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| Original Text | 日本語訳 |
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| We address the longstanding challenge of consistently updating quantum states after selective measurements in a relativistic spacetime. Standard updates along the future lightcones preserve causality but break correlations between causally disconnected parties, whereas updates along the past lightcone either imply retrocausality or do not respect the causal propagation of information. We introduce a minimal extension of multipartite states to encode subsystem-specific contextual information. This "polyperspective" formalism ensures causally consistent covariant state updates, preserves multipartite correlations, and respects conservation laws. | 我々は、相対論的時空における選択的測定後に量子状態を一貫して更新するという長年の課題に取り組む。 未来光円錐に沿った標準的な更新は因果関係を維持するが、因果的に分断された当事者間の相関を断ち切る。 一方、過去光円錐に沿った更新は逆因果関係を暗示するか、情報の因果伝播を尊重しない。 我々は、サブシステム固有のコンテキスト情報を符号化するために、多部状態への最小限の拡張を導入する。 この「多視点」形式主義は、因果的に整合した共変状態更新を保証し、多部相関を維持し、保存則を尊重する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate $g$-mode oscillations in dark matter admixed neutron stars employing a relativistic mean field model to describe hadronic matter and a model for self-interacting fermionic dark matter motivated by the neutron decay anomaly. Following the construction of such admixed configurations, we derive the equilibrium and adiabatic speeds of sound therein, leading to a computation of the star's $g$-mode spectrum in the Cowling approximation. In particular, we explore the effect of dark matter self-interaction, the nucleon effective mass and dark matter fraction on the principal $g$-mode frequency, and its first overtone. We show that the effect on $g$-mode frequency depends predominantly on the dark matter fraction, and demonstrate an equation of state-independent constraint for the latter. Prospects of identifying the presence of dark matter in neutron stars using $g$-mode are discussed. | 我々は、ハドロン物質を記述する相対論的平均場モデルと、中性子崩壊異常に着目した自己相互作用するフェルミオン系暗黒物質モデルを用いて、暗黒物質混合中性子星における$g$モード振動を調べた。 このような混合配置を構築した後、その平衡音速と断熱音速を導出し、カウリング近似における星の$g$モードスペクトルを計算した。 特に、暗黒物質の自己相互作用、核子有効質量、および暗黒物質分率が主$g$モード周波数とその第一倍音に及ぼす影響を調べた。 $g$モード周波数への影響は主に暗黒物質分率に依存することを示し、後者に対して状態方程式に依存しない制約条件を示した。 $g$モードを用いて中性子星中の暗黒物質の存在を特定する可能性について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a field-level reaction framework to emulate the nonlinear effects of screened modified gravity on the cosmic web. This approach is designed to enable field-level inference with data from Stage IV cosmological surveys. Building on the reaction method, which models the nonlinear matter power spectrum in modified gravity as corrections to a "pseudo" $\Lambda$CDM cosmology, we extend the method to full field-level predictions by applying it to the output of $N$-body simulations, including both positions and velocities. We focus on modifications to gravity that are scale-independent at the linear level, allowing us to isolate and emulate nonlinear deviations, particularly screening effects. Our neural network predicts the field-level correction ("reaction") to a pseudo$\Lambda$CDM simulation whose linear clustering matches that of the target. The emulator achieves sub-percent accuracy across a broad range of summary statistics, including 0.4\% agreement in the matter power spectrum at scales $k < 1$ Mpc$/h$, and 2\% accuracy in redshift-space distortion multipoles at $k < 0.3$ Mpc$/h$. We also validate the emulator against $N$-body simulations with increased force resolution and time steps, confirming the robustness of its performance. These results demonstrate that our framework is a practical and reliable tool for incorporating screened modified gravity models into field-level cosmological inference, enabling stringent tests of extra fundamental forces at cosmological scales. | 遮蔽された修正重力が宇宙ウェブに及ぼす非線形効果をエミュレートするための、場レベルの反応フレームワークを提示する。 このアプローチは、ステージIV宇宙論サーベイのデータを用いた場レベルの推論を可能にするように設計されている。 修正重力における非線形物質パワースペクトルを「疑似」$\Lambda$CDM宇宙論への補正としてモデル化する反応法を基盤として、位置と速度の両方を含む$N$体シミュレーションの出力に適用することで、完全な場レベルの予測へとこの手法を拡張する。 線形レベルではスケールに依存しない重力への修正に焦点を当てることで、特に遮蔽効果などの非線形偏差を分離してエミュレートすることができる。 我々のニューラルネットワークは、線形クラスタリングがターゲットのものと一致する疑似$\Lambda$CDMシミュレーションに対する場レベルの補正（「反応」）を予測する。 エミュレータは、広範囲の要約統計量において1%未満の精度を達成しており、例えば、スケール$k < 1$ Mpc$/h$における物質パワースペクトルの0.4%一致、$k < 0.3$ Mpc$/h$における赤方偏移空間歪曲多極子の2%精度などを達成しています。 また、力の分解能と時間ステップを増加させたN体シミュレーションに対してエミュレータを検証し、その性能の堅牢性を確認しました。 これらの結果は、私たちの枠組みが、選別された修正重力モデルを場レベルの宇宙論的推論に組み込むための実用的かつ信頼性の高いツールであり、宇宙論的スケールにおける超基本的力の厳密な検証を可能にすることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we study of massless three-form black hole, where the three-form fields are higher $p$-form gauge fields with $p=3$. These give rise to the Schwarzschild-de Sitter (Sch-dS)-like solution through an effective cosmological constant represented by $a_1$. We analyze this solution under gravitational perturbations and find that it exhibits a single-peak potential. For this case, no echoes are produced. Furthermore, we consider the massive case of the three-form fields by introducing a Stueckelberg field to restore gauge invariance and to investigate its effect on GWs at late times. In this case, the potential exhibits a double-peak structure, with the modified potential appearing beside the gravitational perturbation potential. We also examine the impact of the relevant parameters as well as the influence of the parameter $c_0$, which arises from the equation of motion of the Stueckelberg field. For a large value of $a_1$, the two peaks of the potentials are close together, while $c_0$ affects the amplitude and decay rate of the time-domain waveform, resulting in no echoes. For small values of $a_1$, the peaks of the potentials are widely separated and $c_0$ influences both the phase and the amplitude of the echoes. In addition, the quasinormal frequencies of the black hole are also calculated using both the WKB and Prony methods. As results, these provide a potential avenue for testing deviations from GR and probing possible signatures of quantum gravity through future GWs observations. | 本研究では、質量ゼロの3形態ブラックホールを研究する。 ここで、3形態場はp=3の高次$p$形式ゲージ場である。 これらは、有効宇宙定数$a_1$によって表されるシュワルツシルト・ド・ジッター（Sch-dS）型解を生じる。 我々は重力摂動下でこの解を解析し、それが単峰性のポテンシャルを示すことを見いだした。 この場合、エコーは生成されない。 さらに、ゲージ不変性を回復し、遅い時間における重力波への影響を調べるために、シュテッケルベルク場を導入することにより、3形態場の質量を持つ場合を考察する。 この場合、ポテンシャルは二重ピーク構造を示し、修正されたポテンシャルは重力摂動ポテンシャルの横に現れる。 我々はまた、関連パラメータの影響、およびシュテッケルベルク場の運動方程式から生じるパラメータ$c_0$の影響を調べる。 $a_1$ の値が大きい場合、ポテンシャルの2つのピークは接近しますが、$c_0$ は時間領域波形の振幅と減衰率に影響を与え、結果としてエコーは発生しません。 $a_1$ の値が小さい場合、ポテンシャルのピークは大きく離れ、$c_0$ はエコーの位相と振幅の両方に影響を与えます。 さらに、ブラックホールの準正規振動数もWKB法とProny法の両方を用いて計算されます。 その結果、これらは一般相対論からの逸脱を検証し、将来の重力波観測を通じて量子重力の兆候を探るための潜在的な手段となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore the end state of gravitational collapse under quantum gravity effects and propose that Planck Star Remnants (PSR), formed via nonsingular bounces, could serve as viable dark matter candidates. Within the framework of Loop Quantum Cosmology, we model the collapse of a homogeneous matter distribution and show that the classical singularity is replaced by a quantum bounce at the Planck density. By analytically matching the Friedmann Lemaitre Robertson Walker (FLRW) interior to an exterior Schwarzschild spacetime using the Israel junction conditions, we demonstrate that the bounce remains causally hidden from external observers, avoiding any observable re-expansion. This naturally leads to the formation of stable, non-radiating PSR, whose radius coincides with the Schwarzschild radius when the black hole mass approaches the Planck mass as a result of Hawking evaporation. We suggest that such remnants may originate from evaporating primordial black holes in the early universe, and estimate the relic abundance needed for PSR to account for the observed dark matter density. We also discuss some crucial differences between PSR and previous proposals of Planck mass relics. The scenario is shown to be consistent with existing astrophysical and cosmological constraints, offering a unified framework connecting quantum gravitational collapse, and the nature of dark matter. | 我々は量子重力効果下における重力崩壊の終状態を探求し、非特異バウンスによって形成されるプランク星残骸（PSR）が暗黒物質の有力な候補となる可能性を提唱する。 ループ量子宇宙論の枠組みにおいて、均質な物質分布の崩壊をモデル化し、プランク密度における古典的な特異点が量子バウンスに置き換えられることを示す。 イスラエル接合条件を用いて、フリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）内部を外部シュワルツシルト時空に解析的に整合させることで、バウンスは外部観測者から因果的に隠蔽され、観測可能な再膨張を回避できることを示す。 これは当然のことながら、安定で非放射性のPSRの形成につながり、ホーキング蒸発の結果としてブラックホール質量がプランク質量に近づくと、その半径はシュワルツシルト半径と一致する。 我々は、このような残骸は初期宇宙において蒸発する原始ブラックホールに由来する可能性があると提唱し、観測される暗黒物質密度をPSRが説明するのに必要な残骸の存在量を推定する。 また、PSRとプランク質量残骸に関するこれまでの提案との重要な相違点についても議論する。 このシナリオは既存の天体物理学および宇宙論の制約と整合しており、量子重力崩壊と暗黒物質の性質を結び付ける統一的な枠組みを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct an explicit model of inhomogeneous gravitational collapse leading to a naked singularity in which gravitational absorption is both efficient and observable. We propose that the infeasibility of graviton detection is simply a consequence of Nature's conspiracy to hide regions of strong curvature behind event horizons. | 我々は、重力吸収が効率的かつ観測可能な裸の特異点に至る、不均一な重力崩壊の明示的なモデルを構築する。 