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| Original Text | 日本語訳 |
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| Measuring the astrometric and spectroscopic data of stars orbiting the central black hole in our galaxy (Sgr A*) offers a promising way to measure relativistic effects. In principle, the "no-hair" theorem can be tested at the Galactic Center by monitoring the orbital precession of S-stars due to the angular momentum (spin) and quadrupole moment of Sgr A*. Closer-in stars, more strongly affected by the black hole's rotation, may be required. GRAVITY+ could detect such stars that are currently too faint for GRAVITY. We aim to analytically and numerically characterize orbital reorientations induced by spin-related effects of Sgr A* up to the second post-Newtonian (2PN) order. We use the two-timescale method to derive the 2PN analytical expressions of the secular evolution of the orbital parameters that are related to the observer. To study the interaction between the orbital and spin orientations, we introduce observer-independent quantities that offer insight into the Kerr geometry. We also use the post-Newtonian code OOGRE to simulate hypothetical stars orbiting closer to Sgr A*, where spin and quadrupole effects are stronger. This enables comparison with our analytical predictions. We exhibit three orbital-timescale precession rates that encode the in-plane pericenter shift and the out-of-plane redirection of the osculating ellipse. We provide the 2PN expressions of these precession rates and express the orbit-integrated associated angular shifts of the pericenter and of the ellipse axes. We relate these orbital-timescale precession rates to the secular-timescale precession of the orbital angular momentum around the black hole spin axis. We consider that the theoretical insight we provide in this article will be useful in constraining the spin effect of Sgr A* with GRAVITY+ observations. | 私たちの銀河系の中心ブラックホール（Sgr A*）を周回する星の天体測定データと分光データを測定することは、相対論的効果を測定する有望な方法となります。 原理的には、Sgr A*の角運動量（スピン）と四重極モーメントによるS型星の軌道歳差運動を観測することで、銀河中心で「ノーヘア」定理を検証できます。 ブラックホールの回転の影響をより強く受ける、より近い星が必要になるかもしれません。 GRAVITY+は、現在GRAVITYでは検出できないような暗い星も検出できる可能性があります。 私たちは、Sgr A*のスピン関連効果によって引き起こされる軌道再配向を、ポストニュートン（2PN）次まで解析的かつ数値的に特徴付けることを目的としています。 2時間スケール法を用いて、観測者に関連する軌道パラメータの永年変化の2PN解析式を導出します。 軌道とスピンの向きの相互作用を調べるために、カー幾何学への洞察を提供する観測者に依存しない量を導入する。 また、ポストニュートンコードOOGREを用いて、スピン効果と四重極効果がより強いSgr A*に近い軌道を周回する仮想的な星をシミュレートする。 これにより、解析予測との比較が可能になる。 面内近点シフトと接触楕円の面外方向への方向転換を表す3つの軌道時間スケール歳差運動率を示す。 これらの歳差運動率の2PN表現を提供し、軌道積分された近点および楕円軸の関連する角度シフトを表現する。 これらの軌道時間スケール歳差運動率を、ブラックホールスピン軸の周りの軌道角運動量の永年時間スケール歳差運動と関連付ける。 本論文で提示した理論的知見は、GRAVITY+観測によるSgr A*のスピン効果の制限に役立つと考えています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We define a relational notion of a subsystem in theories of matrix quantum mechanics and show how the corresponding entanglement entropy can be given as a minimisation, exhibiting many similarities to the Ryu-Takayanagi formula. Our construction brings together the physics of entanglement edge modes, noncommutative geometry and quantum internal reference frames, to define a subsystem whose reduced state is (approximately) an incoherent sum of density matrices, corresponding to distinct spatial subregions. We show that in states where geometry emerges from semiclassical matrices, this sum is dominated by the subregion with minimal boundary area. As in the Ryu-Takayanagi formula, it is the computation of the entanglement that determines the subregion. We find that coarse-graining is essential in our microscopic derivation, in order to control the proliferation of highly curved and disconnected non-geometric subregions in the sum. | 行列量子力学の理論において、部分系という関係概念を定義し、対応するエンタングルメントエントロピーが最小化として与えられることを示す。 これは、Ryu-Takayanagi 公式との多くの類似点を示す。 我々の構成は、エンタングルメントエッジモードの物理、非可換幾何学、量子内部参照系を統合し、縮約状態が（近似的に）異なる空間部分領域に対応する密度行列の非整合な和である部分系を定義する。 半古典的行列から幾何学が出現する状態においては、この和は最小境界面積を持つ部分領域によって支配されることを示す。 Ryu-Takayanagi 公式と同様に、部分領域を決定するのはエンタングルメントの計算である。 我々は、和における大きく湾曲した不連続な非幾何学的部分領域の増殖を制御するために、粗視化が微視的導出において不可欠であることを発見した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Few phenomenological models tend to favour higher values of the Hubble parameter, often at the expense of invoking phantom transitions. These models achieve this without introducing additional parameters, akin to the simplicity of the concordance $\Lambda$CDM model. In this work, we investigate two such models -- Phenomenologically Emergent Dark Energy (PEDE) and Granda-Oliveros Holographic Dark Energy (GOHDE) -- to assess how correlations between $H_0$ and $\Omega_m$, as well as the choice of datasets, influence conclusions regarding their potential to address the Hubble tension at the background level. We find that minimally extended versions of these models favour notably low values for the Hubble parameter, with the perceived preference for higher values driven by the associated prior. Excluding BAO Ly$\alpha$-$H(z)$ data points at a redshift of $\sim 2.3$ results in a Hubble parameter that remains in significant tension with SH0ES measurements. In contrast, including these data points favours a higher $H_0$, as they suggest a relatively lower matter density within the framework of the assumed fiducial cosmology. Additionally, recent DESI DR1 and DR2 data exhibit mild tension with BAO-$H(z)$ estimates from SDSS. We demonstrate that the inclusion of stringent constraints, such as the CMB shift-parameter along with Pantheon$^+$, on the effective pressure less matter density significantly impacts the estimation of the Hubble parameter. Finally, reinterpreting these models in terms of interacting dark sectors with $Q = 3H\gamma_{\Lambda}\tilde{\rho}_{m}$ reveals that addressing the Hubble tension necessitates a varying $\gamma_{\Lambda}$ characterised by a singular sign-switch behaviour. This phantom behaviour, or equivalently, the onset of violation of the null energy condition in the future, is crucial for minimal models to solve the Hubble tension. | ハッブルパラメータの高い値を支持する傾向のある現象論的モデルは少なく、多くの場合、ファントム遷移の誘発を犠牲にしています。 これらのモデルは、追加のパラメータを導入することなくこれを実現しており、これはコンコーダンス$\Lambda$CDMモデルの単純さに似ています。 本研究では、そのような2つのモデル、現象論的に出現するダークエネルギー（PEDE）とグランダ-オリベロス・ホログラフィック・ダークエネルギー（GOHDE）を調査し、$H_0$と$\Omega_m$の相関、およびデータセットの選択が、背景レベルでのハッブル張力に対処する可能性に関する結論にどのような影響を与えるかを評価します。 これらのモデルの最小限に拡張されたバージョンは、ハッブルパラメータの値が著しく低いことを支持しており、関連する事前分布によって高い値を好む傾向があることがわかりました。 赤方偏移$\sim 2.3$におけるBAO Ly$\alpha$-$H(z)$データ点を除外すると、ハッブルパラメータはSH0ESの測定値と大きな矛盾を抱えたままとなる。 対照的に、これらのデータ点を含めると、仮定された基準宇宙論の枠組みの中で比較的低い物質密度を示唆するため、より高い$H_0$が有利となる。 さらに、最近のDESI DR1およびDR2データは、SDSSからのBAO-$H(z)$推定値と軽度の矛盾を示している。 CMBシフトパラメータやPantheon$^+$などの厳しい制約を、有効圧力を除いた物質密度に含めると、ハッブルパラメータの推定に大きな影響を与えることを示す。 最後に、これらのモデルを、$Q = 3H\gamma_{\Lambda}\tilde{\rho}_{m}$ の相互作用するダークセクターの観点から再解釈すると、ハッブル・テンションに対処するには、特異な符号反転挙動を特徴とする変動する $\gamma_{\Lambda}$ が必要であることが明らかになる。 このファントム挙動、あるいは同等に、将来におけるヌルエネルギー条件の破れの発現は、ハッブル・テンションを解くための極小モデルにとって極めて重要である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The generation of large-amplitude coherent states of a massive mechanical resonator, and their quantum-limited detection represent useful tools for quantum sensing and for testing fundamental physics theories. In fact, any weak perturbation may affect the coherent quantum evolution of the prepared state, providing a sensitive probe for such a perturbation. Here we consider a cavity optomechanical setup and the case of the detection of a weak mechanical nonlinearity. We consider different strategies, first focusing on the stationary dynamics in the presence of multiple tones driving the system, and then focusing on non-equilibrium dynamical strategies. These methods can be successfully applied for measuring Duffing-like material nonlinearities, or effective nonlinear corrections associated with quantum gravity theories. | 大質量機械共振器の大振幅コヒーレント状態の生成と、その量子限界検出は、量子センシングや基礎物理学理論の検証に有用なツールとなる。 