後分布はトルクの平均値を中心にしますが、確率変動が大きい場合、シミュレーションではトルクが存在するにもかかわらず、事後分布はトルクを示さない可能性があります。 私たちの研究結果は、簡略化された解析的トルクモデルは連星パラメータの推定には有効ですが、降着円盤の特性を推測するために使用する際には注意が必要であることを示唆しています。 本研究は、LISAの科学的目標の一つである、ブラックホールの天体物理学的環境の特性の探究をより現実的に評価することへと前進するものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Post-merger gravitational-wave emission from a binary neutron star merger carries crucial information about the equation of state (EoS) of matter at high temperatures. Current gravitational wave detectors have limited sensitivities at post-merger frequencies in the range [1.5, 4] kHz. Therefore, valuable inferences can only be made after combining information from multiple (BNS) events. Criswell et al. [Phys. Rev. D 107, 043021 (2023)] carries out an injection study to infer the radius posterior for a $1.6 M_{\odot}$ NS by combining the information from injected BNS events via the hierarchical Bayesian inference (HBI) formulation. This formulation utilizes empirical relations that connect the peak frequency of the post-merger remnant with the chirp mass of the system, and the EoS proxy parameter $R_{1.6}$. In this work, we extend the HBI formulation to other EoS proxy parameters (i.e., the radius of (NS), $R_{1.X}$, with masses 1.2, 1.4, and 1.8 $M_{\odot}$) and combine the four $R_{1.X}$ posteriors through the piecewise polytropic EoS model to obtain measurable constraints on the EoS of the NS. We show that the NS radii can be constrained to within $\sim$1 km ( $\sim$0.55 km) assuming uniform (astrophysical) prior on $R_{1.X}$ for injections in the A+ noise. We also study systematic biases in the analysis coming from the limitations of empirical relations. | 連星中性子星合体後の重力波放射は、高温における物質の状態方程式（EoS）に関する重要な情報を含んでいる。 現在の重力波検出器は、[1.5, 4] kHz の範囲の合体後周波数において感度が限られている。 そのため、複数の（BNS）イベントからの情報を組み合わせることによってのみ、有益な推論を行うことができる。 Criswell ら [Phys. Rev. D 107, 043021 (2023)] は、階層的ベイズ推論（HBI）定式化を用いて、注入された BNS イベントからの情報を組み合わせることで、$1.6 M_{\odot}$ NS の事後半径を推定する注入研究を行った。 この定式化は、合体後残骸のピーク周波数と系のチャープ質量、およびEoSプロキシパラメータ$R_{1.6}$を関連付ける経験的関係式を利用している。 本研究では、HBI定式化を他のEoSプロキシパラメータ（すなわち、質量が1.2、1.4、および1.8 $M_{\odot}$である(NS)の半径$R_{1.X}$）に拡張し、4つの$R_{1.X}$事後分布を区分ポリトロープEoSモデルを通して組み合わせることで、NSのEoSに対する測定可能な制約を得る。 A+ノイズへの注入に対して$R_{1.X}$に一様（天体物理学的）事前分布を仮定すると、NS半径は$\sim$1 km（$\sim$0.55 km）以内に制限できることを示す。 また、経験的関係の限界から生じる分析における体系的なバイアスについても検討します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In 1998 Carlip and Solodukhin independently conjectured the equality between fluctuations in the modular Hamiltonian of black holes and its expectation value. Banks and Zurek's 2021 work generalized this observation to any causal diamonds. We use this observation to calculate the precise normalization of primordial scalar and tensor power spectra in the Holographic Space-time (HST) model of inflation. In previous work Banks and Fischler outlined the general calculation of inflationary power spectra in this model, which we review here. Its conceptual basis is radically different from field theoretic inflation and it has no Transplanckian problems, but its predictions for power spectra will be shown to fit extant data equally well, and the tensor-to-scalar ratio agrees with experimental observations. | 1998年、カーリップとソロドゥキンは独立に、ブラックホールのモジュラーハミルトニアンの変動とその期待値が等しいと予想しました。 