重力子の検出が不可能なのは、事象の地平線の背後に強い曲率の領域を隠そうとする自然の策略の結果に過ぎないと考える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider conformal and scale-invariant gravities in d dimensions, with a special focus on pure $R^2$ gravity in the scale-invariant case. In four dimensions, the structure of these theories is well known. However, in dimensions larger than four, the behavior of the modes is so far unclear. In this work, we explore this question, studying the theories in conformally flat spacetimes as well as anisotropic backgrounds. First, we consider the pure theory in d-dimensions. We show that this theory propagates no degrees of freedom for flat space-time. Otherwise, we find the theory in the corresponding Einstein frame and show that it propagates a scalar field and two tensor modes, that arise from Einstein's gravity. We then consider conformal gravity in d dimensions. We argue on the number of degrees of freedom for conformally flat space-times and show that for $d>4$, there exists a frame in which this theory can be written as the Weyl-squared gravity with a cosmological constant, and also generalize this formulation to the $f\left(W^2\right)$ theories. Then, we consider the specific model of conformal gravity in five dimensions. We find the analytical and numerical solutions for the anisotropic Universe for this case, which admits super-Hubble and exponential expansions. Finally, we consider the perturbations around these solutions and study the number of the degrees of freedom. | 我々はd次元における共形重力とスケール不変重力を考察する。 特にスケール不変の場合の純粋$R^2$重力に焦点を当てる。 4次元においては、これらの理論の構造はよく知られている。 しかし、4次元より大きい次元においては、モードの振る舞いはこれまで明らかになっていなかった。 本研究では、この問題を探究するため、共形平坦時空と異方性背景における理論を研究する。 まず、d次元における純粋理論を考察する。 この理論は平坦時空に対して自由度を伝播しないことを示す。 また、対応するアインシュタイン座標系における理論を求め、アインシュタイン重力から生じるスカラー場と2つのテンソルモードを伝播することを示す。 次に、d次元における共形重力を考察する。 我々は共形平坦時空の自由度の数について議論し、$d>4$のとき、この理論が宇宙定数を持つワイル平方重力理論として書ける枠組みが存在することを示す。 また、この定式化を$f\left(W^2\right)$理論に一般化する。 次に、5次元における共形重力の具体的なモデルを考察する。 この場合の異方性宇宙に対する解析解と数値解を求め、超ハッブル展開と指数関数展開を許容する。 最後に、これらの解の周りの摂動を考察し、自由度の数を調べる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We assess the prospects for detecting gravitational wave echoes arising due to the quantum nature of black hole horizons with LISA. In a recent proposal, Bekenstein's black hole area quantization is connected to a discrete absorption spectrum for black holes in the context of gravitational radiation. Consequently, for incoming radiation at the black hole horizon, not all frequencies are absorbed, raising the possibility that the unabsorbed radiation is reflected, producing an echo-like signal closely following the binary coalescence waveform. In this work, we further develop this proposal by introducing a robust, phenomenologically motivated model for black hole reflectivity. Using this model, we calculate the resulting echoes for an ensemble of Numerical Relativity waveforms and examine their detectability with the LISA space-based interferometer. Our analysis demonstrates promising detection prospects and shows that, upon detection, LISA provides a direct probe of the Bekenstein-Hawking entropy. In addition, we find that the information extractable from LISA data offers valuable constraints on a wide range of quantum gravity theories. | ブラックホールの地平線の量子的性質によって生じる重力波エコーをLISAを用いて検出する可能性を評価する。 最近の提案では、ベッケンシュタインのブラックホール領域の量子化は、重力波放射の観点から、ブラックホールの離散的吸収スペクトルと関連付けられている。 その結果、ブラックホールの地平線に入射する放射では、すべての周波数が吸収されるわけではなく、吸収されなかった放射が反射され、連星合体波形に密接に追従するエコーのような信号が生成される可能性がある。 本研究では、ブラックホール反射率に関する堅牢で現象論的なモデルを導入することで、この提案をさらに発展させる。 このモデルを用いて、数値相対論波形のアンサンブルに対して結果として生じるエコーを計算し、LISA宇宙干渉計による検出可能性を検証する。 我々の解析は、有望な検出見通しを示し、LISAの検出によってベッケンシュタイン-ホーキングエントロピーの直接的なプローブが得られることを示しています。 さらに、LISAデータから抽出できる情報は、幅広い量子重力理論に貴重な制約を与えることがわかりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| One of the leading ideas for the beginning of the Universe is the Hartle-Hawking `No-Boundary Proposal.' Since the Cobordism Conjecture claims that any spacetime allows for a dynamical boundary, we suggest that one may equally well consider a `Boundary Proposal'. Specifically, the corresponding euclidean instanton is a sphere with two holes around north and south pole cut out. Analogously to the Hartle-Hawking proposal, the sphere is then cut in two at the equator and half of it is dropped. The equator is glued to an expanding Lorentzian de Sitter space, implementing a beginning of the Universe with a spacelike spherical boundary at its earliest moment. This process is in principle on equal footing with the one based on the no-boundary instanton. In fact, if the Linde-Vilenkin sign choice is used, this `Boundary' creation process may even dominate. An intriguing implication arises if tensionless end-of-the-world branes, as familiar from type-IIA or M-theory, are available: Analogously to the Boundary Proposal, one may then be able to create a compact, flat torus universe from nothing, without any exponential suppression or enhancement factors. | 宇宙の始まりに関する有力なアイデアの一つは、ハートル＝ホーキングの「無境界提案」である。 コボルディズム予想は、あらゆる時空に力学的境界が存在することを主張しているため、「境界提案」も同様に考えられることを示唆する。 具体的には、対応するユークリッド・インスタントンは、北極と南極の周囲に2つの穴が開けられた球体である。 ハートル＝ホーキングの提案と同様に、球体は赤道で2つに切断され、その半分が落とされる。 赤道は膨張するローレンツ・ド・ジッター空間に接着され、宇宙は最初期に時空的な球状境界を持つという始まりを実現する。 このプロセスは、原理的には無境界インスタントンに基づくプロセスと同等である。 実際、リンデ＝ヴィレンキンの符号選択を用いると、この「境界」創造プロセスが支配的になる可能性もある。 タイプIIA理論やM理論でおなじみの、張力のない世界終焉ブレーンが利用可能であれば、興味深い含意が浮かび上がります。 境界提案と同様に、指数関数的な抑制因子や増強因子なしに、コンパクトで平坦なトーラス宇宙を何もないところから作り出すことができるかもしれません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Real astrophysical lenses typically lack axisymmetry, necessitating the study of gravitational-wave (GW) lensing by elliptical mass distributions to accurately assess detectability and waveform interpretation. We investigate strong lensing using the singular isothermal ellipsoid (SIE) model, which produces two or four images depending on the source's position relative to lens caustics. Employing a quasi-geometrical optics framework, we determine that the geometrical-optics approximation holds reliably for lens masses above approximately $10^5 \, M_\odot$ at GW frequencies relevant for ground-based detectors $(\sim 10^2 \,\text{Hz})$, though wave-optics effects become significant for lower masses or sources near caustics. Our waveform mismatch analysis demonstrates that the use of three-image templates significantly improves our ability to distinguish source signals, reducing mismatches from $O(10^{-1})$ to $O(10^{-2})$, typically by factors between 1.5 and 5 compared to the standard two-image template model. At lens masses above $10^7 \, M_\odot$, diffraction effects become negligible for ground-based detectors, resulting in an additional mismatch reduction by a factor of approximately three. These findings highlight the critical need for multi-image templates in GW searches to enhance detection efficiency and accuracy. | 実際の天体レンズは軸対称性を欠くことが多いため、検出可能性と波形解釈を正確に評価するには、楕円形の質量分布による重力波（GW）レンズ効果の研究が必要となる。 我々は、特異等温楕円体（SIE）モデルを用いて強いレンズ効果を調べた。 このモデルは、レンズのコースティックに対する源の位置に応じて2つまたは4つの像を生成する。 準幾何光学的枠組みを用いることで、地上検出器に適した重力波周波数（\sim 10^2 \,\text{Hz}）において、約$10^5 \, M_\odot$以上のレンズ質量に対して幾何光学近似が確実に成立することを明らかにした。 ただし、より低質量またはコースティックに近い源では波動光学的効果が顕著になる。 我々の波形ミスマッチ解析により、3画像テンプレートの使用により、ソース信号の識別能力が大幅に向上し、ミスマッチが標準的な2画像テンプレートモデルと比較して、$O(10^{-1})$から$O(10^{-2})$に減少することが実証されました。 これは、典型的には1.5倍から5倍減少します。 レンズ質量が$10^7 \, M_\odot$を超えると、地上検出器では回折効果が無視できるようになり、ミスマッチがさらに約3倍減少します。 これらの知見は、重力波探索において、検出効率と精度を向上させるために、マルチ画像テンプレートが極めて重要であることを浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explain the recent results on the displacement memory effect (DME) of plane gravitational waves using supersymmetric quantum mechanics. This novel approach stems from that both the geodesic and the Schr\"odinger equations are Sturm-Liouville boundary value problems. Supersymmetry provides a unified framework for the P\"oschl-Teller and the Scarf profiles and yields the critical values of the associated wave amplitudes for DME in a natural way. Within our framework, we obtain a compact formula for DME in terms of the asymptotic values of the superpotential and the geodesics. In addition, this new technique enables us to build plane and gravitational waves with 2-transverse directions using superpartner potentials. Lastly, we study DME within a singular wave profile inspired by supersymmetric quantum mechanics, which demonstrates the broader applicability of our method. | 超対称量子力学を用いて、平面重力波の変位記憶効果（DME）に関する最近の結果を説明する。 この新しいアプローチは、測地線方程式とシュレーディンガー方程式の両方がシュトゥルム・リウヴィル境界値問題であることに由来する。 超対称性は、ポシュル・テラー分布とスカーフ分布のための統一的な枠組みを提供し、DMEに関連する波の振幅の臨界値を自然な方法で導く。 この枠組みの中で、超ポテンシャルと測地線の漸近値を用いて、DMEの簡潔な式を得る。 さらに、この新しい手法により、スーパーパートナーポテンシャルを用いて2方向の平面波と重力波を構築することが可能になる。 最後に、超対称量子力学に着想を得た特異波プロファイル内のDMEを研究し、本手法のより広範な適用可能性を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider a minimally coupled, massless quantum scalar field $\hat{\Phi}$ propagating in the background geometry of a four-dimensional black hole formed by the collapse of a spherical thin null shell, with a Minkowski interior and a Schwarzschild exterior. The field is taken in the natural ``in'' vacuum state, namely, the quantum state in which no excitations arrive from past null infinity. Within the semiclassical framework, we analyze the vacuum polarization $\left\langle\hat{\Phi}^{2}\right\rangle _{\text{ren}}$ and the energy outflux density $\left\langle \hat{T}_{uu}\right\rangle _{\text{ren}}$ (where $u$ is the standard null Eddington coordinate) just outside the shell. Using the point-splitting method, we derive closed-form analytical expressions for both these semiclassical quantities. In particular, our result for $\left\langle \hat{T}_{uu}\right\rangle _{\text{ren}}$ reveals that it vanishes like $(1-2M_{0}/r_{0})^{2}$ as the shell collapses toward the event horizon, where $M_{0}$ is the shell's mass and $r_{0}$ is the value of the area coordinate $r$ at the evaluation point. This confirms that, along a late-time outgoing null geodesic (i.e., one that emerges from the shell very close to the event horizon and propagates toward future null infinity), the outflux gradually evolves (from virtually zero) up to its final Hawking-radiation value while the geodesic traverses the strong-field region (rather than the Hawking-radiation outflux being emitted entirely from the collapsing shell, which would lead to significant backreaction effects). | ミンコフスキー内部とシュワルツシルト外部を持つ、球状の薄いヌルシェルの崩壊によって形成された4次元ブラックホールの背景幾何学を伝播する、最小結合の質量ゼロ量子スカラー場$\hat{\Phi}$を考える。 