実際、いかなる弱い摂動も、準備された状態のコヒーレント量子発展に影響を与え、そのような摂動に対する高感度プローブとなる可能性がある。 ここでは、共振器型光機械装置と弱い機械的非線形性の検出事例を検討する。 まず、システムを駆動する複数のトーンが存在する場合の定常ダイナミクスに焦点を当て、次に非平衡動力学戦略に焦点を当てるという、異なる戦略を検討する。 これらの方法は、ダフィングのような物質非線形性、または量子重力理論に関連する有効非線形補正の測定に効果的に適用できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Observations from DESI DR2 are challenging the $\Lambda$CDM paradigm by suggesting that the equation-of-state parameter of dark energy evolves across $w = -1$, a phenomenon known as the Quintom scenario. Inspired by this development, we present a staged review of Quintom cosmology including its theoretical foundations, observational supports, and implications as well as possible extensions. We first trace the historical progression from Einstein's static cosmological constant to modern dynamical dark energy, summarizing recent cosmological constraints that favor an evolving $w(z)$ along time. A key focus is the theoretical no-go theorem for dark energy showing that no single canonical field or perfect fluid model can smoothly cross the $w = -1$ boundary. We then survey viable Quintom constructions, including two-field models, single-scalar fields with higher derivatives, modified gravity frameworks, and an effective field theory approach that unifies these mechanisms. Possible interactions of Quintom fields with ordinary matter and the potential roles in yielding non-singular universe solutions are discussed. | DESI DR2の観測は、ダークエネルギーの状態方程式パラメータが$w = -1$を越えて進化することを示唆し、Quintomシナリオとして知られる現象によって、$\Lambda$CDMパラダイムに異議を唱えている。 この進展に触発され、我々はQuintom宇宙論の理論的根拠、観測的裏付け、そしてその意味合い、そして可能な拡張を含む段階的なレビューを提示する。 まず、アインシュタインの静的宇宙定数から現代の動的ダークエネルギーまでの歴史的発展を辿り、時間とともに進化する$w(z)$を支持する最近の宇宙論的制約を要約する。 重要な焦点は、ダークエネルギーに関する理論的なno-go定理であり、これは単一の標準的な場や完全流体モデルでは$w = -1$境界を滑らかに越えることはできないことを示している。 次に、2場モデル、高階微分を持つ単一スカラー場、修正された重力枠組み、そしてこれらのメカニズムを統合する有効場理論アプローチなど、実行可能なクイントム構成を概観する。 クイントム場と通常の物質との相互作用の可能性、そして非特異宇宙解を生み出す潜在的な役割について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The James Webb Space Telescope (JWST) is reporting massive high redshift galaxies that appear challenging from the $\Lambda$CDM perspective. Interpreted as a cosmological problem, this necessitates the Planck collaboration underestimating either matter density $\Omega_m$ or physical matter density $\Omega_m h^2$ at higher redshifts. Through standard frequentist profile likelihoods, we identify corroborating quasar (QSO) and gamma-ray burst (GRB) data sets where $\Omega_m$ increases with effective redshift $z_{\textrm{eff}}$ and remains anomalously large at higher redshifts. We relax the traditional priors by allowing for $\Omega_m > 1$, consistent with negative dark energy density, to locate profile likelihood peaks where possible. While the variation of $\Omega_m$ with $z_{\textrm{eff}}$ is at odds with the $\Lambda$CDM model, demarcating frequentist confidence intervals through differences in $\chi^2$ in profile likelihoods, the prevailing technique in the literature, points to $3.9 \sigma$ and $7.9 \sigma$ tensions between GRBs and QSOs, respectively, and Planck-$\Lambda$CDM. We explain the approximations inherent in the existing profile likelihood literature, and highlight fresh methodology that generalises the prescription. We show that alternative methods, including Bayesian approaches, lead to similar tensions. Finally, in the large sample limit, we show that Feldman-Cousins prescription for frequentist confidence intervals in the presence of a boundary (prior) leads to confidence intervals that are bounded above by Wilks' theorem. | ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、$\Lambda$CDMの観点からは困難と思われる、大質量の高赤方偏移銀河を報告しています。 これを宇宙論的問題として解釈すると、プランク共同研究チームは、高赤方偏移における物質密度$\Omega_m$または物理的物質密度$\Omega_m h^2$のいずれかを過小評価することになります。 標準的な頻度主義プロファイル尤度を用いて、$\Omega_m$が実効赤方偏移$z_{\textrm{eff}}$とともに増加し、高赤方偏移でも異常に大きいままである、確証的なクエーサー（QSO）およびガンマ線バースト（GRB）データセットを特定しました。 負のダークエネルギー密度と整合する$\Omega_m > 1$を許容することで従来の事前確率を緩和し、可能な限りプロファイル尤度のピークを特定します。 $\Omega_m$ の $z_{\textrm{eff}}$ による変化は、プロファイル尤度の $\chi^2$ の差によって頻度主義的信頼区間を画定する $\Lambda$CDM モデルとは矛盾するが、文献で広く用いられている手法では、GRB と QSO、そして Planck-$\Lambda$CDM の間にはそれぞれ $3.9 \sigma$ と $7.9 \sigma$ の緊張関係が見られる。 本稿では、既存のプロファイル尤度に関する文献に内在する近似について説明し、その処方を一般化する新しい方法論を紹介する。 ベイズ的アプローチを含む代替手法でも同様の緊張関係が生じることを示す。 最後に、大規模サンプルの限界において、境界（事前分布）が存在する場合の頻度主義的信頼区間に関する Feldman-Cousins の処方は、ウィルクスの定理によって上界が制限される信頼区間につながることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a systematic study of likelihood functions used for Stochastic Gravitational Wave Background (SGWB) searches. By dividing the data into many short segments, one customarily takes advantage of the Central Limit Theorem to justify a Gaussian crosscorrelation likelihood. We show, with a hierarchy of ever more realistic examples, beginning with a single frequency bin and one detector, and then moving to two and three detectors with white and colored signal and noise, that approximating the exact Whittle likelihood by various Gaussian alternatives can induce systematic biases in the estimation of the SGWB parameters. We derive several approximations for the full likelihood and identify regimes where Gaussianity breaks down. We also discuss the possibility of conditioning the full likelihood on fiducial noise estimates to produce unbiased SGWB parameter estimation. We show that for some segment durations and bandwidths, particularly in space-based and pulsar-timing arrays, the bias can exceed the statistical uncertainty. Our results provide practical guidance for segment choice, likelihood selection, and data-compression strategies to ensure robust SGWB inference in current and next-generation gravitational wave detectors. | 確率的重力波背景（SGWB）探索に用いられる尤度関数の体系的な研究を示す。 データを多数の短いセグメントに分割することにより、中心極限定理を利用してガウス相関尤度を正当化するのが通例である。 我々は、単一の周波数ビンと1つの検出器から始めて、白色信号と有色信号およびノイズを持つ2つ、3つの検出器へと段階的に移行していく、より現実的な例の階層的例を用いて、正確なWhittle尤度を様々なガウス尤度近似値で近似すると、SGWBパラメータの推定に系統的なバイアスが生じる可能性があることを示す。 我々は、全尤度のいくつかの近似値を導出し、ガウス性が崩れる領域を特定する。 また、全尤度を信頼ノイズ推定値に条件付けすることで、偏りのないSGWBパラメータ推定値を生成する可能性についても議論する。 我々は、特に宇宙ベースおよびパルサータイミングアレイにおいて、一部のセグメント持続時間と帯域幅において、バイアスが統計的不確実性を超える可能性があることを示した。 我々の結果は、現在および次世代の重力波検出器における堅牢なSGWB推定を保証するための、セグメント選択、尤度選択、およびデータ圧縮戦略に関する実用的な指針を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quantum gravity has long remained elusive from an observational standpoint. Developing effective cosmological models motivated by the fundamental aspects of quantum gravity is crucial for bridging theory with observations. One key aspect is the granularity of spacetime, which suggests that free particles would deviate from classical geodesics by following a covariant Brownian motion. This notion is further supported by swerves models in causal set theory, a discrete approach to quantum gravity. At an effective level, such deviations are described by a stochastic correction to the geodesic equation. We show that the form of this correction is strictly restricted by covariance and the mass-shell condition. Under minimal coupling to curvature, the resulting covariant Brownian motion is unique. The process is equivalently described by a covariant diffusion equation for the distribution of massive particles in their relativistic phase space. When applied to dark matter particles, covariant Brownian motion results in spontaneous warming at late times, suppressing the matter power spectrum at small scales in a time-dependent manner. Using bounds on the diffusion rate from CMB and growth history measurements of $f\sigma_8$, we show that the model offers a resolution to the $S_8$ tension. Future studies on the model's behavior at non-linear cosmological scales will provide further constraints and, therefore, critical tests for the viability of stochastic dark matter. | 量子重力は、観測の観点からは長らく解明が困難であった。 