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| Original Text | 日本語訳 |
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| We study static, spherically symmetric neutron stars in a class of scalar-tensor theories with non-canonical kinetic terms (K-essence) obeying all causality and hyperbolicity conditions. These models have non-trivial dynamics that lead to a type of anti-screening of the scalar. They lead to small corrections in the solar system due to a small coupling, but can lead to large corrections in regimes of high densities, especially neutron stars. We solve the modified Tolman-Oppenheimer-Volkoff equations numerically using realistic equations of state (SLy4, WFF1, MS1, MPA1). For a given central density, we find that two distinct configurations may exist, forming two separate branches of solutions. We find that above a certain critical central density solutions with the correct asymptotic behavior at spatial infinity cannot be obtained. We obtain precise predictions for the mass-radius relation for neutron stars for different values of the parameters in the model and we compare to data. | 我々は、すべての因果律と双曲性条件に従う非正準運動項（Kエッセンス）を持つスカラーテンソル理論のクラスにおいて、静的で球対称な中性子星を研究する。 これらのモデルは、ある種のスカラー反遮蔽をもたらす非自明なダイナミクスを持つ。 太陽系では小さな結合のために小さな補正が生じるが、高密度領域、特に中性子星では大きな補正が生じる可能性がある。 我々は、現実的な状態方程式（SLy4、WFF1、MS1、MPA1）を用いて、修正されたトールマン・オッペンハイマー・ヴォルコフ方程式を数値的に解く。 与えられた中心密度に対して、2つの異なる構成が存在し、2つの異なる解の枝を形成する可能性があることがわかった。 ある臨界中心密度を超えると、空間無限遠で正しい漸近挙動を示す解は得られないことがわかった。 我々は、モデルのパラメータを様々な値に設定した場合における中性子星の質量と半径の関係について、正確な予測値を得て、データと比較した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the derivation of the Einstein field equations via Hamilton's principle, the inclusion of a boundary term is essential to render the variational problem well-posed, as it addresses variations that do not vanish at the boundary of the spacetime manifold. Typically, this term is chosen as the Gibbons-Hawking-York boundary term. In this work, we propose an alternative treatment of the boundary term within a cosmological framework by employing the Lagrange multiplier method. This approach enforces the vanishing of the boundary term throughout the evolution of the Universe, leading to the prediction of a fluid component that decays as the sixth power of the scale factor. This type of fluid has been studied in the context of the early universe under the name of stiff matter, and it can be related to a scalar field known as kination. | ハミルトン原理によるアインシュタイン場の方程式の導出において、境界項の導入は変分問題を適切とするために不可欠である。 なぜなら、境界項は時空多様体の境界で消滅しない変分を扱うからである。 典型的には、この項はギボンズ-ホーキング-ヨーク境界項として選択される。 本研究では、ラグランジュ乗数法を用いることで、宇宙論的枠組みの中で境界項を別の方法で扱うことを提案する。 このアプローチは、宇宙の進化を通して境界項が消滅することを強制し、スケールファクターの6乗に比例して減少する流体成分の存在を予測する。 この種の流体は、初期宇宙において剛体物質という名称で研究されており、キネーションとして知られるスカラー場と関連付けることができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Bousso and Stanford (BS) argued that the black hole final state proposal leads to acausal effects and ill-defined probabilities for the AMPS experiment. We identify a loophole in their analysis using insights from entanglement wedge reconstruction and replica wormholes. We trace the cause of the BS problems to the misidentification of the physical interior where the second AMPS measurement happens from among the multiple interiors introduced by the first measurement. | ブッソとスタンフォード（BS）は、ブラックホール最終状態提案はAMPS実験において因果関係のない効果と不明確な確率をもたらすと主張した。 我々は、エンタングルメントウェッジ再構成とレプリカワームホールからの知見を用いて、彼らの分析における抜け穴を特定する。 BS問題の原因は、最初の測定によって導入された複数の内部空間の中から2回目のAMPS測定が行われるという、物理的内部空間の誤認にあることを突き止める。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the context of the general effort to model black hole dynamics, and in particular their return-to-equilibrium through quasi-normal modes, it is crucial to understand how much test-field perturbations deviate from physical perturbations in modified gravity scenarios. On the one hand, physical perturbations follow the modified Einstein equations of the considered extension of general relativity. The complexity of those equations can quickly escalate with extra fields and non-linear couplings. On the other hand, test-field perturbations, with negligible back-reaction on the space-time geometry, describe the propagation of both matter fields and spin $s=2$ gravitational waves on the black hole geometry. They are not subject to the intricacies of the modified Einstein equations, and only probe the background spacetime metric. If their physics were to not deviate significantly from physical perturbations, they would be especially useful to investigate predictions from quantum gravity scenarios which lack explicit detailed Einstein equations. Here we focus on a specific modified gravity solution -- BCL black holes in scalar-tensor theories -- for which physical perturbations and related QNM frequencies have already been studied and computed numerically. We compute the test-field QNM frequencies and compare the two QNM spectra. This provides a concrete example of the significant differences arising between test-fields and physical perturbations, and flags unphysical deviations related to the test-field framework. | ブラックホールのダイナミクス、特に準基準モードによる平衡状態への回帰をモデル化する一般的な取り組みの文脈において、修正重力シナリオにおけるテストフィールド摂動が物理的摂動からどの程度逸脱するかを理解することは極めて重要である。 一方で、物理的摂動は、検討されている一般相対論の拡張における修正アインシュタイン方程式に従う。 これらの方程式の複雑さは、余分な場や非線形結合によって急速に増大する可能性がある。 他方、時空幾何への反作用が無視できるテストフィールド摂動は、ブラックホール幾何における物質場とスピン$s=2$重力波の両方の伝播を記述する。 それらは修正アインシュタイン方程式の複雑さの影響を受けず、背景時空計量のみを調べる。 もしそれらの物理が物理的摂動から大きく逸脱しないのであれば、明示的で詳細なアインシュタイン方程式を欠く量子重力シナリオからの予測を調査するのに特に有用であろう。 ここでは、物理的摂動と関連するQNM周波数が既に研究され、数値的に計算されている、特定の修正重力解、すなわちスカラー-テンソル理論におけるBCLブラックホールに焦点を当てる。 テストフィールドのQNM周波数を計算し、2つのQNMスペクトルを比較する。 これは、テストフィールドと物理的摂動の間に生じる大きな違いの具体的な例を示し、テストフィールドの枠組みに関連する非物理的な逸脱を警告する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This book is a philosopher's introduction to the idea that our universe is just one of many universes. I present and assess three versions of the idea: one version from philosophy, and two from physics. In short, they are: all the logically possible worlds; all the branches of the quantum state, in an Everettian interpretation of quantum theory; and all the bubbles of inflationary cosmology. For each proposal, I choose one main philosophical question to discuss in depth. They are, respectively: what is a possible world; what is chance; and what is explanation. But before treating these proposals and their associated questions, I set the stage by reviewing physics and philosophy from about 1600 to about 1900; and a final Chapter compares and contrasts the proposals. | 本書は、私たちの宇宙は数多くの宇宙の一つに過ぎないという考えを哲学者が入門的に解説したものです。 この考えについて、哲学から1つ、物理学から2つ、計3つのバージョンを提示し、評価します。 簡単に言うと、論理的に可能な世界すべて、量子論のエヴェレット的解釈における量子状態のすべての分岐、そしてインフレーション宇宙論におけるすべてのバブルです。 それぞれの提案について、主要な哲学的問いを一つ選び、深く考察します。 それはそれぞれ、「可能世界とは何か」「偶然とは何か」「説明とは何か」です。 しかし、これらの提案とそれに関連する問いを扱う前に、1600年頃から1900年頃までの物理学と哲学を概観することで、本書の土台を築きます。 そして最終章では、これらの提案を比較対照します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we examine the structure scalars formed from the orthogonal splitting of the Riemann tensor of the spacetime metric describing the interior of a charged matter configuration undergoing dissipative collapse in $f(R,T)$ gravity, and how they influence the various physical parameters of the collapsing matter. A treatment is provided for the unspecified $f(R, T)$ function, and the nature of the results for a linear $f(R, T)$ function is presented. In the absence of dissipation, the energy density inhomogeneity is influenced by $X_{TF}$ and the mass function. Further, the presence of charge affects the structure scalars and the total mass-energy content. The dependence of various physical parameters, such as heat dissipation, energy density inhomogeneity, evolution of the expansion scalar, the shear scalar, effective homogeneous energy density, and pressure anisotropy, on the structure scalars has been clearly indicated. | 本論文では、$f(R,T)$重力下で散逸崩壊する荷電物質配置の内部を記述する時空計量のリーマンテンソルの直交分解から形成される構造スカラー、およびそれらが崩壊する物質の様々な物理的パラメータにどのように影響するかを検討する。 未指定の$f(R, T)$関数に対する処理が提供され、線形$f(R, T)$関数の結果の性質が示される。 散逸がない場合、エネルギー密度の不均一性は$X_{TF}$と質量関数の影響を受ける。 さらに、電荷の存在は構造スカラーと全質量エネルギー量に影響を及ぼす。 熱放散、エネルギー密度の不均一性、膨張スカラーの変化、せん断スカラー、実効均一エネルギー密度、圧力異方性など、様々な物理的パラメータが構造スカラーに依存することが明確に示されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider DHOST inflationary models with a shift symmetry leading to a de Sitter space-time at the background cosmological level. Deviations from scale invariance of the scalar and tensor perturbations follow from the breaking of the shift symmetry by quadratic and quartic operators. These models show a strong violation of the consistency relation of single-field inflationary models with a very flat spectrum of tensor perturbations. This opens up the prospects of future detection of primordial gravitational waves by mHz experiments. | 背景宇宙レベルでド・ジッター時空をもたらすシフト対称性を持つDHOSTインフレーション模型を考察する。 