この場は、自然な真空中の状態、すなわち、ヌル無限遠を越えて励起が到達しない量子状態をとる。 半古典的な枠組みの中で、真空偏極$\left\langle\hat{\Phi}^{2}\right\rangle _{\text{ren}}$と、シェルのすぐ外側のエネルギー流出密度$\left\langle \hat{T}_{uu}\right\rangle _{\text{ren}}$（ここで$u$は標準ヌルエディントン座標）を解析する。 点分割法を用いて、これらの半古典的な量の両方について、閉じた形式の解析的表現を導出する。 特に、$\left\langle \hat{T}_{uu}\right\rangle _{\text{ren}}$ の結果は、シェルが事象の地平線に向かって崩壊するにつれて、$(1-2M_{0}/r_{0})^{2}$ のように消滅することを示している。 ここで、$M_{0}$ はシェルの質量、$r_{0}$ は評価点における面積座標 $r$ の値である。 これは、後期に放出されるヌル測地線（すなわち、事象の地平線に非常に近い殻から出現し、将来のヌル無限大に向かって伝播する測地線）に沿って、その測地線が強磁場領域を横断する間に、放出フラックスが（実質的にゼロから）最終的なホーキング放射値まで徐々に変化する（ホーキング放射の放出フラックスが崩壊する殻から完全に放出され、大きな反作用効果をもたらすのではなく）ことを裏付けている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Causal set theory is an intrinsically nonlocal approach to quantum gravity, inheriting its nonlocality from Lorentzian nonlocality. This nonlocality causes problems in defining differential operators -- such as the d'Alembert operator, a cornerstone of any relativistic field theory -- within the causal set framework. It has been proposed that d'Alembertians in causal sets must themselves be nonlocal to respect causal set nonlocality. However, we show that such nonlocal d'Alembertians do not converge to the standard continuum d'Alembertian for some basic fields. To address this problem, we introduce a local d'Alembert operator for causal sets and demonstrate its convergence to its continuum counterpart for arbitrary fields in Minkowski spacetimes. Our construction leverages recent developments in measuring both timelike and spacelike distances in causal sets using only their intrinsic structure. This approach thus reconciles locality with Lorentz invariance, and paves a way toward defining converging discrete approximations to locality-based differential operators even in theories that are inherently nonlocal. | 因果集合論は量子重力に対する本質的に非局所的なアプローチであり、その非局所性はロレンツ非局所性から受け継がれている。 この非局所性は、因果集合の枠組みの中で、あらゆる相対論的場の理論の基礎となるダランベール作用素などの微分作用素を定義する際に問題を引き起こす。 因果集合の非局所性を尊重するためには、因果集合内のダランベール自身も非局所でなければならないと提案されてきた。 しかし、我々はそのような非局所ダランベールが、いくつかの基本場に対して標準的な連続体ダランベールに収束しないことを示す。 この問題に対処するために、我々は因果集合に対して局所ダランベール作用素を導入し、ミンコフスキー時空内の任意の場に対して、それが連続体ダランベール作用素に収束することを示す。 我々の構築は、因果集合における時間的距離と空間的距離の両方を、その固有の構造のみを用いて測定する最近の進歩を活用している。 したがって、このアプローチは局所性とローレンツ不変性を調和させ、本質的に非局所的な理論においても、局所性に基づく微分作用素の収束する離散近似を定義する道を開く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate massive charged scalar perturbations in the background of three-dimensional dilaton black holes with a cosmological constant. We demonstrate that the wave equations governing the dynamics of these perturbations are exactly solvable, with the radial part expressible in terms of confluent Heun functions. The quasibound state frequencies are computed analytically, and we examine their dependence on the scalar field's mass and charge, as well as on the black hole's mass and electric charge. Our analysis also underscores the crucial role played by the cosmological constant in shaping the behavior of these perturbations. This specific black hole metric arises as a solution to the low-energy effective action of string theory in $2+1$ dimensions, and it holds potential for experimental realization in analog gravity systems due to the similarity between its surface gravity and that of acoustic analogs. Moreover, the analytic tractability of this system offers a valuable testing ground for exploring aspects of black hole spectroscopy, stability, and quantum field theory in curved spacetime. The exact solvability facilitates deeper insights into the interplay between geometry and matter fields in lower-dimensional gravity, where quantum gravitational effects can be more pronounced. Such studies not only enrich our understanding of dilaton gravity and its string-theoretic implications but also pave the way for potential applications in simulating black hole phenomena in laboratory settings using analog models. | 本研究では、宇宙定数を持つ3次元ディラトンブラックホールの背景における、質量を持つ荷電スカラー摂動を調べる。 これらの摂動のダイナミクスを支配する波動方程式は厳密に解けることを示し、その動径方向部分は合流型ホイン関数で表現できることを示す。 準束縛状態の周波数を解析的に計算し、スカラー場の質量と電荷、そしてブラックホールの質量と電荷への依存性を調べる。 また、本解析は、これらの摂動の挙動を形作る上で宇宙定数が果たす重要な役割を強調する。 この特定のブラックホール計量は、2+1次元における弦理論の低エネルギー有効作用の解として現れ、その表面重力と音響アナログの重力との類似性により、アナログ重力系における実験的実現の可能性を秘めている。 さらに、この系の解析的扱いやすさは、ブラックホール分光、安定性、そして曲がった時空における量子場の理論といった側面を探求するための貴重な実験場を提供します。 厳密な可解性は、量子重力効果がより顕著になり得る低次元重力における幾何学と物質場の相互作用についてのより深い洞察を促進します。 このような研究は、ディラトン重力とその弦理論的含意に関する理解を深めるだけでなく、アナログモデルを用いて実験室環境でブラックホール現象をシミュレーションする潜在的な応用への道を開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| When a gravitational wave signal encounters a massive object, such as a galaxy or galaxy cluster, it undergoes strong gravitational lensing, producing multiple copies of the original signal. These strongly lensed signals exhibit identical waveform morphology in the frequency domain, allowing analysis without the need for complex lens models. However, stellar fields and dark matter substructures within the galactic lens introduce microlensing effects that alter individual signal morphologies. Identifying these microlensing signatures is computationally challenging within Bayesian frameworks. In this study, we propose a residual test to efficiently search for microlensing signatures by leveraging the fact that current Bayesian inference pipelines are optimized solely for the strong lensing hypothesis. Using cross-correlation techniques, we investigate the microlensing-induced deviations from the strong hypothesis, which are imprinted in the residuals. Most simulated signals from our realistic microlensing populations exhibit small mismatches between the microlensed and unlensed waveforms, but a fraction show significant deviations. We find that 28% (52%) and 34% (66%)of microlensed events with mismatch > 0.03 and > 0.1, respectively, can be discerned with O4 (O5) detector sensitivities, which demonstrates that high-mismatch events are more likely to be identified as microlensed. Including all events from a realistic population, 11% (21.5%) are identifiable with O4 (O5) sensitivity using our approach. | 重力波信号が銀河や銀河団などの大質量天体に遭遇すると、強い重力レンズ効果を受け、元の信号の複数のコピーが生成されます。 これらの強いレンズ効果を受けた信号は周波数領域で同一の波形形態を示すため、複雑なレンズモデルを必要とせずに解析が可能です。 しかし、銀河レンズ内の恒星場や暗黒物質の下部構造は、個々の信号形態を変化させるマイクロレンズ効果をもたらします。 これらのマイクロレンズ効果のシグネチャを特定することは、ベイズ統計の枠組みでは計算的に困難です。 本研究では、現在のベイズ推論パイプラインが強いレンズ効果仮説のみに最適化されているという事実を利用し、マイクロレンズ効果のシグネチャを効率的に探索するための残差検定を提案します。 相互相関法を用いて、残差に刻み込まれた、マイクロレンズ効果によって引き起こされる強い仮説からの逸脱を調査します。 現実的なマイクロレンズ現象の集団から得られたシミュレーション信号の大部分は、マイクロレンズ効果を受けた波形と受けていない波形の間に小さな不一致を示していますが、一部には大きな偏差が見られます。 不一致が0.03を超えるマイクロレンズ現象の28%（52%）と0.1を超えるマイクロレンズ現象の34%（66%）は、O4（O5）検出器の感度で識別できることが分かりました。 これは、不一致が大きい現象はマイクロレンズ現象として識別される可能性が高いことを示しています。 現実的な集団から得られたすべての現象を含めると、11%（21.5%）が私たちのアプローチを用いてO4（O5）感度で識別可能です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Probing dark matter particles and primordial black holes remains a pivotal challenge in modern cosmology. Exotic energy injections from dark matter annihilation, decay, and PBH Hawking evaporation can alter the thermal and ionization histories of the early universe, leaving distinctive imprints on the 21 cm global spectrum. We assess the potential of the upcoming space project, the Hongmeng mission, to probe dark matter particles and PBHs using the 21 cm global spectrum. Under ideal conditions with 1000 hours of integration time and negligible foreground residuals, the Hongmeng project can reach sensitivities to dark matter annihilation cross sections and decay lifetimes to $\langle \sigma v \rangle \sim 10^{-28}\,\mathrm{cm^3\,s^{-1}}$ and $\tau \sim 10^{28}\,\mathrm{s}$, respectively, for dark matter particles with a mass of $10\,\mathrm{GeV}$. It can also probe PBHs with masses of $10^{16}\,\mathrm{g}$ and abundances as low as $f_{\mathrm{PBH}} \simeq 10^{-6}$. These results indicate that the Hongmeng mission can improve current constraints on dark matter annihilation, decay, and PBH Hawking radiation by nearly two orders of magnitude. Moreover, the Hongmeng mission surpasses current limits on sub-GeV dark matter probing and enables the probing of Hawking radiation from PBHs with masses above $10^{17}\,\mathrm{g}$, which remain undetectable through conventional cosmological means. Overall, the upcoming Hongmeng project holds great promise for advancing the investigation of both dark matter and PBHs, potentially deepening our understanding of the nature of dark matter. | 暗黒物質粒子と原始ブラックホールの探査は、現代宇宙論における極めて重要な課題です。 暗黒物質の消滅、崩壊、そしてPBHホーキング蒸発によるエキゾチックなエネルギー注入は、初期宇宙の熱および電離の歴史を変化させ、21cmグローバルスペクトルに独特の痕跡を残す可能性があります。 私たちは、21cmグローバルスペクトルを用いて暗黒物質粒子とPBHを探査する、今後の宇宙プロジェクトであるHongmengミッションの可能性を評価します。 1000時間の積分時間と無視できるフォアグラウンド残差という理想的な条件下では、Hongmengプロジェクトは、質量$10\,\mathrm{GeV}$の暗黒物質粒子に対して、暗黒物質消滅断面積と崩壊寿命に対する感度をそれぞれ$\langle \sigma v \rangle \sim 10^{-28}\,\mathrm{cm^3\,s^{-1}}$、$\tau \sim 10^{28}\,\mathrm{s}$まで達成できます。 また、質量$10^{16}\,\mathrm{g}$、存在比$f_{\mathrm{PBH}} \simeq 10^{-6}$という低いPBHも探査できます。 