量子重力の基本的な側面に着目した効果的な宇宙論モデルの開発は、理論と観測を繋ぐ上で極めて重要である。 重要な側面の一つは時空の粒度であり、これは自由粒子が共変ブラウン運動に従って古典的な測地線から逸脱することを示唆している。 この概念は、量子重力への離散的アプローチである因果集合論におけるスワーブスモデルによってさらに裏付けられている。 実効レベルでは、このような逸脱は測地線方程式に対する確率的補正によって記述される。 この補正の形は、共変と質量殻条件によって厳密に制限されることを示す。 曲率との結合が最小の場合、結果として生じる共変ブラウン運動は一意である。 この過程は、質量を持つ粒子の相対論的位相空間における分布に関する共変拡散方程式によって等価的に記述される。 共変ブラウン運動を暗黒物質粒子に適用すると、遅い時間に自発的な温暖化が生じ、小さなスケールにおける物質のパワースペクトルは時間依存的に抑制される。 CMBからの拡散率の上限と$f\sigma_8$の成長履歴測定を用いて、このモデルが$S_8$張力の解決策を提供することを示す。 非線形宇宙論スケールにおけるこのモデルの挙動に関する今後の研究は、さらなる制約を与え、ひいては確率的暗黒物質の実現可能性に対する重要な検証となるであろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave (GW) astronomy has been hailed as a gateway to discovering unexpected phenomena in the universe. Over the last decade there have been close to one hundred GW observations of compact-binary mergers. While these signals are largely consistent with mergers of binary black holes, binary neutron stars, or black hole-neutron star systems, some events suggest the intriguing possibility of binaries involving exotic compact objects (ECOs). Identifying and characterising an ECO merger would require accurate ECO waveform models. Using large numbers of numerical relativity simulations to develop customised models for ECO mergers akin to those used for binary black holes, would be not only computationally expensive but also challenging due to the limited understanding of the underlying physics. Alternatively, key physical imprints of the ECO on the inspiral or merger could in principle be incorporated phenomenologically into waveform models, sufficient to quantify generic properties. In this work we present a first application of this idea to assess the detectability and distinguishability of ECO mergers, and we propose a phenomenological approach that can iteratively incorporate features of ECO mergers, laying the groundwork for an effective exotic compact object identifier in compact binary coalescences. We demonstrate that within this framework the compactness of the objects in GW150914 are consistent with that of black holes. The efficacy of the identifier can be refined by adding information from numerical relativity simulations involving fundamental fields. Conversely, such an identifier framework can help focus future numerical relativity and modeling efforts for exotic objects. | 重力波（GW）天文学は、宇宙における予期せぬ現象を発見するための入り口として高く評価されてきました。 過去10年間で、コンパクト連星合体のGW観測は100件近くに上ります。 これらの信号は、連星ブラックホール、連星中性子星、またはブラックホール-中性子星系の合体とほぼ一致していますが、一部の事象は、エキゾチックコンパクト天体（ECO）を含む連星の興味深い可能性を示唆しています。 ECO合体の特定と特性評価には、正確なECO波形モデルが必要です。 連星ブラックホールに使用されるモデルと同様のECO合体用のカスタムモデルを、多数の数値相対論シミュレーションを用いて開発することは、計算コストが高いだけでなく、基礎となる物理の理解が限られているため困難です。 あるいは、ECOがインスパイラルまたは合体に及ぼす主要な物理的影響は、原理的には波形モデルに現象論的に組み込むことができ、一般的な特性を定量化するのに十分な可能性があります。 本研究では、このアイデアを初めてECO合体の検出可能性と識別可能性の評価に適用し、ECO合体の特徴を反復的に組み込むことができる現象論的アプローチを提案する。 これにより、コンパクト連星合体における効果的なエキゾチックコンパクト天体識別器の基礎が築かれる。 この枠組みにおいて、GW150914の天体のコンパクトさはブラックホールのコンパクトさと整合することを示す。 識別器の有効性は、基本場を含む数値相対論シミュレーションからの情報を追加することでさらに改良できる。 逆に、このような識別器の枠組みは、将来のエキゾチック天体に関する数値相対論とモデリングの取り組みに焦点を当てるのに役立つ可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Sine dilaton gravity is holographically related to DSSYK. We explain how to interpret sine dilaton as 2d quantum cosmology. This paves the way for using two copies of DSSYK as hologram for Big-Bang cosmologies. We study the most basic cosmological observable: the sphere amplitude. Via canonical quantization we find a finite answer that matches the on-shell action of a dual matrix integral. The sphere amplitude (or the norm of the no-boundary wavefunction) also gives a prediction for the universe's size. In the context of slow-roll inflation, the no-boundary state is non-normalizable, and predicts a small universe, in contradiction with experiments. We argue that an avatar of these issues exists in dS JT gravity. By considering sine dilaton as a UV completion of dS JT gravity, the state becomes normalizable. We then consider the observer's no-boundary state and show that this prefers neither small nor large universes. The resulting distribution is flat. | 正弦波ディラトン重力は、DSSYKとホログラフィックな関係にある。 我々は、正弦波ディラトンを2次元量子宇宙論として解釈する方法を説明する。 これにより、DSSYKの2つのコピーをビッグバン宇宙論のホログラムとして用いる道が開かれる。 我々は最も基本的な宇宙論的観測量である球面振幅を研究する。 正準量子化により、双対行列積分のオンシェル作用に一致する有限の解を見出す。 球面振幅（または無境界波動関数のノルム）は、宇宙の大きさの予測も与える。 スローロールインフレーションの文脈では、無境界状態は正規化不可能であり、実験とは矛盾して小宇宙を予測する。 我々は、これらの問題のアバターがdS JT重力に存在すると主張する。 正弦波ディラトンをdS JT重力のUV完成とみなすことで、状態は正規化可能になる。 次に、観測者の境界のない状態を考察し、これが小宇宙にも大宇宙にも向かないことを示す。 結果として得られる分布は平坦である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the covariant diffusion and drift of massless particles on the light cone within the context of quantum gravity phenomenology. Unlike modified dispersion relations that violate Lorentz invariance and grow with frequency, this model introduces a stochastic correction to the massless geodesic equation while preserving Lorentz invariance, and is dominant at lower frequencies due to the larger spacetime support of long-wavelength modes. The effect is phenomenologically described by just two diffusion and drift parameters, $\kappa_1$ and $\kappa_2$, whose values are already constrained by measurements of the CMB blackbody spectrum. We show that a direct measurement and characterization of a gravitational wave (GW) background frequency spectrum can improve bounds on these diffusion and drift parameters by over 12 orders of magnitude compared to those from the CMB. In particular, we find that detecting a GW background sourced by realistic models of first-order phase transitions or primordial black holes (PBH) with LISA can constrain the parameters down to a value of $\kappa_1,\,\kappa_2\lesssim 10^{-56}\,\text{kg}\,\text{m}^2\text{s}^{-3}$. | 量子重力現象論の観点から、光円錐上の質量ゼロ粒子の共変拡散とドリフトを研究する。 ローレンツ不変性を破り周波数とともに増大する修正分散関係とは異なり、このモデルはローレンツ不変性を保ちながら質量ゼロ測地線方程式に確率論的補正を導入し、長波長モードの時空サポートが大きいため低周波数域で支配的となる。 この効果は、CMB黒体スペクトルの測定によって既に制限されている2つの拡散パラメータ$\kappa_1$と$\kappa_2$によって現象的に記述される。 重力波（GW）背景周波数スペクトルの直接測定と特性評価により、これらの拡散パラメータとドリフトパラメータの境界がCMBのものと比較して12桁以上改善されることを示す。 特に、一次相転移や原始ブラックホール（PBH）の現実的なモデルに由来する重力波背景をLISAで検出すると、パラメータを$\kappa_1,\,\kappa_2\lesssim 10^{-56}\,\text{kg}\,\text{m}^2\text{s}^{-3}$の値まで制限できることが分かりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Boson stars are hypothetical compact objects derived from solutions of a self-gravitating complex scalar field. In this study, we extend the traditional models by generalizing the kinetic term of the scalar field to that of a nonlinear sigma model. Concretely, we obtain spinning boson star solutions for a family of models parametrized by the curvature of their two-dimensional target manifold, as well as for various self-interaction potentials. We derive the global properties and multipolar structure of these solutions as a function of both the curvature of the target space and the strength of self-interactions. Our results suggest that a nonzero curvature in the target manifold can have a significant impact on the structure of the solutions, allowing for a range of notably different masses and degrees of compactness. However, we find that the relations between different multipoles are consistent with those for the standard complex scalar stars, and hence the universality of such relations is extended to curved target spaces. | ボソン星は、自己重力複素スカラー場の解から導かれる仮説的なコンパクト天体である。 