スカラーおよびテンソル摂動のスケール不変性からの逸脱は、2次および4次演算子によるシフト対称性の破れに起因する。 これらの模型は、テンソル摂動の非常に平坦なスペクトルを持つ単一場インフレーション模型の無矛盾性関係を強く破ることを示す。 これは、将来、mHz実験による原始重力波の検出の可能性を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational Wave (GW) signals from Binary Neutron Star (BNS) mergers provide critical insights into the properties of matter under extreme conditions. Due to the scarcity of observational data, Numerical Relativity (NR) simulations are indispensable for exploring these phenomena. However, simulating BNS mergers is a formidable challenge, and ensuring the consistency, reliability or convergence, especially in the post-merger, remains a work in progress. In this paper we assess the performance of current BNS merger simulations by analyzing open-source GW waveforms from five leading NR codes - SACRA, BAM, THC, Whisky amd SpEC. We focus on the accuracy of these simulations and on the effect of the equation of state (EOS) on waveform predictions. We first check if different codes give similar results for similar initial data, then apply two methods to calculate convergence and quantify discretization errors. Lastly, we perform a thorough investigation into the effect of tidal interactions on key frequencies in the GW spectrum. We introduce a novel quasi-universal relation for the transient post-merger time, enhancing our understanding of remnant dynamics in this region. This detailed analysis clarifies agreements and discrepancies between these leading NR codes, and highlights necessary improvements for the advanced accuracy requirements of future GW detectors. | 連星中性子星（BNS）合体からの重力波（GW）信号は、極限状況下における物質の特性に関する重要な知見を提供します。 観測データの不足により、これらの現象の探究には数値相対論（NR）シミュレーションが不可欠です。 しかし、BNS合体のシミュレーションは困難な課題であり、特に合体後の一貫性、信頼性、収束性を確保することは依然として課題となっています。 本稿では、SACRA、BAM、THC、Whisky、SpECという5つの主要なNRコードから取得したオープンソースの重力波波形を解析することにより、現在のBNS合体シミュレーションの性能を評価します。 これらのシミュレーションの精度と、状態方程式（EOS）が波形予測に与える影響に焦点を当てます。 まず、異なるコードが同様の初期データに対して同様の結果を与えるかどうかを確認し、次に2つの手法を適用して収束性を計算し、離散化誤差を定量化します。 最後に、重力波スペクトルの主要な周波数に対する潮汐相互作用の影響について徹底的な調査を行います。 過渡的な合体後時間に関する新しい準普遍関係を導入し、この領域における残余銀河のダイナミクスに関する理解を深めます。 この詳細な分析は、これらの主要なNRコード間の一致点と相違点を明らかにし、将来の重力波検出器に求められる高度な精度要件を満たすために必要な改善点を浮き彫りにします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Primordial scalar curvature perturbations ($\zeta$), typically probed on large cosmological scales via CMB and LSS observations, can be significantly enhanced on smaller scales by various early Universe mechanisms, for instance, non-minimal inflationary models. While decoupled at linear order, scalar and tensor perturbations, i.e., Gravitational Waves (GWs), interact at second order. As a consequence, an enhanced primordial scalar power spectrum $P_\zeta(k)$ can source a sizable stochastic GW background (SGWB). In these proceedings, we briefly review the generation mechanism of such signals, typically referred to as scalar-induced GWs (SIGWs), and discuss the prospects of measuring them with present and future Pulsar Timing Arrays datasets and future GW observatories like the Laser Interferometer Space Antenna LISA. | 原始的スカラー曲率摂動（$\zeta$）は、通常、CMBおよびLSS観測によって大規模な宇宙論的スケールで探査されますが、より小規模なスケールでは、様々な初期宇宙メカニズム、例えば非極小インフレーションモデルによって大幅に増強される可能性があります。 スカラー摂動とテンソル摂動、すなわち重力波（GW）は、線形オーダーでは分離されていますが、二次オーダーでは相互作用します。 その結果、増強された原始的スカラーパワースペクトル$P_\zeta(k)$は、かなり大きな確率的重力背景（SGWB）の源となり得ます。 本稿では、一般的にスカラー誘起重力波（SIGW）と呼ばれるこのような信号の発生メカニズムを簡単に概説し、現在および将来のパルサータイミングアレイデータセット、そしてレーザー干渉計宇宙アンテナLISAのような将来の重力波観測所によってそれらを測定する可能性について議論する。 |
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| We propose new versions of the slow-roll approximation for inflationary models with nonminimally coupled scalar fields. We derive more precise expressions for the standard slow-roll parameters as functions of the scalar field. To verify the accuracy of the proposed approximations, we consider inflationary models with the induced gravity term and the fourth-order monomial potential. For specific values of the model parameters, this model is the well-known Higgs-driven inflationary model. We investigate the inflationary dynamics in the Jordan frame and come to the conclusion that the proposed versions of the slow-roll approximation are not only more accurate at the end of inflation, but also give essentially more precise estimations for the tensor-to-scalar ratio $r$ and the amplitude of scalar perturbations $A_s$. | 我々は、非最小結合スカラー場を持つインフレーション模型に対するスローロール近似の新しいバージョンを提案する。 標準的なスローロールパラメータをスカラー場の関数としてより正確な表現式を導出する。 提案された近似の精度を検証するために、誘導重力項と4次単項式ポテンシャルを持つインフレーション模型を考える。 模型パラメータの特定の値に対して、このモデルはよく知られたヒッグス駆動インフレーション模型となる。 我々はジョルダン座標系におけるインフレーション動力学を調べ、提案されたスローロール近似はインフレーション終了時においてより正確であるだけでなく、テンソル対スカラー比$r$とスカラー摂動の振幅$A_s$に関して本質的により正確な推定値を与えるという結論に達した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the realm of relativistic astrophysics, the ideal equation of state with a constant adiabatic index provides a poor approximation due to its inconsistency with relativistic kinetic theory. However, it is a common practice to use it for relativistic fluid flow equations due to its simplicity. Here we develop a high-order Lax-Wendroff flux reconstruction method on Cartesian grids for solving special relativistic hydrodynamics equations with several general equations of state available in the literature. We also study the conversion from conservative to primitive variables, which depends on the equation of state in use, and provide an alternative method of conversion when the existing approach does not succeed. For the admissibility of the solution, we blend the high-order method with a low-order method on sub-cells and prove its physical admissible property in the case of all the equations of state used here. Lastly, we validate the scheme by several test cases having strong discontinuities, large Lorentz factor, and low density or pressure in one and two dimensions. | 相対論的天体物理学の分野において、定数断熱指数を持つ理想状態方程式は、相対論的運動論と矛盾するため、あまり良い近似とは言えません。 しかしながら、その単純さゆえに、相対論的流体方程式では一般的に用いられています。 本研究では、文献で入手可能ないくつかの一般的な状態方程式を用いて特殊相対論的流体力学方程式を解くための、直交座標格子上での高次Lax-Wendroffフラックス再構成法を開発します。 また、使用する状態方程式に依存する、保存変数からプリミティブ変数への変換についても検討し、既存の手法が成功しない場合の代替変換法を提示します。 解の許容性については、高次法とサブセル上の低次法を組み合わせ、ここで使用するすべての状態方程式において、その物理的許容特性を証明します。 最後に、強い不連続性、大きなローレンツ因子、および1次元と2次元における低密度または低圧力を伴ういくつかのテストケースによって、この方式を検証します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study causality constraints on black hole thermodynamics in nonlinear electrodynamics, where the Lagrangian is taken to be an arbitrary function of the electromagnetic field strength tensor. By requiring the absence of superluminal propagation, we show that the mass-to-charge ratio of extremal black holes exhibits a certain monotonicity previously studied in the context of the weak gravity conjecture. Furthermore, under the same condition, we demonstrate that the entropy-to-mass-squared ratio of black holes, which we interpret as an entropy density, decreases monotonically with increasing mass, while keeping the mass-to-charge ratio fixed. This new monotonicity property extends previous studies on the positivity of four-derivative corrections to black hole entropy in the microcanonical ensemble to all orders in nonlinear electrodynamics. | 我々は、非線形電気力学におけるブラックホール熱力学に対する因果律制約を研究する。 ここでは、ラグランジアンを電磁場強度テンソルの任意の関数とする。 超光速伝播が存在しないことを前提として、極限ブラックホールの質量電荷比が、弱重力予想の文脈で以前に研究された一定の単調性を示すことを示す。 さらに、同じ条件下で、ブラックホールのエントロピー対質量二乗比（エントロピー密度と解釈する）は、質量電荷比を一定に保ちながら、質量が増加するにつれて単調に減少することを示す。 この新しい単調性特性は、ミクロカノニカル集団におけるブラックホールエントロピーに対する4次微分補正の正値性に関するこれまでの研究を、非線形電気力学のあらゆるオーダーに拡張する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the thermodynamics of a class of four-dimensional black hole solutions arising from the compactification of a higher-curvature gravity theory featuring an infinite tower of Lovelock-type invariants. For planar horizons, we identify two distinct branches: a regular black hole supported by a nontrivial scalar field and a non-regular general relativity (GR) solution with a trivial scalar profile. Despite their differing geometries, both branches share the same free energy at fixed temperature, revealing a thermodynamic degeneracy naturally linked to the enhanced symmetry and scale invariance of the planar base manifold. In the case of a spherical horizon, even if the scalarized branch is not obtained in closed form, one can see that the degeneracy persists in the absence of the quadratic curvature contribution. On the other hand, if this quadratic term is taken into account, the regular solution may be thermodynamically favored (or not) over the Schwarzschild-AdS solution depending on the values of the coupling constants of the theory. | ラブロック型不変量の無限塔を特徴とする高曲率重力理論のコンパクト化から生じる4次元ブラックホール解のクラスの熱力学を研究する。 