これらの結果は、Hongmengミッションが、暗黒物質の消滅、崩壊、そしてPBHホーキング放射に関する現在の制約をほぼ2桁改善できることを示しています。 さらに、Hongmengミッションは、サブGeV暗黒物質探査の現在の限界を超え、従来の宇宙論的手段では検出できない、質量が$10^{17}\,\mathrm{g}$を超えるPBHからのホーキング放射の探査を可能にします。 全体として、今後のHongmengプロジェクトは、暗黒物質とPBHの両方の研究を前進させ、暗黒物質の性質に対する理解を深める可能性を秘めています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Circular polarization in the cosmic microwave background (CMB) offers a promising probe of the parity-violating physics of the early universe. In this paper, we propose a novel method to constrain the primordial circular polarization of high-frequency gravitational waves (GW) in the GHz range. An efficient conversion of gravitons to photons in a transverse cosmological magnetic field at the epoch of last scattering can generate excess chiral photons if the GW background is chiral in nature. This excess radiation distorts the CMB thermal black-body spectrum, which can be estimated by measuring the V-Stokes parameter in the CMB polarization. Using current upper limits on the angular power spectrum of circular polarization $C_l^{VV}$ from the CLASS, MIPOL, and SPIDER experiments, we obtain the most stringent constraints on the characteristic strain and circular polarization of the isotropic background of stochastic GWs at ${40\,\rm GHz}$ and ${150\,\rm GHz}$, respectively. Our work, therefore, provides an interesting possibility to constrain the circular polarization of high-frequency GWs using the V-mode polarization measurements of CMB. | 宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の円偏光は、初期宇宙におけるパリティ非保存物理の有望な探査手段となる。 本論文では、GHz帯の高周波重力波（GW）の原始的円偏光を制限するための新たな手法を提案する。 重力波背景放射がカイラルな性質を持つ場合、最終散乱時に横方向宇宙磁場中で重力子が光子に効率的に変換されると、過剰なカイラル光子が発生する可能性がある。 この過剰な放射はCMBの熱黒体スペクトルを歪ませるが、これはCMB偏光におけるV-ストークスパラメータを測定することで推定できる。 CLASS、MIPOL、SPIDER実験による円偏光$C_l^{VV}$の角度パワースペクトルの現在の上限値を用いることで、それぞれ${40\,\rm GHz}$と${150\,\rm GHz}$における確率的重力波の等方性背景の固有歪みと円偏光に対する最も厳しい制限が得られる。 したがって、本研究は、CMBのVモード偏光測定を用いて高周波重力波の円偏光を制限する興味深い可能性を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Cosmological data collected on a sphere, such as CMB anisotropies, are typically represented by the spherical harmonic coefficients, denoted as $a_{\ell m}$. The angular power spectrum, or $C_\ell$, serves as the fundamental estimator of the variance in this data. Alternatively, spherical data and their variance can also be characterized using Multipole Vectors (MVs) and the Fr\'echet variance. The vectors that minimize this variance, known as Fr\'echet Vectors (FVs), define the center of mass of points on a compact space, and are excellent indicators of statistical correlations between different multipoles. We demonstrate this using both simulations and real data. Through simulations, we show that FVs enable a blind detection and reconstruction of the location associated with a mock Cold Spot anomaly introduced in an otherwise isotropic sky. Applying these tools to the 2018 Planck maps, we implement several improvements on previous null tests of Gaussianity and statistical isotropy, down to arc-minute scales. Planck's MVs appear consistent with these hypotheses at scales $2 \leq\ell \leq 1500$ when the common mask is applied, whereas the same test using the FVs rejects them with significances between 5.3 and 8.2$\sigma$. The inclusion of anisotropic noise simulations render the FVs marginally consistent ($\geq 2\sigma$) with the null hypotheses at the same scales, but still rejects them at $3.5-3.7\sigma$ when we consider scales above $\ell=1500$, where the signal-to-noise is small. Limitations of the noise and/or foregrounds modeling may account for these deviations from the null hypothesis. | CMB異方性など、球面上で収集された宇宙論データは、通常、球面調和関数係数（$a_{\ell m}$と表記）で表されます。 角度パワースペクトル、すなわち$C_\ell$は、このデータの分散の基本的な推定値として機能します。 あるいは、球面データとその分散は、多重極ベクトル（MV）とフレシェ分散を用いて特徴付けることもできます。 この分散を最小化するベクトルはフレシェベクトル（FV）と呼ばれ、コンパクト空間上の点の重心を定義し、異なる多重極間の統計的相関の優れた指標となります。 本研究では、シミュレーションと実データの両方を用いてこれを実証します。 シミュレーションを通して、FVを用いることで、等方性の空に生じた模擬コールドスポット異常の位置をブラインド検出し、再構築できることを示します。 これらのツールを2018年のプランク地図に適用することで、ガウス性と統計的等方性に関するこれまでの帰無検定にいくつかの改良を加え、分角スケールまで精度を高めました。 プランクのMVは、共通マスクを適用するとスケール$2 \leq\ell \leq 1500$においてこれらの仮説と整合しているように見えますが、FVを用いた同じ検定では、有意水準5.3～8.2$\sigma$で棄却されます。 異方性ノイズシミュレーションを含めることで、FVは同じスケールにおいて帰無仮説と限界的に整合（$\geq 2\sigma$）しますが、信号対ノイズ比が小さい$\ell=1500$以上のスケールを考慮すると、$3.5～3.7\sigma$で依然として帰無仮説を棄却します。 ノイズや前景モデリングの限界が、帰無仮説からのこれらの逸脱の原因である可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The formation of black holes by the gravitational collapse of stars is known to spontaneously excite particle pairs out of the quantum vacuum. For the canonical vacuum state at past null infinity, the expected number of particles received at future null infinity can be obtained in full closed form at sufficiently late times. However, for intermediate times, or for more complicated astrophysical processes (e.g. binary black hole mergers), the problem is technically challenging and has not yet been resolved. We develop here a numerical approach to study scattering problems of massless quantum fields in asymptotically flat spacetimes, based on the hyperboloidal slice method used in numerical relativity and perturbation theory. This promising approach can reach both past and future null infinities, and therefore it has the potential to address the Hawking scattering problem more rigorously than evolution on the usual Cauchy slices. We test this approach with some dynamical toy models in Minkowski using effective potentials that mimic the effects of gravity, and compute the spectrum of particles received at future null infinity. We finally discuss future prospects for applying this framework in more relevant gravitational scenarios. | 星の重力崩壊によるブラックホールの形成は、量子真空から粒子対を自発的に励起することが知られている。 過去の零無限大における標準的な真空状態については、将来の零無限大で受信される粒子の期待数は、十分に後の時点において完全に閉じた形で得られる。 しかし、中間時点、あるいはより複雑な天体物理学的過程（例えば、連星ブラックホールの合体）においては、この問題は技術的に困難であり、未だ解決されていない。 本研究では、数値相対論および摂動論で用いられる双曲面スライス法に基づき、漸近平坦時空における質量ゼロ量子場の散乱問題を研究するための数値的アプローチを開発する。 この有望なアプローチは、過去および未来の零無限大の両方に到達できるため、通常のコーシースライス上の発展よりも厳密にホーキング散乱問題を論じる可能性を秘めている。 我々は、重力の効果を模倣する有効ポテンシャルを用いたミンコフスキーのいくつかの力学系トイモデルを用いてこのアプローチを検証し、将来の零無限遠で受信される粒子のスペクトルを計算する。 最後に、この枠組みをより関連性の高い重力シナリオに適用する将来的な展望について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider the revised Deser-Woodard model of nonlocal gravity by reformulating the related field equations within a suitable tetrad frame. This transformation significantly simplifies the treatment of the ensuing differential problem while preserving the characteristics of the original gravitational theory. We then focus on static and spherically symmetric spacetimes in vacuum. Hence, we demonstrate that the gravitational theory under study admits a class of black hole solutions characterized by an inverse power-law correction to the Schwarzschild $g_{tt}$ metric function and a first-order perturbation of the $g_{rr}$ Schwarzschild component. Then, through a stepwise methodology, we analytically solve the full dynamics of the theory, finally leading to the reconstruction of the nonlocal distortion function, within which the new black hole solutions arise. Furthermore, we analyze the geometric properties of the obtained solutions and quantify the deviations from the Schwarzschild prediction. This work provides new insights into compact object configurations and advances our understanding of nonlocal gravity theories in the strong-field regime at astrophysical scales. | 我々は、関連する場の方程式を適切な四面体フレーム内で再定式化することにより、非局所重力の改訂版デザー・ウッダード模型を考察する。 この変換は、元の重力理論の特徴を維持しながら、結果として生じる微分問題の扱いを大幅に簡素化する。 次に、真空中の静的かつ球対称な時空に焦点を当てる。 したがって、研究対象の重力理論が、シュワルツシルト計量関数の逆べき乗補正とシュワルツシルト成分の一次摂動によって特徴付けられるブラックホール解のクラスを許容することを示す。 次に、段階的な方法論を用いて、理論の完全なダイナミクスを解析的に解き、最終的に、新しいブラックホール解が生じる非局所歪み関数を再構築する。 さらに、得られた解の幾何学的特性を解析し、シュワルツシルト予測からの偏差を定量化する。 本研究は、コンパクト天体の配置に関する新たな知見を提供し、天体物理学的スケールにおける強磁場領域における非局所重力理論の理解を深めるものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider excitations of a spin-1 Bose-Einstein-condensate (BEC) in the vicinity of different mean-field configurations and derive mappings to emergent relativistic quantum field theories minimally coupled to curved acoustic spacetimes. The quantum fields are typically identified with Nambu-Goldstone bosons, such that the structure of the analogue quantum field theories on curved spacetimes depends on the (spontaneous) symmetry breaking pattern of the respective ground-state. The emergent spacetime geometries are independent of each other and exhibit bi-metricity in the polar and antiferromagnetic phase, whereas one has tri-metricity in the ferromagnetic phase. Compared to scalar BECs, the spinor degrees of freedom allow to investigate massive vector and scalar fields where the former is a spin-nematic rotation mode in the polar phase which can be cast into a Proca field that is minimally coupled to a curved spacetime that emerges on length scales larger than the spin-healing length. Finally, we specify the Zeeman couplings and the condensate trap to be spacetime-dependent such that a cosmological FLRW-metric can be achieved. This work enables a pathway towards quantum-simulating cosmological particle production of Proca quanta via quenching the quadratic Zeeman-coefficient or via magnetic field ramps, which both result in the creation of spin-nematic squeezed states. | 我々は、スピン1ボーズ・アインシュタイン凝縮体（BEC）の励起を、異なる平均場構成の近傍で考察し、曲がった音響時空に最小限に結合した創発的な相対論的量子場の理論への写像を導出する。 量子場は典型的には南部-ゴールドストーンボソンと同一視され、曲がった時空上の類似の量子場の理論の構造は、それぞれの基底状態の（自発的な）対称性の破れのパターンに依存する。 創発的な時空構造は互いに独立しており、極性相および反強磁性相では二計量性を示す一方、強磁性相では三計量性を示す。 スカラーBECと比較して、スピノル自由度は質量を持つベクトル場とスカラー場の調査を可能にする。 