本研究では、スカラー場の運動項を非線形シグマ模型の運動項に一般化することで、従来のモデルを拡張する。 具体的には、2次元標的多様体の曲率でパラメータ化された一連のモデルと、様々な自己相互作用ポテンシャルに対して、回転するボソン星解を得る。 これらの解の大域的特性と多極構造を、標的空間の曲率と自己相互作用の強さの両方の関数として導く。 結果は、標的多様体の曲率がゼロでない場合、解の構造に大きな影響を与え、質量とコンパクト度の大きく異なる範囲を許容することを示唆している。 しかし、異なる多重極間の関係は標準的な複素スカラー星の関係と整合しており、したがって、そのような関係の普遍性は曲がったターゲット空間にも拡張されることが分かりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose an approach to Carrollian geometry using principal $\mathbb{R}^\times$-bundles ($\mathbb{R}^\times := \mathbb{R} \setminus \{0\}$) equipped with a degenerate metric whose kernel is the module of vertical vector fields. The constructions allow for non-trivial bundles and a large class of Carrollian manifolds can be analysed in this formalism. Alongside other results, we show that once an $\mathbb{R}^\times$-connection has been chosen, there is a canonical affine connection that is torsionless, but, in general, not compatible with the degenerate metric. The construction of an affine connection is intimately tied to a Kaluza-Klein geometry. | 我々は、垂直ベクトル場の加群を核とする退化計量を備えた主$\mathbb{R}^\times$バンドル（$\mathbb{R}^\times := \mathbb{R} \setminus \{0\}$）を用いたキャロル幾何学へのアプローチを提案する。 この構成は非自明なバンドルを許容し、この形式論では広範なキャロル多様体を解析することができる。 他の結果と併せて、$\mathbb{R}^\times$接続が選択されると、捩れのない標準的なアフィン接続が存在するが、一般には退化計量と両立しないことを示す。 アフィン接続の構成はカルツァ＝クライン幾何学と密接に結びついている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Light, though massless, does not travel in a perfectly straight line when it passes near a massive object. Instead, it follows the curvature of spacetime - a phenomenon predicted by Einstein's general theory of relativity. This effect, known as gravitational lensing, occurs because massive bodies like stars, galaxies, or black holes distort the fabric of spacetime around them, bending the path of light much like a lens bends rays in optics. In this work, we study gravitational lensing using the gauge theory of unified gravity [Rep. Prog. Phys. 88, 057802 (2025)] based on four one-dimensional unitary gauge symmetries and formulated as a quantum field theory in the Minkowski spacetime extending the Standard Model to include gravity. The dynamical equation of light in unified gravity contains explicit coupling to the gravity gauge field whereas, in general relativity, gravitational coupling is entirely described through the metric. Despite this fundamental difference, unified gravity can be used to calculate observable effects of gravity, such as the deflection of light near astrophysical objects. Without a single free parameter, perfect agreement between unified gravity and general relativity is obtained for the deflection angle of light in the first power of the gravitational constant. However, the second-order contribution to the deflection angle reveals a measurable relative difference of $1/15\approx6.7\%$ between the predictions of unified gravity and general relativity. Therefore, detailed observations of gravitational lensing or gravitational wave data are expected to enable experimentally differentiating between the two theories in the near future, thus revealing the profound symmetry principles of the Universe. | 光は質量がないにもかかわらず、質量の大きい物体の近くを通過する際、完全に直線的に進むわけではありません。 時空の曲率に沿って進みます。 これはアインシュタインの一般相対性理論によって予言された現象です。 重力レンズ効果として知られるこの効果は、星、銀河、ブラックホールなどの質量の大きい物体が周囲の時空構造を歪ませ、光学においてレンズが光線を曲げるように光の進路を曲げることによって発生します。 本研究では、4つの1次元ユニタリーゲージ対称性に基づき、標準模型を拡張して重力を含むようにミンコフスキー時空における量子場の理論として定式化した統一重力ゲージ理論 [Rep. Prog. Phys. 88, 057802 (2025)] を用いて重力レンズ効果を研究します。 統一重力における光の力学方程式は重力ゲージ場との明確な結合を含むのに対し、一般相対論では重力との結合は計量によって完全に記述される。 この根本的な違いにもかかわらず、統一重力は、天体近傍における光の偏向など、観測可能な重力効果を計算するために用いることができる。 自由パラメータを一つも持たない統一重力と一般相対論は、重力定数の1乗における光の偏向角に関して完全に一致する。 しかし、偏向角への2次の寄与は、統一重力と一般相対論の予測の間に、測定可能な相対差（約1/15）を示す。 したがって、重力レンズ効果や重力波データの詳細な観測によって、近い将来、両理論を実験的に区別することが可能になり、宇宙の深遠な対称性原理が明らかになると期待される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Over the past century, General Relativity (GR) has been a cornerstone of gravitational theory. However, recent cosmological observations, such as the accelerated expansion of the Universe, challenge its completeness and the standard $\Lambda$CDM model. This has motivated the development of alternative approaches, including dynamical dark energy and modifications to gravity. This thesis investigates the $f(R, L_m)$ gravity framework, which extends $f(R)$ gravity by introducing curvature-matter coupling, to address unresolved issues in modern cosmology. Chapter 1 reviews the foundations of cosmology, GR, and $\Lambda$CDM, discussing their challenges and introducing modified gravity theories. Chapter 2 studies cosmic expansion in a specific non-linear $f(R, L_m)$ model, analyzing its dynamics using updated $H(z)$ and Pantheon datasets and demonstrating a deceleration-to-acceleration transition. Chapter 3 introduces a model-independent Hubble parameter parametrization and explores cosmological variables using MCMC and combined data. Chapter 4 incorporates bulk viscosity into $f(R, L_m)$ models to explain late-time acceleration and applies Om diagnostics and energy conditions. Chapter 5 examines non-singular matter bounce cosmologies, analyzing bouncing dynamics and the evolution of cosmographic parameters. Chapter 6 addresses gravitational baryogenesis and shows how $f(R, L_m)$ gravity supports the observed baryon-to-entropy ratio. Chapter 7 summarizes the results and suggests directions for future work. | 過去1世紀にわたり、一般相対性理論（GR）は重力理論の礎となってきました。 しかしながら、宇宙の加速膨張といった近年の宇宙論的観測は、GRの完全性と標準的な$\Lambda$CDMモデルに疑問を投げかけています。 この疑問が、動的ダークエネルギーや重力理論の修正といった代替的なアプローチの開発を促してきました。 本論文では、曲率-物質相互作用を導入することで$f(R)$重力を拡張した$f(R, L_m)$重力枠組みを考察し、現代宇宙論における未解決の課題に取り組みます。 第1章では、宇宙論、GR、$\Lambda$CDMの基礎を概観し、それぞれの課題を論じ、修正された重力理論を紹介します。 第2章では、特定の非線形$f(R, L_m)$モデルにおける宇宙膨張を研究し、最新の$H(z)$およびPantheonデータセットを用いてそのダイナミクスを解析し、減速から加速への遷移を示す。 第3章では、モデルに依存しないハッブルパラメータのパラメータ化を導入し、MCMCと複合データを用いて宇宙変数を探索する。 第4章では、後期加速を説明するためにバルク粘性を$f(R, L_m)$モデルに組み込み、Om診断とエネルギー条件を適用する。 第5章では、非特異物質バウンス宇宙論を考察し、バウンスダイナミクスと宇宙パラメータの進化を解析する。 第6章では、重力バリオン生成を取り上げ、$f(R, L_m)$重力が観測されるバリオン対エントロピー比をどのように支持するかを示す。 第7章では結果をまとめ、今後の研究の方向性を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Near a gravitating compact object, massive particles traveling along timelike geodesics are gravitationally deflected similarly to light. In this paper, we study the deflection angles of these particles in the strong deflection limit. This analytical approximation applies when particles in unbound orbits approach the compact object very closely, circle around it at a radius close to that of the unstable circular orbit, and eventually escape. While previous studies have provided results for particular metrics, we offer a general solution applicable to any static, spherically symmetric and asymptotically flat spacetime. After briefly reviewing the exact expression for the deflection angle of massive particles, we present a strong deflection limit analysis for this general case. The developed formulas are then applied to three particular metrics: Schwarzschild, Reissner-Nordstr\"om and Janis-Newman-Winicour. | 重力を受けるコンパクト天体の近くでは、時間的測地線に沿って移動する質量を持つ粒子は、光と同様に重力によって偏向される。 本論文では、これらの粒子の強い偏向極限における偏向角を調べる。 この解析的近似は、束縛されていない軌道を回る粒子がコンパクト天体に非常に接近し、不安定な円軌道の半径に近い半径でその周りを回り、最終的に脱出する場合に適用される。 先行研究は特定の計量について結果を提供しているが、本研究では、静的で球対称かつ漸近平坦な任意の時空に適用可能な一般解を提示する。 