平面地平線については、2つの異なる枝を同定する。 1つは非自明なスカラー場によって支えられた正則ブラックホール、もう1つは自明なスカラープロファイルを持つ非正則な一般相対論（GR）解である。 形状は異なるものの、両方の枝は固定温度において同じ自由エネルギーを共有しており、平面基底多様体の強化された対称性とスケール不変性に自然に結びついた熱力学的退化を明らかにしている。 球面地平線の場合、スカラー化された枝が閉じた形で得られなくても、2次曲率の寄与がない場合でも退化が持続することがわかる。 一方、この二次項を考慮すると、理論の結合定数の値に依存して、シュワルツシルト-AdS解よりも正則解が熱力学的に有利になる（または不利になる）可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop an analytic model that extends classical white hole geometry by incorporating both radiative dynamics and electric charge. Starting from a maximal analytic extension of the Schwarzschild white hole via Kruskal Szekeres coordinates, we introduce a time dependent mass function, representative of outgoing null dust to model evaporation. Building on this foundation, the study then integrates the Reissner-Nordstr\"om framework to obtain a dynamic, charged white hole solution in double null coordinates. In the resulting Vaidya Reissner Nordstr\"om metric, both the Bondi mass and the associated charge decrease monotonically with retarded time, capturing the interplay of radiation and electromagnetic effects. Detailed analysis of horizon behavior reveals how mass loss and charge shedding modify the causal structure, ensuring that energy conditions are preserved and cosmic censorship is maintained. | 我々は、放射ダイナミクスと電荷の両方を組み込むことで、古典的なホワイトホール幾何学を拡張する解析モデルを開発する。 クラスカル・シェケレス座標系を介したシュワルツシルト・ホワイトホールの最大解析的拡張から出発し、蒸発をモデル化するために、放出されるヌルダストを表す時間依存質量関数を導入する。 この基礎の上に、本研究ではライスナー・ノルドストロームの枠組みを統合し、二重ヌル座標における動的荷電ホワイトホール解を得る。 得られたヴァイディア・ライスナー・ノルドストローム計量では、ボンディ質量とそれに伴う電荷はともに遅延時間とともに単調に減少し、放射効果と電磁効果の相互作用を捉える。 地平線の挙動の詳細な解析により、質量損失と電荷放出がどのように因果構造を変化させ、エネルギー条件が維持され、宇宙検閲が維持されるかが明らかになる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the present article, we have obtained an exact analytical solution of six-dimensional pure Gauss-Bonnet gravity in the presence of both NUT and Maxwell charges. The topology of the horizon is chosen to be the product of two 2-spheres. Upon evaluating the solution, we study the spacetime properties, such as event horizon and singularity, and obtain the ranges of parameter space where the solution is valid. We discuss how the presence of Maxwell charges may impact the solution's asymptotic expansion and what distinctive effects it will bring to the geometry. The thermodynamic properties of the solution are also discussed, emphasizing the interplay between NUT and Maxwell charges. | 本稿では、NUT電荷とマクスウェル電荷の両方が存在する場合の6次元純粋ガウス・ボネ重力の正確な解析解を得た。 地平線の位相は、2つの2次元球面の積として選択される。 解を評価するにあたり、事象の地平線や特異点などの時空特性を調べ、解が有効なパラメータ空間の範囲を求める。 マクスウェル電荷の存在が解の漸近展開にどのような影響を与えるか、そしてそれが幾何学にどのような独特の効果をもたらすかを議論する。 また、解の熱力学的性質についても議論し、特にNUT電荷とマクスウェル電荷の相互作用に重点を置く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this letter, we show that the Semiclassical Einstein's Field Equation can be recovered using the generalized entropy $S_{gen}$. This approach is reminiscent of non-equilibrium thermodynamics. Furthermore, contrary to the entanglement equilibrium approach of deriving the semiclassical Einstein's equation, this approach does not require any such assumptions and still recovers its correct form. Therefore, in a sense, we also show the validity of the semiclassical approximation, a crucial approach for establishing a number of important ideas such as the Hawking effect. | 本稿では、半古典的アインシュタイン場の方程式が一般化エントロピー$S_{gen}$を用いて復元できることを示す。 このアプローチは非平衡熱力学を彷彿とさせる。 さらに、半古典的アインシュタイン方程式を導くエンタングルメント平衡アプローチとは異なり、このアプローチはそのような仮定を必要とせず、それでも正しい形を復元する。 したがって、ある意味では、ホーキング効果のような多くの重要なアイデアを確立するための重要なアプローチである半古典的近似の妥当性も示すことになる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze linear fluctuations of five-dimensional Einstein-Dilaton theories dual to holographic quantum field theories defined on four-dimensional de Sitter and Anti-de Sitter space-times. We identify the physical propagating scalar and tensor degrees of freedom. For these, we write the linearized bulk field equations as eigenvalue equations. In the dual QFT, the eigenstates correspond to towers of spin-0 and spin-2 particles propagating on $(A)dS_4$ associated to gauge-invariant composite states. Using particular care in treating special ``zero-modes,'' we show in general that, for negative curvature, the particle spectra are always discrete, whereas for positive curvature they always have a continuous component starting at $m^2 = (9/4)\alpha^{-2}$, where $\alpha$ is the $(A)dS_4$ radius. We numerically compute the spectra in a concrete model characterized by a polynomial dilaton bulk potential admitting holographic RG-flow solutions with a UV and IR fixed points. In this case, we find no discrete spectrum and no perturbative instabilities. | 4次元ド・ジッター時空および反ド・ジッター時空上で定義されたホログラフィック量子場理論と双対となる5次元アインシュタイン-ディラトン理論の線形変動を解析する。 物理的に伝播するスカラー自由度とテンソル自由度を同定する。 これらについて、線形化されたバルク場方程式を固有値方程式として書く。 双対QFTにおいて、固有状態は、ゲージ不変な複合状態に関連する$(A)dS_4$上を伝播するスピン0およびスピン2粒子の塔に対応する。 特別な「ゼロモード」の扱いに特に注意を払い、一般に、負の曲率に対しては粒子スペクトルは常に離散的であるのに対し、正の曲率に対しては粒子スペクトルは常に$m^2 = (9/4)\alpha^{-2}$から始まる連続成分を持つことを示す。 ここで、$\alpha$は$(A)dS_4$半径である。 我々は、UVおよびIR固定点を持つホログラフィックRGフロー解を許容する多項式ディラトンバルクポテンシャルで特徴付けられる具体的なモデルにおいて、スペクトルを数値的に計算した。 この場合、離散スペクトルおよび摂動不安定性は見られなかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent progress on the black hole information paradox has reproduced the Page curve as required by the unitary evolution of the black hole entanglement entropy. In this Letter, we will argue that, the quantum speed limit on how fast a quantum system can evolve unitarily, when saturating the maximal information transmission bounds (Pendry's bound and Bremermann-Bekenstein bound), will slow down the would-be divergent rate of dynamical black hole entropy decreasing at the very end of the Hawking evaporation, during which the Penrose inequality from cosmic censorship conjecture is exactly saturated. Therefore, an evaporating Schwarzschild black hole is the fastest transmitter of information in nature. Further applying the Bremermann-Bekenstein bound on the de Sitter entanglement entropy exactly reproduces the trans-Planckian censorship conjecture, indicating that the would-be-ended inflating de Sitter space is the fastest receiver of information in nature. | ブラックホール情報パラドックスに関する最近の進歩は、ブラックホールエンタングルメントエントロピーのユニタリー進化に求められるページ曲線を再現した。 本稿では、最大情報伝達限界（ペンドリーの限界とブレマーマン・ベッケンシュタインの限界）を飽和させた際に、量子系がユニタリー進化できる速度に関する量子速度限界が、ホーキング蒸発のまさに終焉、すなわち宇宙検閲予想からのペンローズ不等式がちょうど飽和する時点において、動的ブラックホールエントロピーの減少の発散速度を遅くするであろうことを主張する。 したがって、蒸発するシュワルツシルトブラックホールは、自然界で最も高速な情報伝達装置である。 さらに、ド・ジッターエンタングルメントエントロピーにブレーマーマン・ベッケンシュタイン境界を適用すると、トランスプランク検閲予想が正確に再現され、終了するはずのインフレーションド・ジッター空間が自然界で最も高速な情報受信機であることが示されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quadratic gravity is a fourth-order (in derivatives) theory that can serve as an attractive upgrade to the standard description of gravity provided by General Relativity, thanks to its renormalizability and its built-in description of primordial inflation. We bring quadratic gravity into a second-order form by introducing an auxiliary tensor field and we consider the primordial tensor fluctuations (gravitational waves) in the theory around a Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker background. After a canonical quantization of the perturbations, we calculate the tensor power spectrum in quasi de Sitter spacetime. We find that the spectral index $n_t$ and the amplitude $A_t$ of the tensor power spectrum are both suppressed by the factor $(1 + 2{\bf H}^2_*/m_\text{gh}^2)^{-1}$, where ${\bf H}_*$ is the Hubble rate at horizon exit and $m_\text{gh}$ is the mass of the spin-two ghost. This restores the slow-roll consistency condition familiar from single-field inflation models, where the tensor-to-scalar ratio $r$ is equal to $-8n_t$ in the lowest nontrivial order in the slow-roll approximation. We also discuss the well-known issue of the ghost problem in fourth-order theories and how it pertains to the results at hand. | 二次重力理論は、その繰り込み可能性と原始的インフレーションの組み込み記述により、一般相対論によって提供される重力の標準的な記述に対する魅力的なアップグレードとなり得る（微分において）四次の理論である。 我々は補助テンソル場を導入することで二次重力理論を二次の形式にし、フリードマン-ルメートル-ロバートソン-ウォーカー背景の周りの理論における原始テンソル変動（重力波）を考慮する。 摂動を正準量子化した後、擬ド・ジッター時空におけるテンソルのパワースペクトルを計算する。 テンソルパワースペクトルのスペクトル指数$n_t$と振幅$A_t$はともに、係数$(1 + 2{\bf H}^2_*/m_\text{gh}^2)^{-1}$によって抑制されることがわかった。 ここで、${\bf H}_*$は地平線出口におけるハッブル率、$m_\text{gh}$はスピン2ゴーストの質量である。 これは、単一場インフレーション模型でよく知られているスローロール無矛盾条件を回復する。 この条件では、テンソル対スカラー比$r$は、スローロール近似における最低の非自明次数で$-8n_t$に等しい。 また、4次理論におけるゴースト問題というよく知られた問題と、それが本研究の結果とどのように関係するかについても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The criterion for existence of gravitational radiation at conformal infinity in the presence of a positive cosmological constant is applied to a general family of exact solutions representing generic (pairs of) black holes of algebraic type D. Our analysis shows that only accelerating black holes generate gravitational radiation measurable at infinity. This very satisfactory result confirms the goodness of the criterion. To that end, a new metric form of the family of exact type D black holes is constructed -- including any cosmological constant and a (double-aligned) non-null electromagnetic field -- whose expression is suitable for investigation of the asymptotic structure of this large family of spacetimes. The family depends on seven physical parameters, namely $m$, $a$, $l$, $\alpha$, $e$, $g$, and $\Lambda$ that characterize mass, specific angular momentum parameter, NUT parameter, acceleration, electric and magnetic charges, and the cosmological constant, respectively. | 正の宇宙定数が存在する場合の共形無限遠における重力放射の存在基準を、代数型Dの一般的なブラックホール（のペア）を表す厳密解の一般族に適用する。 我々の解析は、加速するブラックホールのみが無限遠で測定可能な重力放射を生成することを示した。 この非常に満足のいく結果は、この基準の妥当性を裏付けるものである。 この目的のために、任意の宇宙定数と（二重整列した）非ヌル電磁場を含む、厳密なD型ブラックホール族の新しい計量形式が構築され、その表現は、この大きな時空の族の漸近構造を調べるのに適している。 この族は7つの物理パラメータ、すなわち質量、比角運動量パラメータ、NUTパラメータ、加速度、電荷と磁荷、宇宙定数を表す$m$、$a$、$l$、$\alpha$、$e$、$g$、$\Lambda$に依存します。 |