ベクトル場は極性相におけるスピンネマティック回転モードであり、スピンヒーリング長よりも大きな長さスケールで出現する曲がった時空と最小限に結合したProca場にキャストすることができる。 最後に、ゼーマン結合と凝縮トラップが時空依存であると規定することで、宇宙論的FLRW計量を達成することができる。 本研究は、スピンネマティックスクイーズ状態の生成をもたらす、2次ゼーマン係数のクエンチング、または磁場ランプを介してProca量子の量子シミュレーションによる宇宙論的粒子生成への道を開く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose Faraday waves as a probe for collective excitations in self-gravitating Bose-Einstein condensates (SGBECs), driven by periodic modulation of the $s$-wave scattering length. Linear stability analysis of the driven Gross-Pitaevskii-Newton equations reveals that parametric instability follows a Mathieu-like equation, with Faraday waves emerging resonantly when half the driving frequency matches the collective excitation frequency of the SGBEC. This framework yields a stability phase diagram demonstrating the coexistence and interplay between the intrinsic Jeans instability of self-gravitating systems and the unstable tongues of parametric resonance. The phase diagram shows that reducing the driving frequency fragments and narrows parametric resonance structures while expanding the Jeans-dominated regime. We further identify a thermal-gravity competition in the Faraday wavevector, manifested as a sharp transition when thermal energy balances mean-field interaction at low driving frequencies. We numerically simulate Faraday wave formation and dynamics within the SGBEC, including the effects of dissipation; simulations reveal that Faraday wave patterns exhibit high sensitivity to Jeans frequency, transitioning from parametric resonance to Jeans collapse as gravitational strength increases. | 我々は、s波散乱長の周期的変調によって駆動される自己重力ボーズ・アインシュタイン凝縮体（SGBEC）における集団励起のプローブとしてファラデー波を提案する。 駆動されたグロス・ピタエフスキー・ニュートン方程式の線形安定性解析から、パラメトリック不安定性はマシュー型方程式に従い、駆動周波数の半分がSGBECの集団励起周波数と一致するとファラデー波が共鳴的に出現することが明らかになった。 この枠組みは、自己重力系に固有のジーンズ不安定性とパラメトリック共鳴の不安定な舌状構造の共存と相互作用を示す安定性相図をもたらす。 相図は、駆動周波数を下げると、ジーンズが支配的な領域が拡大する一方で、パラメトリック共鳴構造が断片化および狭まることを示す。 さらに、ファラデー波動ベクトルにおける熱重力競合を特定した。 これは、低い駆動周波数において熱エネルギーが平均場相互作用と釣り合うときに、急激な遷移として現れる。 SGBECにおけるファラデー波の形成とダイナミクスを、散逸の効果を含めて数値シミュレーションした。 シミュレーションの結果、ファラデー波のパターンはジーンズ周波数に対して高い感度を示し、重力の強さが増加するにつれてパラメトリック共鳴からジーンズ崩壊へと遷移することが明らかになった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this study, we investigate wormhole solutions and inflationary initial conditions in the coupled axion-inflaton/scalar field system within $F(R,T)$ gravity. Notably, the Euclidean action is reduced by approximately $10^5$ compared with the GR case. In Euclidean AdS spacetime, we construct Euclidean (semi-)wormhole geometries that naturally set inflationary initial conditions. To enhance the probability of sustained inflation and address the short inflation duration issue in the no-boundary proposal, we constrain $\lambda$ to $\lambda < -\kappa$ by analyzing the properties of the Euclidean action. This constraint causes the probability weight $ P \propto e^{-S_E} $ to favor high-potential regions, achieving sufficient inflation while maintaining a nearly Gaussian perturbation spectrum. The results suggest that matter-geometry coupling in $F(R,T)$ gravity provides a novel mechanism for reconciling quantum cosmology with observational requirements. | 本研究では、$F(R,T)$重力下での結合アクシオン-インフレーション/スカラー場系におけるワームホール解とインフレーション初期条件を調査する。 特に、ユークリッド作用は一般相対論の場合と比較して約$10^5$減少する。 ユークリッドAdS時空において、インフレーション初期条件を自然に設定できるユークリッド（半）ワームホール幾何を構築する。 持続的なインフレーションの確率を高め、境界なし提案におけるインフレーション持続期間の短さの問題に対処するため、ユークリッド作用の特性を解析することにより、$\lambda$を$\lambda < -\kappa$に制約する。 この制約により、確率重み$ P \propto e^{-S_E} $は高ポテンシャル領域に有利となり、ほぼガウス分布の摂動スペクトルを維持しながら十分なインフレーションを達成する。 この結果は、$F(R,T)$重力における物質-幾何学結合が、量子宇宙論と観測的要求を調和させる新たなメカニズムを提供することを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove that, for any continuous path of Kerr-adS black hole parameters crossing the Hawking-Reall threshold, for all azimuthal number $|m|$ sufficiently large, there exists black hole parameters on the path such that the Teukolsky equations with conformal boundary conditions admit a non-trivial regular stationary (\emph{i.e.} with frequency $\omega=m\omega_+$) mode solution. When $|m|$ goes to infinity, we show that these black hole parameters accumulate at the Hawking-Reall threshold. The major difficulty is that one cannot construct solutions to the system of Teukolsky equations using variational arguments as it is usually done for the classical wave equation. We introduce a new scheme of proof based on a shooting-type continuity argument and a high-frequency WKB approximation. | ホーキング-レオール閾値を横切るカー-adSブラックホールパラメータの任意の連続経路に対して、十分に大きい方位数$|m|$に対して、経路上にブラックホールパラメータが存在し、共形境界条件を持つテューコルスキー方程式が非自明な正則定常（\emph{i.e.}周波数$\omega=m\omega_+$）モード解を許容することを証明する。 $|m|$が無限大になると、これらのブラックホールパラメータはホーキング-レオール閾値で累積することを示す。 主な困難は、古典波動方程式で通常行われるように変分論的議論を用いてテューコルスキー方程式系の解を構成することができないことである。 我々は、シューティング型連続性論と高周波WKB近似に基づく新しい証明体系を導入する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This review is an up-to-date account of the use of numerical relativity to study dynamical, strong-gravity environments in a cosmological context. First, we provide a gentle introduction into the use of numerical relativity in solving cosmological spacetimes, aimed at both cosmologists and numerical relativists. Second, we survey the present body of work, focusing on general relativistic simulations, organised according to the cosmological history -- from cosmogenesis, through the early hot Big Bang, to the late-time evolution of universe. We discuss the present state-of-the-art, and suggest directions in which future work can be fruitfully pursued. | このレビューは、宇宙論的文脈における力学的かつ強い重力環境の研究における数値相対論の利用に関する最新の解説である。 まず、宇宙論研究者と数値相対論研究者の双方を対象として、宇宙時空の解析における数値相対論の利用について簡潔に解説する。 次に、一般相対論的シミュレーションに焦点を当て、宇宙史――宇宙生成から初期のホットビッグバンを経て、宇宙の晩年の進化まで――に沿って整理した現在の研究成果を概観する。 現在の最先端研究について議論し、今後の研究が実りある方向に進むべき方向性を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A direct interaction between dark energy and dark matter provides a natural and important extension to the standard $\Lambda$CDM cosmology. We perform a non-parametric reconstruction of the vacuum energy ($w=-1$) interacting with cold dark matter using the cosmological data from DESI DR2, Planck CMB, and three SNIa samples (PP, DESY5, and Union3). By discretizing the coupling function $\beta(z)$ into 20 redshift bins and assuming a Gaussian smoothness prior, we reconstruct $\beta(z)$ without assuming any specific parameterization. The mean reconstructed $\beta(z)$ changes sign during cosmic evolution, indicating an energy transfer from cold dark matter to dark energy at early times and a reverse flow at late times. At high redshifts, $\beta(z)$ shows a $\sim 2\sigma$ deviation from $\Lambda$CDM. At low redshifts, the results depend on the SNIa sample: CMB+DESI and CMB+DESI+PP yield $\beta(z)$ consistent with zero within $2\sigma$, while CMB+DESI+DESY5 and CMB+DESI+Union3 prefer negative $\beta$ at $\sim2\sigma$. Both $\chi^2$ tests and Bayesian analyses favor the $\beta(z)$ model, with CMB+DESI DR2+DESY5 showing the most significant support through the largest improvement in goodness of fit ($\Delta\chi^2_{\rm MAP}=-17.76$) and strongest Bayesian evidence ($\ln\mathcal{B} = 5.98 \pm 0.69$). Principal component analysis reveals that the data effectively constrain three additional degrees of freedom in the $\beta(z)$ model, accounting for most of the improvement in goodness of fit. Our results demonstrate that the dynamical dark energy preference in current data can be equally well explained by such a sign-reversal interacting dark energy, highlighting the need for future observations to break this degeneracy. | 暗黒エネルギーと暗黒物質の直接的な相互作用は、標準的な$\Lambda$CDM宇宙論に自然かつ重要な拡張をもたらす。 DESI DR2、Planck CMB、そして3つのSNIaサンプル（PP、DESY5、Union3）からの宇宙論データを用いて、冷たい暗黒物質と相互作用する真空エネルギー（$w=-1$）のノンパラメトリック再構成を行う。 結合関数$\beta(z)$を20の赤方偏移ビンに離散化し、ガウス平滑事前分布を仮定することで、特定のパラメータ化を仮定することなく$\beta(z)$を再構成する。 再構成された平均$\beta(z)$は宇宙進化の過程で符号が変化し、初期には冷たい暗黒物質から暗黒エネルギーへのエネルギー移動が、後期には逆の流れが起こったことを示している。 高赤方偏移では、$\beta(z)$は$\Lambda$CDMから$\sim 2\sigma$の偏差を示す。 低赤方偏移では、結果はSNIaサンプルに依存する。 CMB+DESIとCMB+DESI+PPは$\beta(z)$を$2\sigma$以内でゼロと整合させるが、CMB+DESI+DESY5とCMB+DESI+Union3は$\sim2\sigma$で負の$\beta$を指向する。 $\chi^2$検定とベイズ解析の両方で$\beta(z)$モデルが支持され、CMB+DESI DR2+DESY5は適合度の最大の改善($\Delta\chi^2_{\rm MAP}=-17.76$)と最も強いベイズ的証拠($\ln\mathcal{B} = 5.98 \pm 0.69$)を通じて最も有意な支持を示した。 主成分分析の結果、データは$\beta(z)$モデルの自由度を3つ追加的に制約しており、これが適合度の改善の大部分を占めていることが明らかになった。 我々の結果は、現在のデータにおける動的ダークエネルギーの選好が、このような符号反転相互作用ダークエネルギーによって同様に十分に説明できることを示しており、この退化を打破するための将来の観測の必要性を浮き彫りにしている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a comprehensive theoretical investigation of a novel black hole (BH) spacetime: a Schwarzschild BH embedded in a Hernquist-type dark matter halo (HDMH) and surrounded by a cloud of cosmic strings (CSs) -- collectively termed the Schwarzschild-HDMH with CS (SHDMHCS) configuration. By analyzing the spacetime geometry, we explore how key parameters -- the core radius and halo density of the dark matter, along with the string tension -- affect the geodesic motion of both massless and massive particles. Our results reveal that the combined influence of HDMH and CSs modifies the effective potentials for null and timelike geodesics, leading to distinct dynamical behavior compared to standard Schwarzschild geometry. We perform a perturbative analysis for scalar (spin-0), electromagnetic (spin-1), and Dirac (spin-1/2) fields, deriving the associated effective potentials and showing how both the dark halo and CSs alter field propagation and potential barriers. The shadow of the BH is studied in detail: we derive analytical expressions for photon sphere and shadow radii, finding that CSs tend to enlarge the shadow, while HDMH properties tend to shrink it. The combined effects of these parameters significantly influence the shadow's shape and size, producing potentially observable signatures. Our results establish that the SHDMHCS configuration yields distinct observational imprints detectable by present and forthcoming astrophysical instruments. This framework provides new tools for probing exotic matter distributions via gravitational wave observations, orbital dynamics, and high-resolution black hole imaging, offering a pathway to distinguish such configurations from simpler BH models in realistic environments. | 本研究では、新しいブラックホール（BH）時空、すなわちヘルンキスト型暗黒物質ハロー（HDMH）に埋め込まれ、宇宙弦（CS）の雲に囲まれたシュワルツシルトブラックホール（BH）時空（総称してシュワルツシルト-HDMH with CS（SHDMHCS）構成）の包括的な理論的研究を提示する。 