バンクスとズーレクの2021年の研究は、この観察結果を任意の因果ダイヤモンドに一般化しました。 我々はこの観察結果を用いて、インフレーションのホログラフィック時空（HST）モデルにおける原始スカラーおよびテンソルパワースペクトルの正確な正規化を計算します。 以前の研究でバンクスとフィッシュラーはこのモデルにおけるインフレーションパワースペクトルの一般的な計算を概説しており、ここではそれを概説します。 その概念的基盤は場の理論的なインフレーションとは根本的に異なり、トランスプランク問題は存在しませんが、パワースペクトルの予測値は既存のデータに同様によく適合することが示され、テンソル対スカラー比は実験観測と一致することが示されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct the gravitational energy-momentum pseudo-tensor of up to fourth-order conformally invariant theories of gravity. Then we linearize the pseudo-tensor and use its average over a macroscopic region to find the energy and momentum carried by the plane gravitational waves of the three main conformally invariant theories of gravity. | 我々は、最大4次の共形不変重力理論の重力エネルギー・運動量擬テンソルを構築する。 次に、この擬テンソルを線形化し、巨視的領域における平均を用いて、3つの主要な共形不変重力理論の平面重力波が運ぶエネルギーと運動量を求める。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves emitted by binary neutron-star inspirals carry information on components' masses and tidal deformabilities, but not radii, which are measured by electromagnetic observations of neutron stars. To improve the multi-messenger astronomy studies of neutron stars, an expression for neutron-star radii as a function of gravitational-wave only data would be advantageous, as it would allow to compare information from two different channels. In order to do so, a symbolic regression method, pySR, is trained on TOV solutions to piecewise polytropic EOS input to discover an approximate symbolic expression for the neutron-star radius as a function of gravitational-wave measurements only. The approximation is tested on piecewise polytropic EOS NS data, as well as on NS sequences based on selected realistic (non-polytropic) dense-matter theory EOSs, achieving consistent agreement between the ground truth values and the symbolic approximation for a broad range of NS parameters covering current astrophysical observations, with average radii differences of few hundred meters. Additionally, the approximation is applied to the GW170817 gravitational-wave mass and tidal deformability posteriors, and compared to reported inferred radius distributions. | 連星中性子星のインスパイラルによって放出される重力波は、構成要素の質量や潮汐変形能に関する情報を運びますが、中性子星の電磁気観測によって測定される半径に関する情報は運びません。 中性子星のマルチメッセンジャー天文学研究を向上させるためには、重力波のみのデータの関数として中性子星の半径を表す式が有益です。 これにより、2つの異なるチャネルからの情報を比較することが可能になります。 これを実現するために、記号回帰法pySRを区分ポリトロープEOS入力に対するTOV解で学習させ、重力波測定のみの関数として中性子星の半径を表す近似記号式を求めます。 この近似は、区分的ポリトロピックEOS NSデータ、および選択された現実的な（非ポリトロピック）高密度物質理論EOSに基づくNSシーケンスで検証され、平均半径差が数百メートルである現在の天体物理学的観測をカバーする広範なNSパラメータにおいて、グランドトゥルース値とシンボリック近似の間で一貫した一致を達成した。 さらに、この近似はGW170817の重力波質量および潮汐変形能事後分布に適用され、報告されている推定半径分布と比較された。