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| In this study, we investigate the polarization properties of gravitational waves within a torsionless spacetime framework, as described by the Palatini formalism. Our analysis uncovers the presence of two novel polarization modes, referred to as shear modes, which extend beyond the traditional set of six modes in a four-dimensional Riemannian spacetime. These shear modes, uniquely driven by vector degrees of freedom associated with non-metricity, are classified as vector modes, and their detection provides a unique opportunity to explore the fundamental structure of spacetime and to test gravity theories. These modes extend the standard gravitational wave polarization paradigm and provide novel observational signatures for gravitational wave detectors. | 本研究では、パラティーニ形式論によって記述される、ねじれのない時空枠組みにおける重力波の偏光特性を調査する。 解析の結果、4次元リーマン時空における従来の6つのモードの集合を超える、シアモードと呼ばれる2つの新しい偏光モードの存在が明らかになった。 非計量性に関連するベクトル自由度によって独自に駆動されるこれらのシアモードはベクトルモードに分類され、その検出は時空の基本構造を探究し、重力理論を検証するまたとない機会を提供する。 これらのモードは標準的な重力波偏光パラダイムを拡張し、重力波検出器に新たな観測シグネチャーを提供する。 |
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| We suggest a quantum circuit model which simulates the black-hole evaporation process. In particular, Almheiri-Marolf-Polchinski-Sully (AMPS) paradox and the ER=EPR correspondence are reconsidered regarding our proposed model, which assumes a Maxwell's demon operating within a black hole interior. In other words, we form a quantum circuit, mimicking the behavior of the entanglement structure of the near-horizon region and the early Hawking radiation located far from the black hole. Furthermore, we indicate how the demon, by applying nonlocal correlations, can mediate via Einstein-Rosen bridges for the purpose of simulating the transfer of quantum information across the horizon without violating the monogamy of entanglement. Finally, the thermodynamic cost of the demon's operations regarding Landauer's principle is analyzed. This indicates that the information erasure has an energy comparable to the black hole entropy. | ブラックホール蒸発過程をシミュレートする量子回路モデルを提案する。 特に、ブラックホール内部で動作するマクスウェル悪魔を仮定する提案モデルに関して、アルムヘイリ-マロルフ-ポルチンスキー-サリー（AMPS）パラドックスとER=EPR対応を再検討する。 言い換えれば、ブラックホール近傍領域のエンタングルメント構造とブラックホールから遠く離れた初期ホーキング放射の挙動を模倣する量子回路を形成する。 さらに、非局所相関を適用することで、悪魔がアインシュタイン-ローゼン橋を介して媒介し、エンタングルメントの一夫一婦制を破ることなく地平線を越えた量子情報の転送をシミュレートする方法を示す。 最後に、ランダウアー原理に関する悪魔の動作の熱力学的コストを分析する。 これは、情報消去のエネルギーがブラックホールエントロピーに匹敵することを示す。 |
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| We provide a general analysis of the asymptotic behaviour of perturbative contributions to observables in arbitrary power-law FRW cosmologies, indistinctly the Bunch-Davies wavefunction and cosmological correlators. We consider a large class of scalar toy models, including conformally-coupled and massless scalars in arbitrary dimensions, that admits a first principle definition in terms of (generalised/weighted) cosmological polytopes. The perturbative contributions to an observable can be expressed as an integral of the canonical function associated to such polytopes and to weighted graphs. We show how the asymptotic behaviour of these integrals is governed by a special class of nestohedra living in the graph-weight space, both at tree and loop level. As the singularities of a cosmological process described by a graph can be associated to its subgraphs, we provide a realisation of the nestohedra as a sequential truncation of a top-dimensional simplex based on the underlying graph. This allows us to determine all the possible directions -- both in the infrared and in the ultraviolet --, where the integral can diverge as well as their divergence degree. Both of them are associated to the facets of the nestohedra, which are identified by overlapping tubings of the graph: the specific tubing determines the divergent directions while the number of overlapping tubings its degree of divergence. This combinatorial formulation makes straightforward the application of sector decomposition for extracting both leading and subleading divergences from the integral, as the sectors in which the integration domain can be tiled are identified by the collection of compatible facets of the nestohedra, with the latter that can be determined via the graph tubings. Finally, the leading divergence can be interpreted as a restriction of the canonical function of the relevant polytope onto a special hyperplane. | 任意のべき乗則FRW宇宙論（バンチ・デイヴィス波動関数と宇宙論的相関関数を区別せずに）における観測量への摂動論的寄与の漸近的挙動の一般的な解析を提供する。 我々は、（一般化／重み付き）宇宙多面体を用いた第一原理定義が可能な、任意次元の共形結合スカラーおよび質量ゼロスカラーを含む、スカラー・トイモデルの大規模なクラスを考察する。 観測量への摂動論的寄与は、そのような多面体および重み付きグラフに関連付けられた正準関数の積分として表すことができる。 我々は、これらの積分の漸近的挙動が、グラフ重み空間に存在する特別なクラスのネストヘドラによって、ツリーレベルとループレベルの両方でどのように支配されるかを示す。 グラフによって記述される宇宙論的過程の特異点は、その部分グラフに関連付けることができるため、我々は、基礎となるグラフに基づいて、トップ次元単体の順次切断としてネストヘドラを実現する。 これにより、赤外線と紫外線の両方において、積分が発散する可能性のあるすべての方向とその発散度を決定することができる。 これらは両方とも、グラフの重なり合うチューブによって識別されるネストヘドラのファセットに関連付けられている。 特定のチューブが発散方向を決定し、重なり合うチューブの数が発散度を決定する。 この組み合わせ論的定式化により、積分からリーディング発散とサブリーディング発散の両方を抽出するためのセクター分解の適用が容易になる。 これは、積分領域をタイリングできるセクターが、ネストヘドラの適合するファセットの集合によって識別され、後者はグラフのチューブによって決定できるためである。 最後に、主導発散は、関連する多面体の標準関数を特別な超平面上に制限するものと解釈できる。 |
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| We investigate the observational features of exact vacuum solutions in Brans-Dicke (BD) gravity, focusing on their implications for black hole shadow imaging. Motivated by the Event Horizon Telescope (EHT) observations, we revisit a class of BD solutions that exhibit a naked singularity. These solutions, despite lacking a conventional event horizon, exhibit photon spheres and produce shadow-like features. We analyze null geodesics and perform ray-tracing simulations under a simplified, optically thin accretion disk model to generate synthetic images. Our results show that BD naked singularities can cast shadows smaller than those of Schwarzschild black holes of equivalent mass. We identify the parameter space $-3/2 < \omega < 0$ as physically viable, ensuring attractive gravity and the absence of ghost fields. These findings suggest that BD naked singularities are possible candidates for compact astrophysical objects. | ブランス・ディッケ（BD）重力における正確な真空解の観測的特徴を、ブラックホールの影の画像化への示唆に焦点を当てて調査する。 イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）の観測結果に基づき、裸の特異点を示すBD解のクラスを再検討する。 これらの解は、従来の事象の地平線を欠いているにもかかわらず、光子球を示し、影のような特徴を生成する。 ヌル測地線を解析し、単純化された光学的に薄い降着円盤モデルに基づく光線追跡シミュレーションを実施して合成画像を生成した。 その結果、BD裸の特異点は、等質量のシュワルツシルトブラックホールよりも小さな影を落とす可能性があることが示された。 パラメータ空間$-3/2 < \omega < 0$は物理的に実現可能であり、引力重力とゴースト場の不在を保証する。 これらの発見は、BD裸の特異点がコンパクト天体の候補となる可能性があることを示唆している。 |