時空幾何学を解析することにより、暗黒物質のコア半径とハロー密度、そして弦の張力といった重要なパラメータが、質量のない粒子と質量のある粒子の両方の測地線運動にどのように影響するかを探求する。 我々の研究結果は、HDMHとCSの複合的な影響が、ヌル測地線と時間的測地線の有効ポテンシャルを変化させ、標準的なシュワルツシルト幾何学とは異なる力学的挙動をもたらすことを明らかにした。 我々は、スカラー場（スピン0）、電磁場（スピン1）、ディラック場（スピン1/2）の摂動解析を行い、関連する有効ポテンシャルを導出し、ダークハローとCSがともに場の伝播とポテンシャル障壁をどのように変化させるかを示した。 BHの影についても詳細に研究し、光子球半径と影の半径に関する解析的式を導出し、CSは影を拡大する傾向があり、HDMHの特性は影を縮小する傾向があることを明らかにした。 これらのパラメータの複合的な影響は影の形状とサイズに大きな影響を与え、観測可能なシグネチャーを生み出す可能性がある。 我々の結果は、SHDMHCS構成が、現在および将来の天体物理学的機器によって検出可能な明確な観測的痕跡を生み出すことを示している。 この枠組みは、重力波観測、軌道力学、高解像度ブラックホール画像化を通じてエキゾチック物質の分布を調べるための新しいツールを提供し、現実的な環境においてそのような構成をより単純なBHモデルと区別するための道筋を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The most recent data release from the Atacama Cosmology Telescope (ACT) reveals a larger value of the scalar spectral tilt $n_s$, ruling out a broad class of inflationary attractors. In this paper, we consider inflationary models including the power law potential, the hilltop model, the polynomial $\alpha$-attractor and exponential $\alpha-$attractor, with non-minimally derivative coupling in the high friction limit, and show how the models can fit ACT data. We also derive constraints on the model parameters using the latest ACT data. | アタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）からの最新データは、スカラースペクトルの傾き$n_s$の大きな値を明らかにし、広範な種類のインフレーションアトラクターを除外しました。 本論文では、べき乗則ポテンシャル、ヒルトップモデル、多項式$\alpha$アトラクター、指数関数$\alpha$アトラクターを含むインフレーションモデルを考察し、高摩擦極限において非最小微分結合を持つモデルがACTデータにどのように適合するかを示します。 また、最新のACTデータを用いて、モデルパラメータに対する制限を導出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We show that ultra-massive spacetimes exist also in 2 + 1 dimensions with a positive cosmological constant {\Lambda} > 0. They can be created through the collapse of a spherical null dust shell. The exterior of the shell is then a Mess spacetime, that is to say a locally de Sitter spacetime that cannot be obtained as a quotient of de Sitter space. | 我々は、2 + 1次元にも、正の宇宙定数{\Lambda} > 0を持つ超大質量時空が存在することを示す。 これらは、球状のヌルダストシェルの崩壊によって生成される。 シェルの外側はメス時空、すなわちド・ジッター空間の商として得られない局所ド・ジッター時空となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We review recent developments in cosmological models based on Finsler geometry and extensions of general relativity within this framework. Finsler geometry generalizes Riemannian geometry by allowing the metric tensor to depend on position and an additional internal degree of freedom, typically represented by a vector field at each point of the spacetime manifold. We explore whether Finsler-type geometries can describe gravitational interaction and cosmological dynamics. In particular, we examine the Barthel connection and $(\alpha, \beta)$ geometries, where $\alpha$ is a Riemannian metric and $\beta$ is a one-form. For a specific construction of $\beta$, the Barthel connection coincides with the Levi-Civita connection of the associated Riemann metric. We review gravitational field and cosmological evolution in three geometries: Barthel-Randers ($F = \alpha + \beta$), Barthel-Kropina ($F = \alpha^2 \beta$), and the conformally transformed Barthel-Kropina geometry. After presenting the mathematical foundations of Finslerian-type modified gravity theories, we derive generalized Friedmann equations in these geometries assuming a Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker type metric. We also present the matter-energy balance equations, interpreting them from the perspective of thermodynamics with particle creation. The cosmological properties of Barthel-Randers and Barthel-Kropina models are explored in detail. The additional geometric terms in these models can be interpreted as an effective dark energy component, generating an effective cosmological constant. Several cosmological solutions are compared with observational data (Cosmic Chronometers, Type Ia Supernovae, Baryon Acoustic Oscillations) using MCMC analysis. A comparison with the $\Lambda$CDM model shows that Finslerian models fit observational data well, suggesting they offer a viable alternative to general relativity. | 本稿では、フィンスラー幾何学と、この枠組みにおける一般相対論の拡張に基づく宇宙論モデルの最近の発展を概観する。 フィンスラー幾何学は、計量テンソルが位置と、典型的には時空多様体の各点におけるベクトル場で表される追加の内部自由度に依存することを許容することで、リーマン幾何学を一般化する。 本稿では、フィンスラー型幾何学が重力相互作用と宇宙論的ダイナミクスを記述できるかどうかを考察する。 特に、バーテル接続と$(\alpha, \beta)$幾何学を検討する。 ここで、$\alpha$はリーマン計量であり、$\beta$は1形式である。 $\beta$の特定の構成において、バーテル接続は、関連するリーマン計量のレヴィ-チヴィタ接続と一致する。 我々は、3つの幾何学、すなわちバーテル・ランダース幾何学 ($F = \alpha + \beta$)、バーテル・クロピナ幾何学 ($F = \alpha^2 \beta$)、そして共形変換されたバーテル・クロピナ幾何学における重力場と宇宙論的進化を概説する。 フィンスラー型修正重力理論の数学的基礎を提示した後、フリードマン・レメートル・ロバートソン・ウォーカー型計量を仮定して、これらの幾何学における一般化フリードマン方程式を導出する。 また、物質エネルギーバランス方程式を提示し、粒子生成を伴う熱力学の観点から解釈する。 バーテル・ランダース模型とバーテル・クロピナ模型の宇宙論的特性を詳細に検討する。 これらの模型における追加の幾何学的項は、有効ダークエネルギー成分として解釈することができ、有効宇宙定数を生成する。 MCMC解析を用いて、いくつかの宇宙論的解を観測データ（宇宙クロノメーター、Ia型超新星、重粒子音響振動）と比較する。 $\Lambda$CDMモデルとの比較により、フィンスラーモデルは観測データによく適合することが示され、一般相対論に代わる現実的な選択肢となることが示唆される。 |
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| Recent studies have revealed the contribution of extragalactic DWD to the astrophysical SGWB could be detectable in the mHz regime by LISA. Conversely, the presence of this SGWB could hamper the detection of cosmological SGWB, which are one of the key targets of GW astronomy. We aim to confirm the spectrum of the extragalactic DWD SGWB and estimate its detectability with LISA under different assumptions. We also aim at understanding the main uncertainties in the spectrum and estimate if the signal could be anisotropic. We use population synthesis code COSMIC with several assumptions on binary evolution and initial conditions. We incorporate a specific treatment to account for the mass transfer and tidal torques after DWDs formation. Our study is in global agreement with previous studies, although we find a lower contribution at high frequencies, due to a different treatment of mass transfer in stellar binaries. We find that the uncertainties in the amplitude are dominated by the SFR model, and to a lesser degree by the binary evolution model. The inclusion of tidal effects and mass transfer episodes in DWDs can change the amplitude of the estimated SGWB up to a factor 3 at the highest frequencies. For all the models, we find that this SGWB could be potentially observable by LISA after 4 years. Under the hypothesis of an homogeneous Universe beyond 200Mpc, anisotropies associated to the astrophysical population of DWDs will likely not be detectable. We provide fits of this SGWB under different assumptions to be used by the community. We demonstrate variability in SGWB predictions, emphasizing uncertainties due to different astrophysical assumptions. We highlight the importance of determining the position of the knee in the SGWB spectrum, as it provides insights on mass transfer models. The prediction of this SGWB is of critical importance for LISA in the context of observing other SGWB. | 最近の研究では、銀河系外DWDの天体重力波（SGWB）への寄与が、LISAによってmHz領域で検出可能であることが明らかになっています。 一方で、このSGWBの存在は、重力波天文学の重要なターゲットの一つである宇宙論的SGWBの検出を妨げる可能性があります。 本研究では、銀河系外DWD SGWBのスペクトルを確認し、様々な仮定の下でLISAによる検出可能性を評価することを目指します。 また、スペクトルにおける主な不確実性を理解し、信号が異方性を持つかどうかを推定することも目的としています。 本研究では、連星進化と初期条件に関するいくつかの仮定のもと、種族合成コードCOSMICを使用します。 DWD形成後の質量移動と潮汐トルクを考慮するための特別な処理を組み込んでいます。 本研究は、恒星連星における質量移動の扱いが異なるため、高周波数域での寄与が低いことが分かっていますが、これまでの研究と概ね一致しています。 振幅の不確実性はSFRモデルによって支配されており、連星進化モデルによる影響はそれより小さいことがわかった。 DWDに潮汐効果と質量移動エピソードを考慮すると、推定されるSGWBの振幅は、最高周波数において最大3倍まで変化する可能性がある。 すべてのモデルにおいて、このSGWBは4年後にはLISAによって観測される可能性がある。 200Mpcを超える宇宙が均質であるという仮説の下では、DWDの天体物理学的種族に関連する異方性はおそらく検出されないだろう。 我々は、コミュニティが使用できるように、異なる仮定の下でのこのSGWBのフィッティングを提供する。 我々はSGWB予測の変動性を示し、異なる天体物理学的仮定に起因する不確実性を強調する。 SGWBスペクトルにおける膝の位置を決定することは、質量移動モデルに関する知見を提供するため、重要であることを強調する。 このSGWBの予測は、他のSGWBの観測という観点から、LISAにとって極めて重要です。 |
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| This paper numerically studies if the stability of a stable black hole is robustness against the small perturbation on geometry near its event horizon. As a toy model, it encodes the such perturbation into deformations of Regge-Wheeler potential. It considers three different types of local deformations-the negative static bump potential, the stochastic potential and bump potential modulated by time function in low frequency limit. Our numerical results show that infinitesimal local deformations on Regge-Wheeler potential near the horizon can overturn stability of an arbitrarily strongly stable black hole, implying that late-time behavior of a stable black hole is extremely sensitive to geometry near horizon. Specially, certain deformations that stabilize systems in flat backgrounds can destabilize otherwise stable black holes. It also shows that horizon-induced redshift transforms near-horizon quantum fluctuations into classical-scale stochastic deformations capable of triggering instability, implying that even an isolated black hole cannot keep stable in extended timescales. | 本論文は、安定なブラックホールの安定性が、事象の地平線近傍の形状への小さな摂動に対してロバストであるかどうかを数値的に調べる。 トイモデルとして、このような摂動をレッジェ＝ホイーラーポテンシャルの変形に符号化する。 負の静的バンプポテンシャル、確率的ポテンシャル、そして低周波極限において時間関数によって変調されたバンプポテンシャルという3種類の局所変形を考慮する。 数値結果は、事象の地平線近傍におけるレッジェ＝ホイーラーポテンシャルの微小な局所変形が、任意に強く安定なブラックホールの安定性を覆す可能性があることを示しており、安定なブラックホールの晩期挙動は事象の地平線近傍の形状に極めて敏感であることを示唆している。 特に、平坦な背景において系を安定化させる特定の変形は、そうでなければ安定なブラックホールを不安定化させる可能性がある。 また、地平線誘起赤方偏移によって、地平線近傍の量子ゆらぎが、不安定性を引き起こす可能性のある古典スケールの確率的変形に変換されることも示されており、孤立したブラックホールでさえも長い時間スケールでは安定を保つことができないことを示唆しています。 |