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the dynamical properties of dark energy through a detailed analysis of its equation of state parameter $w(z)$ as a function of redshift. We derive a general expression for $w(z)$ from the Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker (FLRW) equations, establishing a direct relationship between the dark energy equation of state and the observable Hubble parameter $H(z)$ and its derivative. Using the relation $w(z) = -1 + \frac{2(1+z)}{3H(z)} \frac{dH}{dz}$, we develop an approximation method valid for $z \lesssim 1$ that accounts for the changing balance between matter and dark energy contributions to cosmic expansion. We compare our theoretical framework with recent observational data from the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) DR2, analysing how well the commonly used Chevallier-Polarski-Linder (CPL) parametrization $w(z) = -1 + w_a \frac{z}{1+z}$ captures the evolution of dark energy. Our results indicate that the dark energy equation of state exhibits a monotonic evolution with redshift, transitioning from deceleration to acceleration around $z \approx 0.7$. Notably, our predicted $w_{\mathrm{DE}}$ remains greater than $-1$ across all redshifts, avoiding phantom energy scenarios that would violate the null energy condition. This work demonstrates how precise measurements of the cosmic expansion history can constrain the nature of dark energy and provides a framework for testing dynamical dark energy models against current and future cosmological observations. | 我々は、ダークエネルギーの状態方程式パラメータ$w(z)$を赤方偏移の関数として詳細に解析することにより、ダークエネルギーの動的特性を調査する。 フリードマン・レマ・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）方程式から$w(z)$の一般式を導出し、ダークエネルギーの状態方程式と観測可能なハッブルパラメータ$H(z)$およびその導関数との間に直接的な関係を確立する。 $w(z) = -1 + \frac{2(1+z)}{3H(z)} \frac{dH}{dz}$の関係を用いて、$z \lesssim 1$に対して有効な近似法を開発し、宇宙膨張に対する物質とダークエネルギーの寄与のバランスの変化を考慮に入れる。 我々は、我々の理論的枠組みをダークエネルギー分光装置（DESI）DR2の最近の観測データと比較し、一般的に用いられるシュヴァリエ・ポラスキー・リンダー（CPL）パラメータ化$w(z) = -1 + w_a \frac{z}{1+z}$がダークエネルギーの進化をどの程度正確に捉えているかを解析する。 結果は、ダークエネルギーの状態方程式が赤方偏移とともに単調な変化を示し、$z \approx 0.7$付近で減速から加速へと遷移することを示している。 特に、我々が予測した$w_{\mathrm{DE}}$は全ての赤方偏移において$-1$より大きく、ヌルエネルギー条件に違反するファントムエネルギーシナリオを回避している。 本研究は、宇宙膨張史の精密測定がダークエネルギーの性質をどのように制限できるかを示し、現在および将来の宇宙論的観測に対して動的ダークエネルギーモデルを検証するための枠組みを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a parameter survey of fragmentation in collapsar disks, using a revised version of the Chen & Beloborodov (2007) model that determines the structure of steady state hyperaccretion disks in a general relativistic and neutrino cooled framework. We map out the range of disk conditions leading to gravitational instability alongside an exploration of the dimensionless cooling time $\beta$, which together determine whether fragmentation is likely to occur. We estimate the initial mass and density of fragments, finding that they occupy a unique region in the space of self-gravitating compact objects, with masses $M_{\rm f} \sim 10^{-3} M_\odot -10^{-1} M_\odot$ and densities $\rho_{\rm f}\sim 10^8-10^{11}~{\rm g~cm}^{-3}$. We then calculate their migration and mass growth (via Bondi-Hoyle accretion) as they inspiral through the collapsar disk. During a fragment's migration to the central black hole, it