質量を持つ粒子の偏向角の厳密な表現を簡単に見直した後、この一般的なケースに対する強い偏向極限解析を示す。 開発された公式は、シュワルツシルト、ライスナー・ノルドストローム、およびジャニス・ニューマン・ウィニクールという3つの特定の計量に適用される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Matched filtering is a common method for detecting gravitational waves. However, the computational costs of searching large template banks limit the efficiency of classical algorithms when searching for massive black hole binary (MBHB) systems. In this work, a quantum matched filtering algorithm based on Grover's algorithm is applied to the MBHB signals. It is demonstrated that the quantum approach can reduce the computational complexity from $O(N)$ to $O(\sqrt{N})$ theoretically, where $N$ is the size of the template bank. Simulated results indicate that the quantum-enhanced approach significantly reduces computational costs. However, it is also found that the performance can degrade in some cases due to instability of the algorithm. This highlights the need for more robust and stable quantum search strategies. | 整合フィルタリングは重力波検出の一般的な手法である。 しかし、大規模なテンプレートバンクの探索にかかる計算コストは、巨大ブラックホール連星系（MBHB）の探索において、従来のアルゴリズムの効率を制限している。 本研究では、グローバーのアルゴリズムに基づく量子整合フィルタリングアルゴリズムをMBHB信号に適用する。 この量子アプローチは、理論的には計算量を$O(N)$から$O(\sqrt{N})$に削減できることが実証されている。 ここで、$N$はテンプレートバンクのサイズである。 シミュレーション結果は、量子強化アプローチが計算コストを大幅に削減することを示す。 しかしながら、アルゴリズムの不安定性により、場合によっては性能が低下することもわかった。 これは、より堅牢で安定した量子探索戦略の必要性を浮き彫りにしている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The double copy relates gauge and gravitational theories, with widespread application to quantum scattering amplitudes and classical perturbative results. It also connects exact classical solutions of abelian gauge and gravitational theories in a small number of specific examples, known as classical double copies. These have a number of special properties, such as being algebraically special, and it remains an open question examples exist for algebraically general spacetimes or with nontrivial dynamics. Here we provide a novel framework for understanding classical double copies at the level of the metric, both organizing the known examples and exploring their properties under a new lens. Utilizing Killing vectors as natural gauge fields on a spacetime, we propose a procedure for generating new classical double copies. As a proof of concept, we provide a flat space single copy for the Kasner metric, an algebraically general spacetime. This example is also a double copy at the level of its curvature, and provides the first type I Weyl double copy on flat spacetime, confirming expectations from perturbation theory. This provides a promising avenue for extending exact double copies to a broader class of general, physically relevant spacetimes. | 二重コピーはゲージ理論と重力理論を関連づけ、量子散乱振幅や古典的な摂動論的結果に広く応用されている。 また、少数の具体的な例、いわゆる古典二重コピーにおいて、アーベルゲージ理論と重力理論の正確な古典解を結び付ける。 これらは代数的に特殊であるなど、多くの特殊な性質を持ち、代数的に一般的な時空や非自明なダイナミクスを持つ時空の例が存在するかどうかは未解決の問題である。 本稿では、既知の例を整理し、新たな観点からそれらの性質を探求することにより、計量のレベルで古典二重コピーを理解するための新たな枠組みを提供する。 時空上の自然なゲージ場としてキリングベクトルを利用し、新たな古典二重コピーを生成する手順を提案する。 概念実証として、代数的に一般的な時空であるカスナー計量の平坦空間における単一コピーを提供する。 この例もまた、曲率のレベルで二重コピーであり、平坦時空上の最初のタイプIワイル二重コピーを提供し、摂動論からの予測を裏付けています。 これは、正確な二重コピーをより広範な一般の物理的に重要な時空に拡張するための有望な道筋を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This study investigates the emergence of dark energy during the matter-dominated era through spontaneous cosmological scalarization in the scalar-Ricci-Gauss-Bonnet model.Our model aligns with the conjecture that the speed of gravitational waves at low redshifts is nearly equal to the speed of light, implying that the Gauss-Bonnet invariant does not directly contribute to late-time acceleration and suggesting that scalarization begins in the radiation-dominated era. The Gauss-Bonnet coupling stabilizes the quintessence field at an initial fixed point with negligible dark energy density during the radiation era. As the Universe expands, the Ricci coupling induces a tachyonic transition in the quintessence field, driving the evolution of dark energy. | 本研究では、スカラー・リッチ・ガウス・ボネ模型における自発的な宇宙論的スカラー化を通して、物質優勢時代におけるダークエネルギーの出現を検証する。 本モデルは、低赤方偏移における重力波の速度が光速にほぼ等しいという予想と一致しており、ガウス・ボネ不変量が後期加速に直接寄与しないことを意味し、スカラー化は輻射優勢時代に始まることを示唆している。 ガウス・ボネ結合は、輻射時代において、クインテッセンス場をダークエネルギー密度が無視できる初期固定点に安定化させる。 宇宙が膨張するにつれて、リッチ結合はクインテッセンス場にタキオン遷移を引き起こし、ダークエネルギーの進化を促進する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The merger origin long GRB 211211A was a class (re-)defining event. A precursor was identified with a $\sim 1$ s separation from the main burst, as well as a claimed candidate quasi-periodic oscillation (QPO) with a frequency $\sim20$ Hz. Here, we explore the implications of the precursor, assuming the quasi-periodicity is real. The precursor variability timescale requires relativistic motion with a Lorentz factor $\Gamma\gtrsim80$, and implies an engine driven jetted outflow. The declining amplitude of the consecutive pulses requires an episodic engine with an `on/off' cycle consistent with the QPO. For a black-hole central engine, the QPO can have its origin in Lense-Thirring precession of the inner disk at $\sim6-9$ $r_g$ (gravitational radii) for a mass $M_\bullet\leq4.5$ $M_{\odot}$, and $\lesssim 7$ $r_g$ for $M_\bullet>4.5$ $M_{\odot}$ and dimensionless spin $\chi\sim 0.3 - 0.9$. Alternatively, at a disk density of $\sim10^{8 - 12}$ g cm$^{-3}$, the required magnetic field strength for a QPO via magnetohydrodynamic effects will be on the order $B\sim10^{12 - 14}$ G. If the central engine is a short lived magnetar or hypermassive neutron star, then a low-frequency QPO can be produced via instabilities within the disk at a radius of $\sim20 - 70$ km, for a disk density $\sim10^{9 - 12}$ g cm$^{-3}$ and magnetic field $\gtrsim10^{13 - 14}$ G. The QPO cannot be coupled to the neutron star spin, as the co-rotation radius is beyond the scale of the disk. Neither engine can be ruled out -- however, we favour an origin for the precursor candidate QPO as early jet-disk coupling for a neutron star -- black hole merger remnant with mass $M_\bullet>4.5$ $M_{\odot}$. | 合体起源の長周期GRB 211211Aは、GRBの分類を（再）定義するイベントであった。 主バーストから$\sim 1$秒離れた位置に前駆バーストが特定され、また周波数$\sim 20$ Hzの準周期振動（QPO）の候補も確認された。 本稿では、準周期性が実在すると仮定し、前駆バーストの示唆するところを考察する。 前駆バーストの変動時間スケールは、ローレンツ因子$\Gamma\gtrsim80$の相対論的運動を必要とし、エンジン駆動によるジェットアウトフローの存在を示唆する。 連続するパルスの振幅の減少は、QPOと整合する「オン/オフ」サイクルを持つ断続的なエンジンの存在を示唆する。 ブラックホール中心エンジンの場合、QPOは、質量が$M_\bullet\leq4.5$ $M_{\odot}$の場合には$\sim6-9$ $r_g$（重力半径）での内側ディスクのレンズ・サーリング歳差運動、$M_\bullet>4.5$ $M_{\odot}$の場合には$\lesssim 7$ $r_g$、無次元スピンが$\chi\sim 0.3 - 0.9$の場合にはその起源を持つことができる。 一方、ディスク密度が$\sim10^{8 - 12}$ g cm$^{-3}$の場合、磁気流体力学的効果によるQPOに必要な磁場強度は$B\sim10^{12 - 14}$ Gのオーダーとなる。 中心エンジンが短寿命のマグネターまたは超大質量中性子星である場合、ディスク密度が$\sim10^{9 - 12}$ g cm$^{-3}$、磁場が$\gtrsim10^{13 - 14}$ Gのとき、半径$\sim20 - 70$ kmのディスク内の不安定性を介して低周波QPOが生成される可能性がある。 QPOは中性子星の自転半径と結合できない。 なぜなら、共回転半径がディスクのスケールを超えているからである。 