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| One of the surprising aspects of the present Universe, is the absence of any noticeable observable effects of higher-rank antisymmetric tensor fields in any natural phenomena. Here, we address the possible explanation of the absence of the higher rank antisymmetric tensor fields within the framework of $f(R)$ gravity. We explore the cosmological evolution of the scalar degrees of freedom associated with higher curvature term in a general $f(R)$ gravity model $f (R) = R +\alpha_n R^n$. We show that while different cosmological parameters mimic standard behaviour at different epochs for different forms of higher curvature gravity (i.e. different values of n ), only Starobinsky model (n = 2) gives a natural justification for the invisibility of the signatures of the massless modes of higher rank antisymmetric fields. In contrast, for other models ($n\neq2$), despite their agreement with standard cosmology, the scalar degree of freedom induces an enhancement in the coupling of the antisymmetric fields and thereby contradicts the observation. The result does not change even with the inclusion of the Cosmological Constant. Thus, our result reveals that among different $f(R)$ models, Starobinsky model successfully explains the suppression of the massless modes of higher rank antisymmetric tensor fields leading to their invisibility in the present universe. | 現在の宇宙の驚くべき側面の一つは、高階反対称テンソル場がいかなる自然現象にも顕著な観測的効果を及ぼさないことである。 本稿では、高階反対称テンソル場が存在しない理由について、$f(R)$重力の枠組みの中で考えられる説明を検討する。 一般的な$f(R)$重力モデル$f (R) = R +\alpha_n R^n$における高曲率項に関連するスカラー自由度の宇宙論的進化を考察する。 異なる宇宙論パラメータが、異なる時代の異なる高曲率重力（すなわち、異なるnの値）に対して標準的な挙動を模倣する一方で、高階反対称場の質量ゼロモードのシグネチャーが不可視であることを自然に正当化できるのは、スタロビンスキーモデル（n = 2）のみであることを示す。 対照的に、他のモデル（$n\neq2$）では、標準宇宙論と一致するにもかかわらず、スカラー自由度が反対称場の結合を増強し、観測結果と矛盾する。 この結果は宇宙定数を加えても変わらない。 したがって、我々の結果は、様々な$f(R)$モデルの中で、スタロビンスキーモデルが高階反対称テンソル場の質量ゼロモードの抑制をうまく説明し、それが現在の宇宙におけるそれらの不可視性につながることを示している。 |
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| We consider Einstein-Bumblebee gravity and construct a novel Taub-NUT-like black hole solution within this theory. Different from the Taub-NUT black hole in Einstein gravity (which is Ricci-flat), our newly constructed Taub-NUT-like black hole is not Ricci-flat. Armed with the Wald formalism, we extensively study the thermodynamics of this black hole solution and confirm that both the first law of thermodynamics and the Smarr relation hold. We then take a further step by adding a cosmological constant to the Einstein-Bumblebee theory, and successfully construct a Taub-NUT-AdS-like black hole. We derive all the thermodynamic quantities, including treating the cosmological constant as a pressure, and confirm that the first law and Smarr relation hold as well. | 我々はアインシュタイン-バンブルビー重力を考察し、この理論の範囲内で新しいタウブ-NUT型ブラックホール解を構築する。 アインシュタイン重力におけるタウブ-NUTブラックホール（リッチ平坦）とは異なり、我々が新たに構築したタウブ-NUT型ブラックホールはリッチ平坦ではない。 ワルド形式論を用いて、このブラックホール解の熱力学を徹底的に研究し、熱力学第一法則とスマール関係がともに成立することを確認する。 さらに、アインシュタイン-バンブルビー理論に宇宙定数を加えることで、タウブ-NUT-AdS型ブラックホールを構築することに成功した。 宇宙定数を圧力として扱うことを含め、すべての熱力学量を導出し、第一法則とスマール関係が成立することを確認する。 |
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| Ultra-low-frequency gravitational waves (GWs) generated by individual inspiraling supermassive black hole binaries (SMBHBs) at the centers of galaxies may be detected by pulsar timing arrays (PTAs) in the future. These GW signals, which encode absolute cosmic distances, can serve as bright and dark sirens, potentially evolving into a precise cosmological probe. Here, we show that a PTA in the era of the Square Kilometre Array, comprising 100 millisecond pulsars, could potentially detect about 25 bright sirens and 41 dark sirens over a 10-year observation period. The bright sirens, combined with cosmic microwave background data, offer capabilities comparable to current mainstream joint cosmological observations for measuring the equation of state of dark energy. The dark sirens could achieve a measurement precision of the Hubble constant close to that of current distance-ladder observations. Our results suggest that ultra-low-frequency GWs from individual SMBHBs are of great significance in investigating the nature of dark energy and determining the Hubble constant. | 銀河中心にある個々の超大質量ブラックホール連星（SMBHB）によって生成される超低周波重力波（GW）は、将来、パルサータイミングアレイ（PTA）によって検出される可能性があります。 これらの重力波信号は絶対的な宇宙距離を符号化しており、明るいサイレンと暗いサイレンとして機能し、精密な宇宙論的プローブへと進化する可能性があります。 本研究では、100ミリ秒パルサーで構成されるスクエアキロメートルアレイ時代のPTAが、10年間の観測期間で約25個の明るいサイレンと41個の暗いサイレンを検出できる可能性があることを示します。 明るいサイレンは、宇宙マイクロ波背景データと組み合わせることで、暗黒エネルギーの状態方程式を測定するための、現在の主流である共同宇宙論観測に匹敵する能力を提供します。 ダークサイレンは、ハッブル定数の測定精度を、現在の距離ラダー観測とほぼ同等に達成できる可能性がある。 我々の研究結果は、個々の超低周波重力波が、ダークエネルギーの性質を解明し、ハッブル定数を決定する上で非常に重要であることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We examine the idea that our universe began as a baby universe and show that this is feasible in a $U(1)_{B-L}$ extension of the Standard Model with the classically conformal principle. The framework is consistent with current cosmological data and predicts a heavy neutral gauge boson, which could be detected at colliders. | 我々は、我々の宇宙が赤ちゃん宇宙として始まったという考えを検証し、これが古典的共形原理を用いた標準模型の$U(1)_{B-L}$拡張において実現可能であることを示す。 この枠組みは現在の宇宙論データと整合しており、衝突型加速器で検出可能な重い中性ゲージボソンの存在を予測する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Based on previous studies, universal bounds $4\pi M \leqslant T_{min} \leqslant 6\sqrt{3}\pi M$ were conjectured to be characteristic properties of black hole spacetimes, where $M$ represents the mass of black holes and $T_{min}$ is the minimum orbital periods around black holes. In this work, we explore the minimum orbital periods of objects around Hayward and Bardeen black holes without central singularities. By combining analytical and numerical methods, we show that both Hayward and Bardeen black holes conform to these bounds. Our results imply that such bounds may be connected to the presence of the black hole horizon rather than the singularity. | 先行研究に基づき、ブラックホール時空の特徴的な性質として、普遍的な境界 $4\pi M \leqslant T_{min} \leqslant 6\sqrt{3}\pi M$ が想定されている。 ここで、$M$ はブラックホールの質量、$T_{min}$ はブラックホールの周りの最小軌道周期である。 本研究では、中心特異点を持たないヘイワードブラックホールとバーディーンブラックホールの周りの物体の最小軌道周期を探索する。 解析的手法と数値的手法を組み合わせることで、ヘイワードブラックホールとバーディーンブラックホールの両方がこれらの境界に従うことを示す。 我々の結果は、このような境界が特異点ではなくブラックホールの地平線の存在に関連している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 constrain the evolution of dark matter energy density over time, specifically focusing on deviation from the standard model represented by the equation $\rho_{m}\propto(1+z)^{3-\varepsilon}$, where $\varepsilon$ is a constant parameter. Utilizing a diverse array of observational datasets, including baryon acoustic oscillations (BAO) data from the first release of the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), distance priors derived from cosmic microwave background (CMB) observations by the Planck satellite, Hubble rate data obtained through the cosmic chronometers (CC) method, type Ia supernova (SNIa) data from the Panthon sample, and the data from the redshift space distortion (RSD) measurements ($f\sigma_8$), we derive stringent constraints on the deviation parameter. We find that for the model under consideration, the deviation parameter is constrained to be $\varepsilon = -0.0073^{+0.0029}_{-0.0033}$, indicating a deviation of approximately $2.4\sigma$ from the scenario where dark matter and vacuum dark energy do not interact. When compared with previous studies and alternative analyses, our findings provide corroborative evidence for an interaction between dark matter and vacuum dark energy, particularly in light of the release of BAO data from DESI. | 我々は、暗黒物質エネルギー密度の時間的変化を制約する。 特に、式 $\rho_{m}\propto(1+z)^{3-\varepsilon}$ で表される標準モデルからの偏差に焦点を当てる。 ここで、$\varepsilon$ は定数パラメータである。 暗黒エネルギー分光装置 (DESI) の初リリースからの重粒子音響振動 (BAO) データ、プランク衛星による宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) 観測から得られた距離事前分布、宇宙クロノメータ (CC) 法によって得られたハッブル宇宙望遠鏡の速度データ、パントンサンプルからの Ia 型超新星 (SNIa) データ、および赤方偏移空間歪み (RSD) 測定データ ($f\sigma_8$) など、多様な観測データセットを用いて、偏差パラメータに対する厳格な制約を導出する。 検討中のモデルでは、偏差パラメータは$\varepsilon = -0.0073^{+0.0029}_{-0.0033}$に制限され、暗黒物質と真空暗黒エネルギーが相互作用しないシナリオから約$2.4\sigma$の偏差を示すことが分かりました。 先行研究や他の解析と比較すると、特にDESIから公開されたBAOデータを考慮すると、我々の研究結果は暗黒物質と真空暗黒エネルギーの相互作用を裏付ける証拠となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Any gravitating region $a$ in any spacetime gives rise to a generalized entanglement wedge, the hologram $e(a)$. Holograms exhibit properties expected of fundamental operator algebras, such as strong subadditivity, nesting, and no-cloning. But the entanglement wedge EW of an AdS boundary region $B$ with commutant $\bar B$ satisfies an additional condition, complementarity: EW$(B)$ is the spacelike complement of EW$(\bar B)$ in the bulk. Here we identify an analogue of the boundary commutant $\bar B$ in general spacetimes: given a gravitating region $a$, its \emph{fundamental complement} $\tilde{a}$ is the smallest wedge that contains all infinite world lines contained in the spacelike complement $a'$ of $a$. We refine the definition of $e(a)$ by requiring that it be spacelike to $\tilde a$. We prove that $e(a)$ is the spacelike complement of $e(\tilde a)$ when the latter is computed in $a'$. We exhibit many examples of $\tilde{a}$ and of $e(a)$ in de Sitter, flat, and cosmological spacetimes. We find that a Big Bang cosmology (spatially closed or not) is trivially reconstructible: the whole universe is the entanglement wedge of any wedge inside it. But de Sitter space is not trivially reconstructible, despite being closed. We recover the AdS/CFT prescription by proving that EW$(B)=e($causal wedge of $B$). | 任意の時空における任意の重力領域 $a$ は、一般化されたエンタングルメントウェッジ、すなわちホログラム $e(a)$ を生じる。 