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| Considering a spacetime foliated by co-dimension-2 hypersurfaces, we find the conditions under which lower-dimensional symmetries of a base space can be lifted up to irreducible Killing tensors of the full spacetime. In this construction, the key ingredient for irreducibility is the non-commutativity of the underlying Killing vectors. It gives rise to a tower of growing rank Killing tensors determined by the structure constants of the corresponding Lie algebra. A canonical example of a metric with such emergent non-trivial hidden symmetries in all dimensions is provided by rotating (off-shell) generalized Lense-Thirring spacetimes, where the irreducible Killing tensors arise from the underlying spherical symmetry of the base space. A physical on-shell realization of this construction in four dimensions is embodied by a rotating black hole in the Einstein-Maxwell-Dilaton-Axion theory. Further examples of equal spinning Myers-Perry spacetimes and spacetimes built on planar and Taub-NUT base metrics are also discussed. | 共次元2の超曲面によって葉理化された時空を考察し、基底空間の低次元対称性を全時空の既約キリングテンソルにまで持ち上げられる条件を見出す。 この構成において、既約性の鍵となる要素は、基礎となるキリングベクトルの非可換性である。 これは、対応するリー代数の構造定数によって決定される、階数が増加するキリングテンソルの塔を生み出す。 このようなすべての次元における非自明な隠れた対称性の出現を伴う計量の標準的な例は、回転する（オフシェル）一般化レンズ・サーリング時空であり、ここで既約キリングテンソルは基底空間の球対称性から生じる。 この構成の4次元における物理的なオンシェル実現は、アインシュタイン・マクスウェル・ディラトン・アクシオン理論における回転ブラックホールによって具体化される。 等回転マイヤーズ-ペリー時空と平面およびタウブ-NUT基底計量に基づく時空のさらなる例についても議論する。 |
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| We study the greybody factor of charged hairy black holes (BHs) that arise due to the presence of an axion coupled to the electromagnetic field. Specifically, we consider spin-0 and spin-1 test particles propagating in the background of BHs with axion hair, where the spacetime geometry is modified compared to that of the Reissner-Nordstrom (RN) BH. In contrast to the RN solution, with a given total BH charge, the effective potential for test particles depends on the ratio of electric to magnetic charges. In other words, charged BHs with axion hair breaks the electric-magnetic duality present in the RN solution. We compute the transmission coefficient of test particles plunging into the charged hairy BH and find that the deviation from the RN solution is particularly evident for higher multipole moments. Precise measurements of greybody factors can thus serve as probes for the possible existence of axions coupled to the electromagnetic field, as well as potential signatures of magnetic monopoles. | 我々は、電磁場と結合したアクシオンの存在によって生じる荷電ヘアリーブラックホール（BH）の灰色体因子を研究する。 具体的には、アクシオンヘアを持つBHの背景を伝播するスピン0およびスピン1のテスト粒子を考察する。 この場合、時空構造はライスナー・ノルドストローム（RN）BHと比較して修正されている。 RN解とは対照的に、BHの総電荷が与えられた場合、テスト粒子の有効ポテンシャルは電荷と磁荷の比に依存する。 言い換えれば、アクシオンヘアを持つ荷電BHは、RN解に存在する電磁二重性を破る。 我々は、荷電ヘアリーBHに突入するテスト粒子の透過係数を計算し、RN解からの逸脱は特に高次多極子モーメントにおいて顕著であることを発見した。 したがって、グレイボディ因子の正確な測定は、電磁場と結合したアクシオンの存在の可能性や、磁気単極子の潜在的な兆候を調べるためのプローブとして機能する可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Exterior geometries of physical black holes are believed to asymptotically approach the Kerr--de Sitter spacetime at late times. A characteristic feature of that vacuum Einstein solution is the presence of a hidden symmetry generated by a closed conformal Killing--Yano tensor. Using this symmetry and modern conformal geometry technology, we find necessary conditions for generic solutions to asymptotically approach the Kerr--de Sitter metric. Further, we constrain the admissible form of the geometric free data on the conformal infinity giving rise to this family of spacetimes and constrain it in terms of the stress-energy tensor. | 物理的ブラックホールの外部幾何学は、遅い時間にカー・ド・ジッター時空に漸近すると考えられている。 この真空アインシュタイン解の特徴は、閉じた共形キリング・ヤノテンソルによって生成される隠れた対称性の存在である。 この対称性と現代の共形幾何学技術を用いて、我々は一般的な解がカー・ド・ジッター計量に漸近的に近づくための必要条件を見出す。 さらに、この時空族を生み出す共形無限大上の幾何学的自由データの許容形式を制約し、それを応力エネルギーテンソルによって制約する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A self-interacting dark-matter (SIDM) density spike around merging supermassive black holes (SMBHs) may be able to supply the dynamical friction needed to shrink binaries from $\sim 1\, \mathrm{pc}$ to $\sim 10^{-2} \,\mathrm{pc}$, thereby resolving the long-standing ``final-parsec problem.'' Embedding the binary-halo system in a cosmological population model, we evolve the inspiral under the combined influence of gravitational-wave (GW) emission and SIDM drag, compute the resulting nanohertz GW background, and confront it with the NANOGrav 15 year pulsar-timing data. A six-parameter Bayesian analysis, performed with a Gaussian-process-accelerated Markov chain Monte Carlo, yields posterior constraints on the cross-section per unit mass and maximum circular velocity values that were consistent with independent galaxy-rotation and cluster-lensing limits. Within this parameter space, the SIDM spike remains intact, supplies sufficient friction to overcome the stellar depletion barrier, and produces a characteristic-strain spectrum that matches the NANOGrav signal as well as phenomenological astrophysical models. | 合体する超大質量ブラックホール（SMBH）の周囲に見られる自己相互作用暗黒物質（SIDM）の密度スパイクは、連星系を$\sim 1\, \mathrm{pc}$から$\sim 10^{-2}\,\mathrm{pc}$に縮小するために必要な動的摩擦を供給できる可能性があり、それによって長年の「最終パーセク問題」が解決される可能性がある。 連星ハロー系を宇宙論的種族モデルに組み込み、重力波（GW）放射とSIDM抵抗の複合影響下でインスパイラルを進化させ、結果として生じるナノヘルツの重力背景を計算し、NANOGravの15年間のパルサータイミングデータと比較する。 ガウス過程加速マルコフ連鎖モンテカルロ法を用いた6パラメータベイズ解析により、単位質量あたりの断面積と最大円速度に関する事後制約が得られ、これは銀河回転と銀河団レンズ効果の独立限界と整合していた。 このパラメータ空間内では、SIDMスパイクはそのまま残り、恒星の減衰障壁を乗り越えるのに十分な摩擦力を提供し、NANOGrav信号や現象論的天体物理学モデルと一致する特徴的な歪みスペクトルを生成する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent discoveries of long gamma-ray bursts accompanied by kilonova emission prompted interest in understanding their progenitors. If these long-duration bursts arise from neutron star mergers, similar to short gamma-ray bursts, it raises the question of which physical properties govern burst duration. The mass of the merger stands out as a key factor, strongly influencing the lifetime of the merger remnant, which in turn determines the burst duration: lighter mergers that form long-lived remnants produce short bursts, whereas more massive mergers result in short-lived remnants that collapse into black holes, powering longer bursts. In this paper, we compare merger rates from gravitational-wave observations of LIGO-Virgo-KAGRA with the rates of kilonova-associated long and short gamma-ray bursts, to identify a characteristic total neutron star mass that separates the two burst classes at $1.36^{+0.08}_{-0.09}$ (median and 68\% confidence interval) times of the neutron star Tolman-Oppenheimer-Volkoff mass. This result suggests that massive neutron stars could survive an extended period after merger. Our findings are robust against substantial observational uncertainties and model assumptions. Moreover, we uncover correlations among various characteristic masses tied to dense nuclear matter, introducing a novel and independent approach to constrain neutron star nuclear properties through separated and combined gravitational-wave and gamma-ray burst observations. | キロノバ放射を伴う長時間ガンマ線バーストの最近の発見は、その起源の解明への関心を高めました。 これらの長時間バーストが、短時間ガンマ線バーストと同様に中性子星合体によって発生するとすれば、バーストの持続時間を決定する物理的特性は何かという疑問が生じます。 合体質量は重要な要因として際立っており、合体残骸の寿命に強く影響を及ぼし、それがバーストの持続時間を決定します。 つまり、寿命の長い残骸を形成する軽い合体では短いバーストが発生しますが、質量の大きい合体では寿命の短い残骸がブラックホールに崩壊し、より長いバーストを発生させます。 本論文では、LIGO-Virgo-KAGRAの重力波観測による合体率と、キロノバに伴う長短ガンマ線バーストの率を比較し、2つのバーストクラスを分ける特徴的な中性子星総質量を、中性子星トルマン・オッペンハイマー・ヴォルコフ質量の1.36倍（中央値および68%信頼区間）で特定した。 この結果は、大質量中性子星が合体後も長期間生存できることを示唆している。 我々の発見は、大きな観測的不確実性やモデルの仮定に対して堅牢である。 さらに、高密度核物質に関連する様々な特徴的質量間の相関関係を明らかにし、重力波バーストとガンマ線バーストの個別観測および組み合わせ観測を通じて中性子星の核特性を制限するための、新しく独立したアプローチを導入した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| If a set of massive objects collide in space and the fragments disperse, possibly forming black holes, then this process will emit gravitational waves. Computing the detailed gravitational wave-form associated with this process is a complicated problem, not only due to the non-linearity of gravity but also due to the fact that during the collision and subsequent fragmentation the objects could undergo complicated non-gravitational interactions. Nevertheless the classical soft graviton theorem determines the power law fall-off of the wave-form at late and early times, including logarithmic corrections, in terms of only the momenta of the incoming and outgoing objects without any reference to what transpired during the collision. In this short review I shall explain the results and very briefly outline the derivation of these results. | 質量の大きな物体が宇宙空間で衝突し、その破片が分散してブラックホールを形成すると、重力波が発生します。 この過程に伴う詳細な重力波形を計算することは、重力の非線形性だけでなく、衝突とそれに続く破片化の過程で物体が複雑な非重力相互作用を受ける可能性があるため、複雑な問題です。 