どちらのエンジンも排除できないが、前駆候補であるQPOの起源は、中性子星の初期ジェット・ディスク結合、つまり質量$M_\bullet>4.5$ $M_{\odot}$を持つブラックホール合体残骸である可能性が高いと考えられる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Guided by the Einstein equivalence principle that identifies the phenomenon of gravitation as a manifestation of the dynamics of spacetime in contrast to a localizable force, we review and explore its consequences on formulating a theory of gravity. The resulting space of metric theories of gravity may address open conceptual and observational puzzles through a wealth of effects beyond general relativity, whose traces can be searched for within today's and tomorrow's gravitational testing grounds. Above all, we offer a generic metric theory generalization of Isaacson's approach to the leading-order field equations of physical perturbations with a well-defined notion of energy-momentum carried by the gravitational waves. Within this framework, we identify the backreaction of the Isaacson energy-momentum flux onto the background spacetime with the displacement memory effect that induces a permanent distortion of space after the passage of a gravitational wave. This effect is a well-known prediction of GR whose dominant contribution captures its inherent non-linear nature, manifest in the ability of gravity to gravitate. However, the novel interpretation of memory as naturally arising within the Isaacson approach to gravitational waves comes with two main advantages. Firstly, it allows for a unified understanding of both the null and the ordinary memory effect, which are respectively sourced by unbound energy fluxes that do and do not reach asymptotic null infinity. Secondly, and most importantly, this approach allows for a consistent derivation of the memory formula for a large class of metric theories with considerable lessons to be learned for upcoming future measurements of the memory effect. | 重力現象を局所化可能な力ではなく時空のダイナミクスの現れとして特定するアインシュタインの等価性原理に導かれ、我々は重力理論の定式化におけるその帰結を概観し、探求する。 結果として得られる重力計量理論の空間は、一般相対論を超える豊富な効果を通して、未解決の概念的・観測的パズルに取り組む可能性があり、その痕跡は今日そして将来の重力実験の場で探求することができる。 とりわけ、我々は、重力波によって運ばれるエネルギー・運動量という明確に定義された概念を用いて、物理的摂動の主要次数場の方程式に対するアイザックソンのアプローチを一般的な計量理論に一般化する。 この枠組みの中で、我々はアイザックソンのエネルギー・運動量フラックスが背景時空に及ぼす反作用を、重力波通過後に空間の永続的な歪みを誘発する変位記憶効果と同一視する。 この効果は一般相対性理論のよく知られた予測であり、その主要な貢献は、重力の引力として現れる、その固有の非線形性を捉えることです。 しかし、重力波に対するアイザックソンのアプローチにおいて、記憶が自然に生じるという新しい解釈には、2つの主な利点があります。 第一に、漸近的ヌル無限大に達するか達しないかの自由エネルギー流束によってそれぞれ発生するヌル効果と通常の記憶効果の両方を統一的に理解できるようになります。 第二に、そして最も重要なのは、このアプローチにより、広範な計量理論に対して記憶公式を首尾一貫して導出できるようになり、将来の記憶効果の測定に向けて多くの教訓が得られることです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The two-dimensional causal dynamical triangulations ($2$d CDT) is a lattice model of quantum geometry. In $2$d CDT, one can deal with the quantum effects analytically and explore the physics through the continuum limit. The continuum theory is known to be two-dimensional projectable Horava-Lifshitz quantum gravity ($2$d projectable HL QG). In this chapter, we wish to review the very relation between $2$d CDT and $2$d projectable HL QG in detail. | 2次元因果動的三角測量（$2$d CDT）は量子幾何学の格子モデルである。 $2$d CDTでは、量子効果を解析的に扱い、連続体極限を通して物理を探求することができる。 連続体理論は、2次元射影可能ホラバ・リフシッツ量子重力（$2$d 射影可能HL QG）として知られている。 本章では、$2$d CDTと$2$d 射影可能HL QGの関係を詳細に検討する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This paper investigates warm inflation within the context of $f(Q)$ gravity for the Friedmann-Robertson-Walker spacetime. We formulate the governing field equations using slow-roll approximations and examine a power-law model to evaluate critical inflationary parameters including slow-roll parameters, scalar and tensor power spectra, and their associated spectral indices. The distinguishing feature of warm inflation lies in its fundamental premise that both radiation and inflaton coexist and interact throughout the inflationary phase. This interaction facilitates energy transfer from the inflaton to radiation through a dissipative process, maintaining the universe's thermal state. In our approach, we innovatively employ $f(Q)$ dark energy as the driving mechanism for warm inflation, exploring its dynamics in a highly dissipative regime through two distinct toy models. Our analysis reveals that $f(Q)$ dark energy can effectively drive warm inflation in the early universe, with both models satisfying essential conditions: the dominance of $f(Q)$ energy density over radiation density and the prevalence of thermal fluctuations over quantum fluctuations ($T > H$). The numerical results demonstrate that as inflation progresses, energy transfers from the $f(Q)$ sector to radiation, eventually bringing both densities to comparable levels near the end of inflation. Importantly, our computed values for the tensor-to-scalar ratio ($r$) and scalar spectral index ($n_s$) align well with current observational constraints, validating the viability of warm inflation in $f(Q)$ gravity. | 本論文は、フリードマン・ロバートソン・ウォーカー時空における$f(Q)$重力の文脈における温暖インフレーションを調査する。 スローロール近似を用いて支配場方程式を定式化し、べき乗則モデルを用いて、スローロールパラメータ、スカラーおよびテンソルパワースペクトル、およびそれらに関連するスペクトル指数を含む臨界インフレーションパラメータを評価する。 温暖インフレーションの特徴的な特徴は、輻射とインフレーション過程を通してインフレーショントンが共存し相互作用するという基本前提にある。 この相互作用は、散逸過程を通じてインフレーショントンから輻射へのエネルギー移動を促進し、宇宙の熱的状態を維持する。 本研究では、温暖インフレーションの駆動機構として$f(Q)$ダークエネルギーを革新的に採用し、2つの異なるトイモデルを用いて、高度に散逸的な領域におけるそのダイナミクスを探求する。 我々の解析により、$f(Q)$ ダークエネルギーが初期宇宙において温暖なインフレーションを効果的に駆動できることが明らかになり、両方のモデルが必須条件、すなわち $f(Q)$ エネルギー密度が放射密度よりも優勢であること、および熱揺らぎが量子揺らぎよりも優勢であること ($T > H$) を満たしていることが示された。 数値結果は、インフレーションが進行するにつれて、エネルギーが $f(Q)$ セクターから放射へと移行し、最終的にインフレーションの終焉近くで両密度が同程度になることを示している。 重要なのは、我々が計算したテンソル対スカラー比 ($r$) とスカラースペクトル指数 ($n_s$) の値が現在の観測的制約とよく一致しており、$f(Q)$ 重力における温暖なインフレーションの実現可能性を裏付けている点である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the $N \times N$ Hermitian one-matrix model modified by the double-trace interaction. It is known that the coupling for the double-trace interaction can control the weight for the microscopic wormholes if interpreting the matrix model as the lattice model of random surface; tuning the coupling to its critical value, the effect of wormholes become substantial to change the critical behavior of the pure $2$D quantum gravity, which is characterized by a certain positive value of the string susceptibility. In the large-$N$ limit, we calculate the continuum limit of the disk amplitude in which the wormhole effects are important. The resulting continuum disk amplitude is the same as that of the pure $2$D quantum gravity. We also introduce the renormalized coupling for the double-trace interaction, and show that the newly introduced renormalized coupling can alter the renormalized bulk cosmological constant effectively. | 我々は、二重トレース相互作用によって修正された$N \times N$エルミート1行列模型を研究する。 行列模型をランダム面の格子模型として解釈すれば、二重トレース相互作用の結合が微視的ワームホールの重みを制御できることが知られている。 結合を臨界値に調整すると、ワームホールの効果が顕著になり、弦磁化率のある正の値で特徴付けられる純粋な2次元量子重力の臨界挙動を変化させる。 大N極限において、ワームホール効果が重要となるディスク振幅の連続体極限を計算する。 結果として得られる連続体ディスク振幅は、純粋な2次元量子重力のそれと同じである。 また、二重トレース相互作用の再正規化された結合を導入し、新たに導入された再正規化された結合が、再正規化されたバルク宇宙定数を効果的に変化させることができることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this paper, we study a free scalar field in a specific (1+1)-dimensional curved spacetime. By introducing an algebraic state that is locally Hadamard, we derive the renormalized Wightman function and explicitly calculate the covariantly conserved quantum energy-momentum tensor up to a relevant order. From this result, we show that the Hadamard renormalization scheme, which has been effective in traditional quantum field theory in curved spacetime, is also applicable in the quantum inhomogeneous field theory. As applications of this framework, we show the existence of an Unruh-like effect for an observer slightly out of the right asymptotic region, as well as a quantum frictional effect on the bubble wall expansion during the electroweak phase transition in the early universe. Consequently, this study validates the consistency of our method for constructing meaningful physical quantities in quantum inhomogeneous field theory. | 本論文では、特定の (1+1) 次元曲がった時空における自由スカラー場を研究する。 局所的にアダマールな代数状態を導入することにより、繰り込まれたワイトマン関数を導出し、共変的に保存される量子エネルギー運動量テンソルを適切な順序まで明示的に計算する。 この結果から、曲がった時空における伝統的な量子場の理論で有効であったアダマール繰り込みスキームが、量子不均質場の理論にも適用可能であることを示す。 