ホログラムは、強劣加法性、ネスティング、非複製性など、基本作用素環に期待される特性を示す。 しかし、AdS 境界領域 $B$ と可換体 $\bar B$ のエンタングルメントウェッジ EW は、相補性という追加条件を満たす。 すなわち、EW$(B)$ は、バルクにおける EW$(\bar B)$ の空間的補集合である。 ここで、一般時空における境界可換体 $\bar B$ の類似物を特定する。 重力領域 $a$ が与えられたとき、その \emph{基本補集合}$\tilde{a}$ は、$a$ の空間的補集合 $a'$ に含まれるすべての無限世界線を含む最小のウェッジである。 $e(a)$ の定義を、$\tilde a$ に対して空間的であることを要求することで精緻化する。 $e(a)$ は、後者が $a'$ で計算されるとき、$e(\tilde a)$ の空間的補集合であることを証明する。 $\tilde{a}$ と $e(a)$ の多くの例を、ド・ジッター時空、平坦時空、そして宇宙論的時空で示す。 ビッグバン宇宙論（空間的に閉じているかどうかに関わらず）は自明に再構成可能であることがわかる。 すなわち、宇宙全体が、その中の任意の楔のエンタングルメント楔である。 しかし、ド・ジッター空間は閉じているにもかかわらず、自明に再構成可能ではない。 EW$(B)=e($B の因果的楔$) であることを証明することで、AdS/CFT の規定を回復する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Spacetime fluctuations (SFs), a common feature of different proposed gravity models, could be detected using laser interferometers. In the search for SFs, a correspondence between the expected output signals and different gravity models is needed, both for guiding the design of future interferometers, and for identifying the signal in experimental data. In this work, we provide such a correspondence for some classes of SFs and geometries of the interferometers. We consider three different classes of SFs, characterised by the decay behaviours and symmetries of their two-point correlation functions. Our approach applies to Michelson laser interferometers with Fabry-P\'erot arm cavities such as the km-long LIGO detectors and those without arm cavities such as the laboratory-scale setups QUEST and GQuEST. Analysing the expected interferometer output signals, we identify three characteristic signatures for each class of SF. The designed broadband sensitivity of the laboratory-scale instruments would allow all characteristic signatures of the different classes of SFs to be observed, and such observations could provide more information on the nature of the SFs than those from LIGO. On the other hand, we find that LIGO is better suited for detecting the bare presence or absence of SFs. | 時空変動（SF）は、提案されている様々な重力モデルに共通する特徴であり、レーザー干渉計を用いて検出できる可能性がある。 SFの探索においては、将来の干渉計設計の指針となるだけでなく、実験データにおける信号を識別するためにも、期待される出力信号と様々な重力モデルとの対応関係が必要である。 本研究では、いくつかのSFのクラスと干渉計の形状について、そのような対応関係を示す。 2点相関関数の減衰挙動と対称性によって特徴付けられる、3つの異なるSFのクラスを検討する。 本手法は、1000キロメートル長のLIGO検出器のようなファブリ・ペロー型アーム空洞を備えたマイケルソン・レーザー干渉計と、実験室規模のQUESTおよびGQuESTのようなアーム空洞を持たないマイケルソン・レーザー干渉計に適用される。 期待される干渉計出力信号を解析することにより、SFの各クラスについて3つの特徴的なシグネチャーを特定する。 実験室規模の観測機器に設計された広帯域感度により、様々な種類のSFの特徴的な特徴をすべて観測することが可能となり、そのような観測はLIGOの観測よりもSFの性質に関するより多くの情報を提供できる可能性がある。 一方で、LIGOはSFの存在の有無そのものを検出するのに適していることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| 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, It is of interest the derivation of the LSZ rules in this context, since it may not be clear at first sight that has the usual form of the textbooks, due to the non standard oscillator algebra and the redefinitions of the states.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、この法に固有の非標準振動子代数を考慮すると、この文脈におけるLSZ則の導出は興味深い。 なぜなら、非標準振動子代数と状態の再定義のために、一見すると教科書の通常の形式が明確でない可能性があるからである。 本稿では、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、等価だがより簡単な方法が考案され、エルミート性がより明示的に示される。 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 |
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| Existence of a minimal length in spacetime geometries avoids several singular situations involving quantum theory and gravity. In this work, we show that the existence of such a minimal length also affects the gravitational wave (GW) waveform of any inspiraling binary black hole (BH) system by introducing a minimum frequency, below which the BHs behave as perfectly reflecting compact objects, while above they are identical to classical BHs. This leads to a significant imprint on the tidal heating term, appearing in the GW waveform at 2.5 post Newtonian order. Based on these modifications to the inspiraling waveform, it turns out that the detection of highly spinning and highly absorbing, almost classical BH like compact objects, inspiraling around each other, would be in tension with the quantum properties of BH geometries. The same would also be true if the zero point length exceeds the Planck length by a significant amount, suggesting that the zero point length, if it exists, must be of the same order as the Planck length, or smaller, purely from GW observations. | 時空幾何学における最小長の存在は、量子論と重力に関わるいくつかの特異状況を回避します。 本研究では、このような最小長の存在が、任意のインスパイラル連星ブラックホール（BH）系の重力波（GW）波形にも影響を与え、最小周波数を導入することを示します。 この周波数以下ではBHは完全反射コンパクト天体として振る舞い、それを超えると古典的なBHと同一になります。 これは潮汐加熱項に重要な影響を与え、2.5ポストニュートンオーダーで重力波波形に現れます。 インスパイラル波形へのこれらの変更に基づいて、互いにインスパイラルする、高度に回転し、高度に吸収する、ほぼ古典的なBHのようなコンパクト天体の検出は、BH幾何学の量子的性質と矛盾することが判明しました。 ゼロ点長がプランク長を大幅に超える場合にも同じことが当てはまり、純粋に重力波の観測から、ゼロ点長が存在するならば、プランク長と同じオーダーかそれ以下でなければならないことを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Utilizing the Hamiltonian constraints approach, a quantum-corrected solution has been derived \cite{Zhang:2024ney}, which describes either a regular black hole or a traversable wormhole, contingent upon the value of the quantum parameter. In this work, we compute the quasinormal modes associated with axial gravitational and test fields' perturbations of these objects. We see that due to quantum corrections near the event horizon, the first several overtones deviate from their Schwarzschild values at an increasing rate. The transition between the black hole and wormhole states is marked by modifications in the late-time signal. Our findings reveal that the fundamental quasinormal modes of quantum-corrected black holes exhibit only slight deviations from those of the classical Schwarzschild solution. However, at the transition, the spectrum undergoes significant changes, with the wormhole state characterized by exceptionally long-lived quasinormal modes. In addition, we calculate absorption cross-sections of partial waves, grey-body factors and energy emission rates of Hawking radiation. | ハミルトン拘束条件アプローチを用いて、量子補正解が導出されている \cite{Zhang:2024ney}。 これは、量子パラメータの値に依存して、通常のブラックホールまたは通過可能なワームホールのいずれかを記述する。 本研究では、これらの天体に対する軸重力およびテスト場の摂動に関連する準正規モードを計算する。 事象の地平線付近での量子補正により、最初の数倍音はシュワルツシルト値から増加する割合でずれることがわかる。 ブラックホール状態とワームホール状態間の遷移は、後期信号の変化によって特徴付けられる。 我々の発見は、量子補正されたブラックホールの基本的な準正規モードは、古典的なシュワルツシルト解のそれらからわずかにずれているだけであることを明らかにした。 しかし、遷移時にはスペクトルが大きく変化し、ワームホール状態は例外的に長寿命の準正規モードによって特徴付けられる。 さらに、部分波の吸収断面積、灰色体因子、ホーキング放射のエネルギー放出率を計算します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Dynamical black holes have an apparent horizon as one of their characteristics. The later might be null, time-like, or space-like surfaces that define the evolution of a black hole. Our study examines how an apparent horizon's behavior is influenced by the null energy condition in spherically-symmetric spacetime. If the location of an apparent horizon and the NEC horizon coincide, it is proven to be null surface. The outer apparent horizon may appear time-like despite the growth of the black hole mass, which must be astrophysical important because the shadow of a black hole always decreases. We show that if NEC is satisfied everywhere in spacetime, then the dynamical black hole asymptotically tends to Vaidya black hole. Our research demonstrates that evaporation of a regular black hole consistently results in a horizonless object with a regular center, which opens the possibility of elucidating the information loss paradox. | 動的ブラックホールは、その特性の一つとして見かけの地平線を持つ。 後者は、ヌルエネルギー条件、時間的条件、または空間的条件のいずれかであり、ブラックホールの進化を定義する。 本研究では、球対称時空におけるヌルエネルギー条件が見かけの地平線の挙動にどのように影響するかを調べる。 見かけの地平線とNEC地平線の位置が一致する場合、それはヌルエネルギー条件であることが証明される。 外側の見かけの地平線は、ブラックホールの質量が増加しているにもかかわらず、時間的に見えることがある。 これは、ブラックホールの影が常に減少することから、天体物理学的に重要であるに違いない。 時空のあらゆる場所でNECが満たされる場合、動的ブラックホールは漸近的にヴァイディアブラックホールに向かうことを示す。 本研究は、通常のブラックホールの蒸発が、常に通常の中心を持つ地平線のない物体をもたらすことを実証し、情報損失パラドックスを解明する可能性を開く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The generalized Gullstrand-Painleve geometry is investigated for expanding matter. Compared to other studies, we take into account an anisotropic stress tensor as the source of curvature with an equation of state resembling the MIT bag model form. The spacetime is of de Sitter type for $t>>1/\sqrt{\Lambda}, \Lambda$ being the equivalent cosmological constant. The energy density and pressures of the fluid are only time dependent. The radial geodesics are computed. | 一般化されたGullstrand-Painleve幾何学を膨張物質に対して検討する。 他の研究とは異なり、我々はMITバッグモデルに類似した状態方程式を持つ異方性応力テンソルを曲率の源として考慮する。 時空は$t>>1/\sqrt{\Lambda}のド・ジッター型であり、\Lambda$は等価宇宙定数である。 流体のエネルギー密度と圧力は時間のみに依存する。 