can grow its mass up to a range $M_{\rm f}\sim 10^{-1} M_\odot - 1 M_\odot$. In most cases, the final fragment mass is larger than the minimum cold stable neutron star mass but much smaller than any observed neutron star. The fragment briefly achieves peak accretion rates comparable to (or even larger than) that of the central engine. We propose that these bound fragments may give rise to observable astrophysical phenomena, and we approximately model two of these: (i) gamma ray burst variability produced by a secondary, fragment-launched jet; (ii) the generation of non-vacuum gravitational waveforms accompanied by electromagnetic counterparts. | 我々は、一般相対論的かつニュートリノ冷却の枠組みにおいて定常超降着円盤の構造を決定するChen & Beloborodov (2007)モデルの改訂版を用いて、崩壊円盤におけるフラグメンテーションのパラメータサーベイを示す。 我々は、重力不安定性をもたらす円盤条件の範囲を明らかにするとともに、フラグメンテーションの発生可能性を決定する無次元冷却時間$\beta$の探究も行う。 我々は、フラグメンテーションの初期質量と密度を推定し、それらが自己重力コンパクト天体の空間において、質量$M_{\rm f} \sim 10^{-3} M_\odot -10^{-1} M_\odot$、密度$\rho_{\rm f}\sim 10^8-10^{11}~{\rm g~cm}^{-3}$の特異な領域を占めることを見出した。 次に、破片がコラプサーディスクを螺旋状に通過する際の移動と質量増加（ボンダイ・ホイル降着による）を計算する。 破片が中心ブラックホールへ移動する過程で、その質量は最大で$M_{\rm f}\sim 10^{-1} M_\odot - 1 M_\odot$の範囲まで増加する可能性がある。 ほとんどの場合、最終的な破片の質量は冷安定中性子星の最小質量よりも大きいが、観測されているどの中性子星質量よりもはるかに小さい。 破片は一時的に、中心エンジンの降着率に匹敵する（あるいはそれ以上の）ピーク降着率に達する。 我々は、これらの結合した破片が観測可能な天体物理現象を引き起こす可能性があると提案し、そのうちの2つを近似的にモデル化する。 (i) 破片から放出された二次ジェットによって生成されるガンマ線バーストの変動、 (ii) 電磁波対応を伴う非真空重力波形の生成。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The measurement of the temporal evolution in the redshift of distant objects, the redshift drift, is a probe of universal expansion and cosmology. We perform the first steps towards a measurement of such effect using the Lyman-$\alpha$ forest in the spectra of bright quasars as a tracer of cosmological expansion. Our goal is to determine to which precision a velocity shift measurement can be carried out with the signal-to-noise (S/N) level currently available and whether this precision aligns with previous theoretical expectations. A precise assessment of the achievable measurement precision is fundamental for estimating the time required to carry out the whole project. We acquire 12 hours of ESPRESSO observations distributed over 0.875 years of the brightest quasar known, J052915.80-435152.0 (z=3.962), to obtain high-resolution spectra of the Lyman-$\alpha$ forest, with median S/N of ~86 per 1 km/s pixel at the continuum. We divide the observations into two epochs and analyse them using both a pixel-by-pixel method and a model-based approach. This comparison allows us to estimate the velocity shift between the epochs, as well as the velocity precision that can be achieved at this S/N. The model-based method is calibrated using high-resolution simulations of the intergalactic medium, and it provides greater accuracy compared to the pixel-by-pixel approach. We measure a velocity drift of the Lyman-$\alpha$ forest consistent with zero: $\Delta v = -1.25\pm 4.45 {\rm ms^{-1}}$, equivalent to a cosmological drift of $\dot{v}=-1.43\pm 5.09 {\rm ms^{-1}yr^{-1}}$ or $\dot{z}= (-2.19\pm7.77) \times 10^{-8}{\rm yr^{-1}}$. The measurement uncertainties are on par with the expected precision. We estimate that reaching a 99% detection of the cosmic drift requires a monitoring campaign of 5400 hours of integration time over 54 years with an ELT and an ANDES-like high-resolution spectrograph. | 遠方天体の赤方偏移の時間的変化、すなわち赤方偏移ドリフトの測定は、宇宙の膨張と宇宙論を探る手がかりとなる。 