この枠組みの応用として、右漸近領域からわずかに外れた観測者に対するウンルー型効果の存在、および初期宇宙における電弱相転移中の泡壁膨張に対する量子摩擦効果を示す。 結果として、本研究は、量子不均質場の理論において意味のある物理量を構成するための我々の手法の整合性を検証するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Power-law inflation has stood as a classical model in inflationary cosmology since the early 1980s, prized for its exact analytical solutions and ability to naturally resolve the Big Bang theory's horizon and flatness problems through exponential expansion. However, its simplest form appears incompatible with modern precision observations, motivating increasingly complex alternatives. In this work, we demonstrate previous predictions with Power-law inflation considered only a particular solution of the field equations, and derive the complete set of general analytical solutions that satisfy current theoretical and observational constraints. This finding revitalizes Power-law inflation as a viable framework, offering new possibilities for cosmological model-building while preserving its original mathematical elegance. | べき乗則インフレーションは1980年代初頭からインフレーション宇宙論の古典的モデルとして位置づけられ、その厳密な解析解と、指数関数的膨張によってビッグバン理論の地平線問題および平坦性問題を自然に解決する能力が高く評価されてきた。 しかし、その最も単純な形態は現代の精密観測と両立しないようで、ますます複雑な代替モデルが求められている。 本研究では、べき乗則インフレーションを場の方程式の特殊解としてのみ考慮した場合のこれまでの予測を実証し、現在の理論的および観測的制約を満たす一般的な解析解の完全な集合を導出する。 この発見は、べき乗則インフレーションを実行可能な枠組みとして再活性化させ、その本来の数学的優雅さを維持しながら、宇宙論モデル構築の新たな可能性を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Second-order tensor perturbations induced by primordial fluctuations play a crucial role in probing small-scale physics, but gauge dependence of their energy density has remained a fundamental challenge in cosmological perturbation theory. We address this issue by introducing a boundary condition-based filtering method that extracts physical radiation through the Sommerfeld criterion. We demonstrate that after filtering non-physical modes, the energy density of secondary gravitational waves becomes gauge-invariant and exhibits physically consistent behavior in the sub-horizon limit. This approach provides a unified framework for both adiabatic and isocurvature perturbations, enhancing theoretical predictions and observational signatures of early universe physics. | 原始的揺らぎによって誘起される二次テンソル擾乱は、小規模物理の探究において重要な役割を果たしているが、そのエネルギー密度のゲージ依存性は、宇宙摂動論における根本的な課題として依然として残されている。 我々は、ゾンマーフェルトの基準を通して物理的放射を抽出する境界条件に基づくフィルタリング法を導入することで、この問題に対処する。 非物理的モードをフィルタリングした後、二次重力波のエネルギー密度はゲージ不変となり、地平線下の極限において物理的に整合した挙動を示すことを示す。 このアプローチは、断熱擾乱と等曲率擾乱の両方に対する統一的な枠組みを提供し、初期宇宙物理の理論予測と観測的特徴を強化する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Reissner-Nordstr\"{o}m-Anti-de Sitter (RNAdS) black holes in the extended phase space exhibit critical behavior analogous to the liquid-gas system, with critical exponents matching those of van der Waals-type phase transitions. However, the kinetics of these transitions near spinodal and critical points remain poorly understood. We demonstrate that both the autocorrelation time and the variance of trajectories increase significantly as the system approaches these special points, signaling critical slowing down. This behavior is driven by the flattening of the free energy landscape, as further confirmed by the lowest eigenvalue of the Fokker-Planck equation. Moreover, we uncover a clear dynamical crossover separating gas-like and liquid-like regimes in the supercritical region. This kinetic crossover defines the Widom line that closely matches the thermodynamic one obtained from the maxima of the isobaric heat capacity. These findings contribute to a deeper understanding of the kinetics of RNAdS black holes in the vicinity of spinodal and critical points. | 拡張位相空間におけるライスナー-ノルドストル\"{o}m-反ド・ジッター（RNAdS）ブラックホールは、液体-気体系に類似した臨界挙動を示し、臨界指数はファンデルワールス型相転移のものと一致する。 しかしながら、スピノーダル点および臨界点近傍におけるこれらの転移の運動学は未だ十分に理解されていない。 我々は、系がこれらの特別な点に近づくにつれて、自己相関時間と軌道の分散の両方が大幅に増加し、臨界減速を示すことを示す。 この挙動は自由エネルギー地形の平坦化によって引き起こされ、フォッカー-プランク方程式の最低固有値によってさらに確認される。 さらに、我々は超臨界領域において気体状と液体状の領域を分ける明確な力学的クロスオーバーを発見した。 この運動学的クロスオーバーは、等圧熱容量の最大値から得られる熱力学的ウィドム線とほぼ一致するウィドム線を定義する。 これらはこれらの発見は、スピノーダル点および臨界点近傍におけるRNAdSブラックホールの運動学に対するより深い理解に貢献します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quantum technologies present new opportunities for fundamental tests of nature. One potential application is to probe the interplay between quantum physics and general relativity - a field of physics with no empirical evidence yet. Here we show that quantum networks open a new window to test this interface. We demonstrate how photon mediated entanglement between atomic or atom-like systems can be used to probe time-dilation induced entanglement and interference modulation. Key are non-local measurements between clocks in a gravitational field, which can be achieved either through direct photon interference or by using auxiliary entanglement. The resulting observable depends on the interference between different proper times, and can only be explained if both quantum theory and general relativity are taken into account. The proposed protocol enables clock interferometry on km-scale separations and beyond. Our work thus shows a realistic experimental route for a first test of quantum theory on curved space-time, opening up new scientific opportunities for quantum networks. | 量子技術は、自然現象の基礎検証に新たな可能性をもたらします。 その潜在的な応用の一つとして、量子物理学と一般相対論の相互作用を検証することが挙げられます。 この分野は、まだ実証的な証拠が存在しない物理学の分野です。 本研究では、量子ネットワークがこのインターフェースを検証するための新たな窓を開くことを示します。 原子または原子類似系間の光子媒介エンタングルメントを用いて、時間の遅れによって引き起こされるエンタングルメントと干渉変調を検証する方法を示します。 鍵となるのは、重力場における時計間の非局所的な測定であり、これは直接的な光子干渉、または補助的なエンタングルメントを用いることで実現できます。 結果として得られる観測量は、異なる固有時間の干渉に依存し、量子論と一般相対論の両方を考慮した場合にのみ説明できます。 提案されたプロトコルは、kmスケール以上の間隔での時計干渉測定を可能にします。 したがって、本研究は、曲がった時空における量子論の初の検証のための現実的な実験的ルートを示しており、量子ネットワークの新たな科学的機会を切り開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Extreme Mass Ratio Inspirals (EMRIs) are key observational targets for the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) mission. Unresolvable EMRI signals contribute to the formation of a gravitational wave background (GWB). Characterizing the statistical features of the GWB from EMRIs is of great importance, as EMRIs will ubiquitously affect large segments of the inference scheme. In this work, we apply a frequentist test for GWB Gaussianity and stationarity, exploring three astrophysically-motivated EMRI populations. We construct the resulting signal by combining state-of-the-art EMRI waveforms and a detailed description of the LISA response with time-delay interferometric variables.Depending on the brightness of the GWB, our analysis demonstrates that the resultant EMRI foregrounds show varying degrees of departure from the usual statistical assumptions that the GWBs are both Gaussian and Stationary. If the GWB is non-stationary with non-Gaussian features, this will challenge the robustness of Gaussian-likelihood model, when applied to global inference results, e.g. foreground estimation, background detection, and individual-source parameters reconstruction. | 極限質量比インスパイラル（EMRI）は、レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）ミッションの重要な観測ターゲットです。 分解できないEMRI信号は、重力波背景（GWB）の形成に寄与します。 EMRIは推論スキームの大部分に普遍的に影響を及ぼすため、EMRIからGWBの統計的特徴を特徴付けることは非常に重要です。 本研究では、GWBのガウス性と定常性に対する頻度主義検定を適用し、天体物理学的に動機付けられた3つのEMRI集団を探索します。 最先端のEMRI波形と、時間遅延干渉計によるLISA応答の詳細な記述を組み合わせることで、結果信号を構築しました。 GWBの明るさに応じて、得られたEMRI前景は、GWBがガウス分布かつ定常であるという通常の統計的仮定から様々な程度逸脱していることが分析によって示されました。 