ラジアル測地線を計算する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| To unlock the vast potential of the CMB trispectrum, we require both robust estimators and efficient computational tools. In this work, we introduce the public code PolySpec: a suite of quartic estimators designed to measure the amplitudes of a wide variety of inflationary templates, including local non-Gaussianity, effective field theory models, direction-dependent trispectra, spinning massive particle exchange, and weak gravitational lensing. PolySpec includes a python/cython implementation of each estimator derived in Paper 1 and has been carefully optimized to ensure efficient use of computational resources. We perform a broad range of validation tests, which demonstrate that the estimator is unbiased and minimum-variance, both in Gaussian and non-Gaussian regimes. In addition, we forecast constraints on various types of trispectra; this highlights the utility of CMB polarization and demonstrates that many models of primordial physics are poorly correlated with the simple templates considered in previous studies. This work lays the foundation for the Planck trispectrum analyses performed in Paper 3. | CMBトライスペクトルの膨大な可能性を解き放つには、堅牢な推定量と効率的な計算ツールの両方が必要です。 本研究では、公開コードPolySpecを紹介します。 これは、局所非ガウス性、有効場の理論モデル、方向依存トライスペクトル、回転する大質量粒子の交換、弱い重力レンズ効果など、様々なインフレーションテンプレートの振幅を測定するために設計された4次推定量のスイートです。 PolySpecには、論文1で導出された各推定量のPython/Cython実装が含まれており、計算リソースを効率的に使用するために慎重に最適化されています。 幅広い検証テストを実行し、推定量がガウス領域と非ガウス領域の両方で不偏かつ最小分散であることを実証しました。 さらに、様々なタイプのトライスペクトルに対する制約を予測します。 これはCMB偏光の有用性を浮き彫りにするとともに、多くの原始物理学モデルが、これまでの研究で検討されてきた単純なテンプレートとあまり相関していないことを示しています。 この研究は、論文3で行われたプランク三分光解析の基礎を築くものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Some recent studies based on numerical relativity simulations claim that slow contraction/ekpyrosis is strongly preferred over inflation as the smoothing mechanism that brought the universe into the homogeneous, isotropic and flat state we observe today on large scales. In this paper, we evaluate the likelihood of the initial conditions employed in the aforementioned simulations by estimating the probability that a free scalar field dominating the universe at the beginning of inflation or ekpyrosis will be sufficiently homogeneous on scales comparable to the Hubble radius at that time. We explore the space of parameters that characterize the initial power spectrum of the scalar field, finding that either can be more likely than the other for a fixed choice of parameters. On the other hand, when we extremize over these parameters, we find that the maximal probability for inflation is much higher than that of ekpyrosis. | 数値相対論シミュレーションに基づく最近の研究では、宇宙を今日大規模に観測される均質、等方性、平坦状態に導いた平滑化メカニズムとして、インフレーションよりも緩やかな収縮／エクピロシスが強く推奨されていると主張している。 本稿では、インフレーションあるいはエクピロシスの開始時に宇宙を支配する自由スカラー場が、当時のハッブル半径に匹敵するスケールにおいて十分に均質である確率を推定することにより、前述のシミュレーションで用いられた初期条件の尤度を評価する。 我々は、スカラー場の初期パワースペクトルを特徴付けるパラメータ空間を探索し、パラメータを固定した場合、どちらかが他方よりも尤度が高い可能性があることを見出した。 一方、これらのパラメータを極値化すると、インフレーションの最大確率はエクピロシスの最大確率よりもはるかに高いことがわかる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Is there new physics hidden in the four-point function of the cosmic microwave background (CMB)? We conduct a detailed analysis of the Planck PR4 temperature and polarization trispectrum for $\ell\in[2,2048]$. Using the theoretical and computational tools developed in Paper 1 and Paper 2, we search for 33 template amplitudes, encoding a variety of effects from inflationary self-interactions to particle exchange. We find no evidence for primordial non-Gaussianity and set stringent constraints on both phenomenological amplitudes and couplings in the inflationary Lagrangian. Due to the use of optimal estimators and polarization data, our constraints are highly competitive. For example, we find $\sigma(g_{\rm NL}^{\rm loc})=4.8\times 10^4$ and $\tau_{\rm NL}^{\rm loc} <1500$ (95\% CL), a factor of two improvement on Effective Field Theory amplitudes, and a $43\sigma$ detection of gravitational lensing. Many templates are analyzed for the first time, such as direction-dependent trispectra and the collapsed limit of the `cosmological collider', across a range of masses and spins. We perform a variety of validation tests; whilst our results are stable, the most relevant systematics are found to be lensing bias, residual foregrounds, and mismatch between simulations and data. The techniques discussed in this series can be extended to future datasets, allowing the primordial Universe to be probed at even higher sensitivity. | 宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の4点関数に新たな物理が隠されているのだろうか？我々はPlanck PR4の$\ell\in[2,2048]$の温度と偏光の三分スペクトルを詳細に解析する。 論文1と論文2で開発された理論および計算ツールを用いて、インフレーション自己相互作用から粒子交換まで、様々な効果を符号化する33個のテンプレート振幅を探索する。 原始的非ガウス性の証拠は見つからず、インフレーションラグランジアンにおける現象論的振幅と結合の両方に厳しい制約を課す。 最適推定量と偏光データの使用により、我々の制約は非常に競争力がある。 例えば、$\sigma(g_{\rm NL}^{\rm loc})=4.8\times 10^4$ および$\tau_{\rm NL}^{\rm loc} <1500$ (95\% CL) が得られました。 これは有効場の理論による振幅の2倍の改善であり、重力レンズ効果は$43\sigma$で検出されました。 方向依存トリスペクトルや「宇宙論的衝突型加速器」の崩壊限界など、多くのテンプレートが初めて解析され、様々な質量とスピンにわたって解析されました。 様々な検証テストを実施した結果、結果は安定しているものの、最も重要な系統的影響は、レンズ効果バイアス、残留フォアグラウンド、そしてシミュレーションとデータの不一致であることがわかりました。 本シリーズで議論された手法は将来のデータセットにも拡張可能であり、原始宇宙をさらに高感度で探査することが可能になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The primordial four-point function encodes a wealth of information about the inflationary Universe. Despite extensive theoretical work, most models of four-point physics have never been compared to data. In this series, we conduct a detailed analysis of Cosmic Microwave Background temperature and polarization trispectra, searching for a wide variety of phenomena including local effects, self-interactions, curvatons, DBI inflation, gauge fields, solid inflation, scalar field exchange, spinning massive field exchange, chiral physics, point sources, and gravitational lensing. After presenting a suite of separable primordial templates, we derive thirteen quasi-optimal estimators that directly estimate the underlying template amplitudes. These are unbiased, minimum variance, mask-deconvolved, and account for correlations between templates (including with lensing). Each estimator can be efficiently implemented using spherical harmonic transforms, Monte Carlo methods, and optimization techniques, and asymptotes to standard forms in certain limits. In Paper 2, we implement these estimators in public code, and in Paper 3, use them to constrain primordial trispectra with Planck data. This enables a wide variety of tests of inflation, including some of the first direct constraints on cosmological collider physics. | 原始四点関数は、インフレーション宇宙に関する豊富な情報を符号化している。 広範な理論的研究にもかかわらず、四点物理学のほとんどのモデルはデータと比較されたことがない。 本シリーズでは、宇宙マイクロ波背景放射の温度と偏光の三分光について詳細な解析を行い、局所効果、自己相互作用、カーバトン、DBIインフレーション、ゲージ場、固体インフレーション、スカラー場交換、回転質量場交換、カイラル物理学、点源、重力レンズ効果など、様々な現象を探索する。 分離可能な原始テンプレート群を提示した後、基礎となるテンプレート振幅を直接推定する13個の準最適推定量を導出する。 これらは、偏りがなく、分散が最小で、マスクデコンボリューションされており、テンプレート間の相関（レンズ効果を含む）を考慮している。 各推定量は、球面調和変換、モンテカルロ法、最適化手法、そして一定の限界における標準形への漸近線を用いて効率的に実装できます。 論文2では、これらの推定量を公開コードとして実装し、論文3では、それらを用いてプランクデータを用いて原始三分光スペクトルを制約します。 これにより、インフレーションの多様な検証が可能になり、宇宙論的衝突型加速器物理学に対する最初の直接的な制約のいくつかも含まれるようになります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The stochastic gravitational wave background (SGWB) in the nanohertz (nHz) regime, detectable by pulsar timing arrays (PTAs), offers a promising avenue to probe the cosmic population of supermassive black hole binaries (SMBHBs). These SMBHBs are expected to retain substantial eccentricity throughout their evolution due to their formation history. In this study, we propose a new modeling scenario of the nHz SGWB by incorporating the eccentricity of SMBHBs into a multi-scale adaptive simulation-based framework. We employ a time-domain eccentric waveform model, \esigmahm{}, to generate realistic gravitational wave (GW) signals from an astrophysical population of SMBHB, including physical effects from sub-parsec scales to Gpc scales. The eccentric inspiraling binary, unlike circular binaries, emits GW signal in multiple frequencies. As a consequence, the SGWB energy density in each frequency bin is not independent; instead, the presence of eccentricity introduces a spectral correlation between different frequencies. We show that these spectral correlations are absent for circular binaries but become increasingly significant for populations with higher eccentricities. Our novel approach can capture this effect and opens up the window towards measuring this with a high signal-to-noise ratio with future observations. This work develops the frontier of nHz signal modeling using eccentricity at small scales and can model realistic nHz signal, which will be essential for robust inference from future observations to shed light on the astrophysical properties of SMBHBs. | パルサータイミングアレイ（PTA）によって検出可能なナノヘルツ（nHz）領域の確率的重力波背景放射（SGWB）は、宇宙に存在する超大質量ブラックホール連星（SMBHB）の種族を探査する有望な手段となる。 これらのSMBHBは、その形成過程から、進化の過程を通じて大きな離心率を維持すると予想される。 