我々は、明るいクエーサーのスペクトルにおけるライマンαフォレストを宇宙膨張のトレーサーとして用い、この効果の測定に向けた第一歩を踏み出す。 我々の目標は、現在利用可能な信号対雑音比（S/N）でどの程度の精度で速度シフト測定を実施できるか、そしてその精度がこれまでの理論的予測と一致するかどうかを明らかにすることである。 達成可能な測定精度を正確に評価することは、プロジェクト全体の所要時間を見積もる上で不可欠である。 我々は、既知で最も明るいクエーサーJ052915.80-435152.0（z=3.962）について、0.875年にわたる12時間のESPRESSO観測を行い、ライマンαフォレストの高分解能スペクトルを得た。 連続波における1km/sピクセルあたりの平均S/N比は約86である。 観測データは2つのエポックに分割し、ピクセル単位の手法とモデルベースの手法の両方を用いて解析した。 この比較により、エポック間の速度シフトと、このS/N比で達成可能な速度精度を推定することができる。 モデルベースの手法は、銀河間物質の高解像度シミュレーションを用いて較正されており、ピクセル単位の手法と比較して高い精度を提供する。 我々は、ライマン-$\alpha$フォレストの速度ドリフトを測定しました。 これは、$\Delta v = -1.25\pm 4.45 {\rm ms^{-1}}$ とゼロと整合しており、これは宇宙ドリフトに換算すると、$\dot{v}=-1.43\pm 5.09 {\rm ms^{-1}yr^{-1}}$ または $\dot{z}= (-2.19\pm7.77) \times 10^{-8}{\rm yr^{-1}}$ となります。 測定の不確かさは、期待される精度と同程度です。 宇宙ドリフトの99%検出には、ELTとANDESに匹敵する高解像度分光器を用いて、54年間にわたり5400時間の積算時間の監視キャンペーンが必要であると見積もっています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The first direct detection of gravitational waves by the LIGO collaboration, GW150914, marked the start of a new exciting era in astronomy, enabling the study of the Universe through a new messenger. Since then, the field has grown rapidly, with the development of increasingly more sophisticated techniques to detect, analyze and interpret the signals. In this paper we revisit GW150914, presenting updated estimates of its source parameters using a waveform model developed within the EOB formalism, able to describe gravitational-wave emission from generic non-circular, non-planar binaries. We provide a comprehensive analysis of the signal and its properties, considering and contrasting various scenarios for the source: from the simplest, aligned-spin quasi-circular binary black hole merger, to more complex scenarios, including precession, eccentricity or both. Unsurprisingly, we find that the signal is consistent with a quasi-circular ($e < 0.08$ at $15$ Hz), slowly spinning $(\chi_{\rm eff} = -0.03^{+0.12}_{-0.13})$ binary black hole merger, a-posteriori validating a considerable body of works. This is the first analysis performed with an inspiral-merger-ringdown model containing both eccentricity and precession. | LIGO共同研究による重力波の初の直接検出であるGW150914は、天文学における刺激的な新時代の幕開けとなり、新たなメッセンジャーを通して宇宙を研究することが可能になりました。 それ以来、重力波の検出、解析、解釈のためのより洗練された技術の開発に伴い、この分野は急速に発展してきました。 本論文では、GW150914を再検証し、EOB形式論に基づいて開発された波形モデルを用いて、その源パラメータの最新の推定値を提示します。 このモデルは、一般的な非円形、非平面状の連星からの重力波放射を記述できます。 本論文では、この重力波とその特性を包括的に解析し、最も単純な整列スピン準円形連星ブラックホール合体から、歳差運動、離心率、またはその両方を含むより複雑なシナリオまで、源に関する様々なシナリオを検討・比較します。 予想通り、この信号は、準円形（15Hzで$e < 0.08$）でゆっくり回転する連星ブラックホールの合体（$(\chi_{\rm eff} = -0.03^{+0.12}_{-0.13})）と一致しており、事後的に多くの研究結果を検証しています。 これは、離心率と歳差運動の両方を含むインスパイラル・マージャー・リングダウンモデルを用いて行った最初の解析です。 |