GWBが非ガウス分布を伴う非定常である場合、前景推定、背景検出、個々の音源パラメータの再構成などのグローバル推論結果に適用した場合、ガウス尤度モデルの堅牢性が問われることになります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Searches for gravitational waves from compact binary coalescences employ a process called matched filtering, in which gravitational wave strain data is cross-correlated against a bank of waveform templates. Data from every observing run of the LIGO, Virgo, and KAGRA collaboration is typically analyzed in this way twice, first in a low-latency mode in which gravitational wave candidates are identified in near-real time, and later in a high-latency mode. Such high-latency analyses have traditionally been considered more sensitive, since background data from the full observing run is available for assigning significance to all candidates, as well as more robust, since they do not need to worry about keeping up with live data. In this work, we present a novel technique to use the matched filtering data products from a low-latency analysis and re-process them by assigning significances in a high-latency way, effectively removing the need to perform matched filtering a second time. To demonstrate the efficacy of our method, we analyze 38 days of LIGO and Virgo data from the third observing run (O3) using the GstLAL pipeline, and show that our method is as sensitive and reliable as a traditional high-latency analysis. Since matched filtering represents the vast majority of computing time for a traditional analysis, our method greatly reduces the time and computational burden required to produce the same results as a traditional high-latency analysis. Consequently, it has already been adopted by GstLAL for the fourth observing run (O4) of the LIGO, Virgo, and KAGRA collaboration. | コンパクトな連星合体からの重力波の探索では、マッチドフィルタリングと呼ばれるプロセスが用いられます。 このプロセスでは、重力波の歪みデータが波形テンプレートのバンクと相互相関されます。 LIGO、Virgo、KAGRAコラボレーションによるすべての観測ランのデータは、通常、この方法で2回分析されます。 最初は低遅延モードで重力波候補がほぼリアルタイムで特定され、その後高遅延モードで分析されます。 このような高遅延分析は、従来、観測ラン全体のバックグラウンドデータがすべての候補に有意性を割り当てるために利用できるため、より感度が高いと考えられてきました。 また、ライブデータに追従する必要がないため、より堅牢であると考えられてきました。 本研究では、低遅延分析からのマッチドフィルタリングデータ製品を使用し、高遅延の方法で有意性を割り当てることで再処理する新しい手法を提示します。 これにより、マッチドフィルタリングを2回実行する必要性が実質的になくなります。 提案手法の有効性を実証するため、GstLALパイプラインを用いて、LIGOとVirgoの第3回観測ラン（O3）の38日間のデータを解析し、提案手法が従来の高遅延解析と同等の感度と信頼性を持つことを示す。 従来の解析では、マッチドフィルタリングが計算時間の大部分を占めるため、提案手法は、従来の高遅延解析と同じ結果を得るために必要な時間と計算負荷を大幅に削減する。 その結果、この手法は既にGstLALによって、LIGO、Virgo、KAGRA共同研究の第4回観測ラン（O4）に採用されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the cosmic expansion scenarios in the $f(R, L_m)$ gravity studied by using the dark energy equation of state (EoS) parameters. We proceed with the specific form of $f(R, L_m)$ gravity termed as $f(R, L_m)=\frac{R}{2}+L_{m}^{\alpha}$. We derive the expansion rate in terms of the red-shift for two different forms of EoS parameter. In first model, EoS parameter varies inversely with the redshift and in second model, it involves the exponential form with the redshift. By using the Bayesian methods based on the $\chi^{2}$-minimization technique, the median values of model parameters are determined for the cosmic chronometer(CC) and Joint (CC+Pantheon) data sets. The behavior of fundamental cosmological parameters such as the deceleration parameter, energy density and pressure are thoroughly examined. Additionally, the nature of Statefinder diagnostics and the present age of universe exemplifies the compatibility with the late-time astronomical observations. | 我々は、ダークエネルギー状態方程式（EoS）パラメータを用いて、$f(R, L_m)$重力における宇宙膨張シナリオを研究する。 $f(R, L_m)$重力の特定の形式、$f(R, L_m)=\frac{R}{2}+L_{m}^{\alpha}$を用いて議論を進める。 2つの異なるEoSパラメータについて、赤方偏移を基準とした膨張率を導出する。 最初のモデルでは、EoSパラメータは赤方偏移に反比例し、2番目のモデルでは赤方偏移に対して指数関数的となる。 $\chi^{2}$最小化法に基づくベイズ法を用いて、宇宙クロノメータ（CC）およびジョイント（CC+パンテオン）データセットのモデルパラメータの中央値を決定する。 減速パラメータ、エネルギー密度、圧力といった基本的な宇宙論パラメータの挙動を徹底的に検証する。 さらに、ステートファインダーの診断特性と現在の宇宙の年齢は、後期の天文観測との整合性を例証しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The superfluid dark matter model offers an elegant solution to reconcile discrepancies between the predictions of the cold dark matter paradigm and observations on galactic scales. In this scenario, dark matter is composed of ultralight bosons with self-interactions that can undergo a superfluid phase transition in galactic environments. In this review, we explore the theoretical foundations of dark matter superfluidity, detailing the conditions required for the formation and stability of superfluid cores of astrophysical size. We examine the phenomenological consequences for galactic dynamics, including the impact on galaxy mergers, the formation of vortices, the behavior near supermassive black holes, modifications to dynamical friction, and the emergence of long-range interactions. By synthesizing theoretical developments with observational constraints, we aim to provide a comprehensive overview of the current status and future prospects of dark matter superfluidity as a viable extension of the standard cosmological model. | 超流動暗黒物質モデルは、冷たい暗黒物質パラダイムの予測と銀河スケールの観測結果との間の矛盾を調和させる優れた解決策を提供する。 このシナリオでは、暗黒物質は自己相互作用する超軽量ボソンで構成され、銀河環境において超流動相転移を起こす可能性がある。 本レビューでは、暗黒物質超流動の理論的基礎を探求し、天体物理学的サイズの超流動コアの形成と安定性に必要な条件を詳述する。 銀河合体への影響、渦の形成、超大質量ブラックホール近傍の挙動、動的摩擦の変化、長距離相互作用の出現など、銀河ダイナミクスへの現象論的帰結を検証する。 理論的発展と観測的制約を統合することにより、標準宇宙論モデルの実行可能な拡張としての暗黒物質超流動の現状と将来の展望について包括的な概観を提供することを目指します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Like general relativity, metric-affine gravity should be a viable effective quantum theory, otherwise it is a mathematical curiosity without physical application. Assuming a perturbative quantum field theory, the universal, flat limit of metric-affine gravity offers a good foundation for model-building only when symmetry constraints are themselves sufficient to get rid of ghosts and tachyons, without requiring any further tuning of the couplings. Using this symmetry-first criterion, we find that for parity-preserving models with a totally symmetric distortion, only massless spin-one and spin-three modes are possible besides the graviton. Moreover, no viable models result from gauge symmetries generated by a scalar field. | 一般相対論と同様に、計量アフィン重力は実行可能な有効量子理論となるべきである。 そうでなければ、それは物理的な応用のない数学的な好奇心でしかない。 摂動的な量子場の理論を仮定すると、計量アフィン重力の普遍的かつ平坦な極限は、対称性の制約自体がゴーストやタキオンを除去するのに十分であり、結合のさらなる調整を必要としない場合にのみ、モデル構築のための優れた基盤を提供する。 この対称性優先の基準を用いると、完全に対称的な歪みを持つパリティ保存モデルの場合、重力子以外に質量ゼロのスピン1とスピン3モードのみが可能であることが分かる。 さらに、スカラー場によって生成されるゲージ対称性からは、実行可能なモデルは生じない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The "ringdown" radiation emitted by oscillating black holes has great scientific potential. By carefully predicting the frequencies and amplitudes of black hole quasinormal modes and comparing them with gravitational-wave data from compact binary mergers we can advance our understanding of the two-body problem in general relativity, verify the predictions of the theory in the regime of strong and dynamical gravitational fields, and search for physics beyond the Standard Model or new gravitational degrees of freedom. We summarize the state of the art in our understanding of black hole quasinormal modes in general relativity and modified gravity, their excitation, and the modeling of ringdown waveforms. We also review the status of LIGO-Virgo-KAGRA ringdown observations, data analysis techniques, and the bright prospects of the field in the era of LISA and next-generation ground-based gravitational-wave detectors. | 振動するブラックホールから放出される「リングダウン」放射は、科学的に大きな可能性を秘めています。 ブラックホール準基準モードの周波数と振幅を注意深く予測し、それらをコンパクトな連星合体からの重力波データと比較することで、一般相対性理論における二体問題への理解を深め、強い重力場と動的重力場の領域における理論の予測を検証し、標準模型を超える物理、あるいは新たな重力自由度の探索が可能になります。 本稿では、一般相対性理論と修正重力理論におけるブラックホール準基準モード、その励起、そしてリングダウン波形のモデリングに関する最先端の理解を概説します。 また、LIGO-Virgo-KAGRAによるリングダウン観測の現状、データ解析技術、そしてLISAと次世代地上型重力波検出器の時代におけるこの分野の明るい展望についても概説します。 |