本研究では、SMBHBの離心率をマルチスケール適応型シミュレーションに基づく枠組みに組み込むことで、nHz SGWBの新しいモデリングシナリオを提案する。 時間領域離心率波形モデル\esigmahm{}を用いて、サブパーセクスケールからGpcスケールまでの物理的影響を含む、天体物理学的種族SMBHBから現実的な重力波（GW）信号を生成する。 円軌道連星とは異なり、離心率を持つ螺旋状の連星は、複数の周波数で重力波信号を放射する。 その結果、各周波数ビンにおけるSGWBエネルギー密度は独立ではなく、離心率の存在によって異なる周波数間にスペクトル相関が生じる。 我々は、これらのスペクトル相関は円形連星では見られないが、離心率の高い種族ではますます顕著になることを示す。 我々の新たなアプローチはこの効果を捉えることができ、将来の観測において高い信号対雑音比でこれを測定するための道を開く。 本研究は、小規模における離心率を用いたnHz信号モデリングの最先端を開拓し、現実的なnHz信号をモデル化することができる。 これは、将来の観測からSMBHBの天体物理学的特性を解明するための堅牢な推論に不可欠となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave (GW) observations have significantly advanced our understanding of binary compact object (BCO) formation, yet directly linking these observations to specific formation scenarios remains challenging. The BCO phase space provides a robust and data-driven approach to discover the likely formation scenarios of these binaries. In this study, we expand the previously introduced binary black hole phase-space technique to encompass low-mass compact objects (LMCOs), establishing a novel framework to investigate their diverse formation mechanisms. Applying this approach to selected low-mass events $(\lesssim 5 M_\odot)$ from the GWTC-3 catalog and the recently observed GW230529 event, we show for the first time the phase-space demonstration of the LMCOs and find the associated probabilities for different formation scenarios including neutron stars, astrophysical black holes, or primordial black holes. Our analysis includes the astrophysical modelling uncertainties in and how it causes degeneracy between different formation scenarios. In future, with improvements in GW detector sensitivity and with detection of more GW events, the LMCO phase-space framework will significantly strengthen our capacity to associate more likely formation scenarios over the other, thereby refining our understanding of compact object formation for both astrophysical and primordial scenarios, and its evolution across the cosmic redshift. | 重力波（GW）観測は連星コンパクト天体（BCO）の形成に関する理解を大きく前進させたが、これらの観測結果を特定の形成シナリオに直接結び付けることは依然として困難である。 BCO位相空間は、これらの連星の形成シナリオを推定するための堅牢かつデータ駆動型のアプローチを提供する。 本研究では、これまでに導入された連星ブラックホール位相空間法を低質量コンパクト天体（LMCO）に拡張し、それらの多様な形成メカニズムを調査するための新たな枠組みを確立する。 このアプローチをGWTC-3カタログから選択された低質量事象（$(\lesssim 5 M_\odot)$）と最近観測されたGW230529事象に適用することで、LMCOの位相空間実証を初めて示し、中性子星、天体ブラックホール、原始ブラックホールなど、さまざまな形成シナリオにおける関連確率を求めた。 我々の分析には、天体物理学的モデリングの不確実性と、それが異なる形成シナリオ間の縮退をどのように引き起こすかが含まれています。 将来的には、重力波検出器の感度向上と、より多くの重力波イベントの検出により、LMCO位相空間フレームワークは、他のシナリオよりもより可能性の高い形成シナリオを関連付ける能力を大幅に強化し、天体物理学的シナリオと原始的シナリオの両方におけるコンパクト天体の形成、そして宇宙赤方偏移全体にわたるその進化についての理解を深めるでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore a theoretical framework in which Lorentz symmetry is explicitly broken by incorporating derivative terms of the extrinsic curvature into the gravitational action. These modifications introduce a scale-dependent damping effect in the propagation of gravitational waves (GWs), governed by a characteristic energy scale denoted as $M_{{LV}}$ . We derive the modified spectral energy density of GWs within this model and confront it with recent observational data from the NANOGrav 15-year dataset and the second data release of the International Pulsar Timing Array (IPTA). Our analysis yields a lower bound on the Lorentz-violating energy scale, finding $M_{{LV}} > 10^{-19}$ GeV at 68\% confidence level. This result significantly improves upon previous constraints derived from LIGO/VIRGO binary merger observations. Our findings demonstrate the potential of pulsar timing arrays to probe fundamental symmetries of spacetime and offer new insights into possible extensions of general relativity. | 我々は、外在曲率の微分項を重力作用に組み込むことでローレンツ対称性が明示的に破れる理論的枠組みを探求する。 これらの修正は、重力波（GW）の伝播において、$M_{{LV}}$ と表記される特性エネルギースケールによって支配されるスケール依存の減衰効果を導入する。 我々はこのモデル内で修正された重力波のスペクトルエネルギー密度を導出し、NANOGrav 15年データセットおよび国際パルサータイミングアレイ（IPTA）の第2回データリリースからの最近の観測データと比較する。 我々の解析は、ローレンツ対称性を破るエネルギースケールの下限値を与え、68%の信頼度水準で $M_{{LV}} > 10^{-19}$ GeV を得た。 この結果は、LIGO/VIRGO連星合体観測から得られたこれまでの制約を大幅に改善するものである。 私たちの研究結果は、パルサータイミングアレイが時空の基本的な対称性を探る上で潜在能力を発揮し、一般相対性理論の拡張の可能性について新たな知見を提供することを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study Einstein-Maxwell theory in $D \geq 3$ spacetime dimensions including all Lorentz-invariant parity-even four-derivative couplings. Building on the results of arXiv:2312.11610, we consider static, charged, asymptotically flat black hole solutions to first order in the higher-derivative expansion. In $D=4$ and $D=5$, we compute the corrected black hole thermodynamics and compare with the Reall-Santos prescription based on the two-derivative background, highlighting a subtlety when both inner and outer horizons are involved. By introducing natural variables, as in arXiv:2304.07320, we recast the on-shell actions in terms of left- and right-moving chemical potentials, which significantly simplifies the analysis. We also compute first-order thermodynamic corrections for the most general rotating black holes in $D=4$ and $D=5$, without modifying the background solutions. We identify a novel BPS-like limit in $D=4$, extending known supergravity results beyond their traditional domain of validity. Finally, in $D=5$, the analysis of BPS and almost BPS limits enables an independent verification of the five-dimensional BPS thermodynamics. We clarify the origin of a discrepancy in the literature concerning higher-derivative supergravity localization, sharpening the tension between direct computations and predictions based on the $D=4$/$D=5$ connection. | 我々は、ローレンツ不変なパリティ偶数4階微分結合を含む$D \geq 3$時空次元におけるアインシュタイン-マクスウェル理論を研究する。 arXiv:2312.11610の結果に基づき、高階微分展開における静的、荷電、漸近平坦なブラックホール解を1次まで考察する。 $D=4$および$D=5$において、補正されたブラックホール熱力学を計算し、2階微分背景に基づくReall-Santosの処方と比較することにより、内層地平と外層地平の両方が関与する場合の微妙な違いを明らかにする。 arXiv:2304.07320のように自然変数を導入することにより、オンシェル作用を左方向および右方向に移動する化学ポテンシャルで再構成し、解析を大幅に簡素化する。 また、最も一般的な回転ブラックホールに対する1次の熱力学補正を、背景解を修正することなく、$D=4$および$D=5$で計算する。 $D=4$において、BPSに似た新しい極限を同定し、既知の超重力結果を従来の妥当性領域を超えて拡張する。 最後に、$D=5$において、BPS極限とほぼBPS極限の解析により、5次元BPS熱力学の独立した検証が可能になる。 高階微分超重力局在に関する文献における矛盾の原因を明らかにし、直接計算と$D=4$/$D=5$の関係に基づく予測との間の緊張関係を鮮明にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Next-generation gravitational wave detectors are expected to detect millions of compact binary mergers across cosmological distances. The features of the mass distribution of these mergers, combined with gravitational wave distance measurements, will enable precise cosmological inferences, even without the need for electromagnetic counterparts. However, achieving accurate results requires modeling the mass spectrum, particularly considering possible redshift evolution. Binary neutron star (BNS) mergers are thought to be less influenced by changes in metallicity compared to binary black holes (BBH) or neutron star-black hole (NSBH) mergers. This stability in their mass spectrum over cosmic time reduces the chances of introducing biases in cosmological parameters caused by redshift evolution. In this study, we use the population synthesis code COMPAS to generate astrophysically motivated catalogs of BNS mergers and explore whether assuming a non-evolving BNS mass distribution with redshift could introduce biases in cosmological parameter inference. Our findings show that despite significant variations in the BNS mass distribution across binary physics assumptions and initial conditions in COMPAS, the joint mass-redshift population can be expressed as the product of the mass distribution marginalized over redshift and the redshift distribution marginalized over masses. This enables a 2% unbiased constraint on the Hubble constant-sufficient to address the Hubble tension. Additionally, we show that in the fiducial COMPAS setup, the bias from a non-evolving BNS mass model is less than 0.5% for the Hubble parameter measured at redshift 0.4. These results establish BNS mergers as strong candidates for spectral siren cosmology in the era of next-generation gravitational wave detectors. | 次世代重力波検出器は、宇宙論的距離にわたる数百万のコンパクトな連星合体を検出することが期待されています。 これらの合体の質量分布の特徴と重力波距離測定を組み合わせることで、電磁気的対応物を必要とせずに、正確な宇宙論的推論が可能になります。 しかし、正確な結果を得るには、特に赤方偏移の進化を考慮した質量スペクトルのモデル化が必要です。 中性子星連星合体（BNS）は、連星ブラックホール（BBH）合体や中性子星-ブラックホール合体（NSBH）に比べて、金属量の変化の影響を受けにくいと考えられています。 宇宙時間にわたる質量スペクトルのこの安定性は、赤方偏移の進化によって引き起こされる宇宙論的パラメータのバイアスを引き起こす可能性を低減します。 本研究では、集団合成コードCOMPASを用いて、天体物理学に基づいたBNS合体のカタログを作成し、赤方偏移に対して非進化的なBNS質量分布を仮定すると、宇宙論パラメータの推論にバイアスが生じるかどうかを検証する。 COMPASにおける連星物理学の仮定や初期条件によってBNS質量分布は大きく変化するものの、質量・赤方偏移の合成集団は、赤方偏移で周辺化された質量分布と質量で周辺化された赤方偏移分布の積として表せることがわかった。 これにより、ハッブル定数に2%の不偏制約を与えることが可能になり、ハッブル張力に対処するのに十分である。 さらに、COMPASの基準設定において、赤方偏移0.4で測定されたハッブルパラメータに対して、非進化的なBNS質量モデルによるバイアスは0.5%未満であることを示す。 これらの結果は、次世代重力波検出器の時代において、BNS合体がスペクトルサイレン宇宙論の有力な候補であることを確立するものである。 |