しかしながら、古典的なソフト重力子定理は、衝突中に何が起こったかに一切依存せず、入射物体と出射物体の運動量のみに基づいて、対数補正を含め、遅い時間と早い時間における波形のべき乗法則の減衰を決定します。 この短いレビューでは、その結果を説明し、これらの結果の導出について簡単に概説します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the no-boundary proposal for closed universes with an observer. We argue that the observer's no-boundary state is the identity operator on the physical Hilbert space, i.e., the maximum entropy state and show this explicitly in Jackiw-Teitelboim gravity. Geometrically, the no-boundary state is a bra-ket wormhole. Expectation values in the no-boundary state provide a trace for the observer's algebra, which allows one to define von Neumann entropy for observers in different universes as the relative entropy with respect to the no-boundary state. This result is consistent with all previously discussed cases of traces for invariantly defined regions. | 我々は、観測者が存在する閉宇宙に対する無境界提案を検証する。 観測者の無境界状態は物理的ヒルベルト空間上の恒等作用素、すなわち最大エントロピー状態であると主張し、これをジャッキー＝タイテルボイム重力において明示的に示す。 幾何学的には、無境界状態はブラケット・ワームホールである。 無境界状態における期待値は観測者代数のトレースを提供し、これにより、異なる宇宙における観測者に対するフォン・ノイマン・エントロピーを、無境界状態に対する相対エントロピーとして定義することができる。 この結果は、これまで議論されてきた不変的に定義された領域のトレースの全ての事例と整合している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| What if supersymmetry is not something to be hidden, but something to be reached? We introduce the Supersymmetric Horizon Stabilization (SHS): a conceptually unified and analytically controlled framework for embedding metastable de Sitter vacua and trans-Planckian inflation within effective $\mathcal{N}=1$ supergravity. Built from a logarithmic K\"ahler potential modified by nilpotent constraints, SHS yields a framework that connects the early universe's inflationary phase, intermediate metastable acceleration, and a final supersymmetric fixed point. We classify all viable models by imposing four essential criteria: absence of ghosts, de Sitter metastability, smooth Minkowski transitions, and asymptotic supersymmetry. The resulting scalar dynamics exhibit exponential field-space profiles, $\tau(\varphi) \sim e^{-\Delta\varphi}$, reconciling trans-Planckian excursions with bounded moduli. This structure ensures finite geodesic distance, stabilizes the gravitino mass, and suppresses light towers -- evading both the Gravitino and Swampland Distance Conjectures. Meanwhile, the divergent Euclidean cost of reaching the supersymmetric endpoint realizes the AdS and Generalized Swampland Distance Conjectures, confirming that the infrared boundary lies at infinite dynamical distance despite controlled scalar evolution. From this behavior emerges the Supersymmetric Horizon Conjecture: that consistent gravitational EFTs may begin and end with supersymmetry -- both at the origin and the asymptotic edge of cosmic evolution -- not as a fine-tuned remnant, but as a geometric boundary condition. SHS also supports localized features that transiently enhance scalar fluctuations, enabling efficient production of primordial black holes with masses far exceeding those in conventional inflationary scenarios. | もし超対称性が隠されるべきものではなく、到達されるべきものだったらどうなるでしょうか？私たちは、超対称地平安定化（SHS）を導入します。 これは、実効$\mathcal{N}=1$超重力の中に準安定ド・ジッター真空とトランスプランクインフレーションを埋め込むための、概念的に統一され、解析的に制御された枠組みです。 SHSは、冪零制約によって修正された対数ケーラーポテンシャルから構築され、初期宇宙のインフレーション期、中間の準安定加速期、そして最終的な超対称不動点を結びつける枠組みを生み出す。 我々は、ゴーストの不在、ド・ジッター準安定、滑らかなミンコフスキー転移、そして漸近的超対称性という4つの必須基準を課すことで、すべての実行可能なモデルを分類する。 結果として得られるスカラーダイナミクスは、指数関数的な場空間プロファイル、$\tau(\varphi) \sim e^{-\Delta\varphi}$を示し、プランク超偏移と有界モジュライを調和させる。 この構造は有限の測地線距離を保証し、グラビティーノ質量を安定化し、光塔を抑制し、グラビティーノ距離予想とスワンプランド距離予想の両方を回避する。 一方、超対称エンドポイントはAdS予想と一般化スワンプランド距離予想を実現し、制御されたスカラー進化にもかかわらず、赤外線境界が無限の力学的距離にあることを確認します。 この挙動から、超対称地平線予想が生まれます。 これは、整合した重力EFTは、宇宙進化の起源と漸近端の両方において、微調整された残余物としてではなく、幾何学的な境界条件として、超対称性で始まり、終わる可能性があるというものです。 SHSはまた、スカラー変動を一時的に増強する局所的な特徴をサポートし、従来のインフレーションシナリオをはるかに超える質量を持つ原始ブラックホールの効率的な生成を可能にします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit the recent debate on the evidence for an overtone in the black hole ringdown of GW150914 using an independent data-analysis pipeline. By gating and inpainting the data, we discard the contamination from earlier parts of the gravitational wave signal before ringdown. This enables parameter estimation to be conducted in the frequency domain, which is mathematically equivalent to the time domain method. We keep the settings as similar as possible to the previous studies by Cotesta et al. arXiv:2201.00822 and Isi et al. arXiv:1905.00869 arXiv:2202.02941 which yielded conflicting results on the Bayes factor of the overtone. Our aim is to understand how different data analysis systematics, including sampling rates, erroneous timestamps, and the frequency resolution of the noise power spectrum, would influence the statistical significance of an overtone. Our main results indicate the following: (i) a low-resolution estimation of the noise power spectrum tends to diminish the significance of overtones, (ii) adjusting the start time to a later digitized point reduces the significance of overtones, and (iii) overtone evidence varies with different sampling rates if the start time is too early, indicating that the overtone is a poor model, hence we propose a convergence test to verify the validity of an overtone model. With these issues addressed, we find the Bayes factors for the overtone to range from $10$ to $26$ in a range of times centered at the best-fit merger time of GW150914, which supports the existence of an overtone in agreement with the conclusions of Isi et al. arXiv:1905.00869 arXiv:2202.02941. These results are obtained by keeping the start time and sky location fixed, enabling a direct comparison with other work. Marginalizing over these parameters would lower the Bayes factor to 1 for the evidence of an overtone. | 我々は、独立したデータ解析パイプラインを用いて、GW150914のブラックホールリングダウンにおける倍音の証拠に関する最近の議論を再検討する。 データのゲーティングとインペインティングを行うことで、リングダウン前の重力波信号の初期部分からの汚染を除去する。 これにより、時間領域法と数学的に等価な周波数領域でのパラメータ推定が可能になる。 設定は、倍音のベイズ因子に関して矛盾する結果が得られたCotestaら (arXiv:2201.00822) およびIsiら (arXiv:1905.00869 arXiv:2202.02941) による先行研究と可能な限り同じにする。 私たちの目的は、サンプリングレート、タイムスタンプの誤り、ノイズパワースペクトルの周波数分解能など、様々なデータ解析手法が倍音の統計的意義にどのように影響するかを理解することです。 主な結果は、(i) ノイズパワースペクトルの低分解能推定は倍音の意義を低下させる傾向があること、(ii) 開始時刻を後のデジタル化点に調整すると倍音の意義が低下すること、(iii) 開始時刻が早すぎる場合、倍音の証拠はサンプリングレートによって変化し、倍音は不適切なモデルであることを示唆していること、したがって、倍音モデルの妥当性を検証するための収束検定を提案していること、を示しています。 これらの問題に対処した結果、倍音のベイズ係数は、GW150914の最も適合する合体時刻を中心とする時間範囲で10から26の範囲にあることがわかりました。 これは、Isiらの結論と一致し、倍音の存在を支持しています。 arXiv:1905.00869 arXiv:2202.02941。 これらの結果は、開始時刻と天空の位置を固定して得られたもので、他の研究との直接的な比較を可能にしています。 これらのパラメータを周辺化することで、倍音の証拠に対するベイズ係数は1に低下します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Are time-travels possible? is the past still existing? and is the future already existing? We try to give an answer to these an other questions concerning the properties of time and the close connection (but deep physical difference) between time and space. | タイムトラベルは可能なのか？過去はまだ存在するのか？そして未来はすでに存在しているのか？私たちは、時間の性質、そして時間と空間の密接なつながり（しかし、物理的には大きな違いもある）に関するこれらの疑問やその他の疑問に答えようとしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Stray light represents a significant noise source for gravitational wave detectors, requiring an accurate modeling and mitigation to preserve the experiment's sensitivity. In this article, we present an updated and improved analysis of the stray-light induced noise in the Einstein Telescope main arm. The results presented here supersede previous studies taking into account a number of improvements, including baffle clipping effects, new numerical calculations for computing diffraction contributions and the influence of baffle edge serrations. Results are presented for both triangular and L-shaped configurations for the experiment. Furthermore, in the case of the triangular configuration, we examine non-ideal optical cavity conditions, such as beam offsets and misalignments, and the presence of point absorbers in the mirrors, which can increase scattered light noise. This can be translated into future stringent constraints on the design and operating parameters of the interferometer, thus facilitating to achieve its sensitivity targets. | 迷光は重力波検出器にとって大きなノイズ源であり、実験の感度を維持するためには正確なモデリングと軽減策が必要となる。 本稿では、アインシュタイン望遠鏡の主腕における迷光誘起ノイズに関する、最新かつ改良された解析結果を提示する。 ここで提示する結果は、バッフルクリッピング効果、回折寄与を計算するための新しい数値計算、バッフル端の鋸歯状構造の影響など、多くの改良点を考慮した、これまでの研究に取って代わるものである。 実験において、三角形とL字型の両方の構成の結果が示されている。 さらに、三角形構成の場合、ビームオフセットやミスアライメント、ミラー内の点状吸収体の存在など、散乱光ノイズを増大させる可能性のある非理想的な光学共振器条件を検証する。 これは、将来的に干渉計の設計と動作パラメータに対する厳しい制約につながり、感度目標の達成を促進する可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider non-linear electrodynamics (NED) minimally coupled to general relativity. We derive novel electrically charged, spherically symmetric, black-hole solutions having, for some set of parameters, all their NED fields (the electric field and the square of the electromagnetic field) regular for all values of the radial coordinate. For another set of parameters, the NED fields and the Kretschmann scalar are regular as the radial coordinate runs from one spatial infinity to another spatial infinity without the metric being a wormhole. We obtain solutions that have two distinct or the same asymptotic behaviors (two spatial infinities) with equal or unequal ADM masses and solutions with always one horizon whatever the ratio of the electric charge to mass. We comment on some regularity theorems and generalize them to multi-valued NED Lagrangians. The derived regular solutions do not violate the Weak Energy Condition. | 一般相対論と最小限に結合した非線形電気力学（NED）を考察する。 あるパラメータセットにおいて、すべてのNED場（電場と電磁場の2乗）が動径座標のすべての値に対して正則となる、新しい電荷を帯びた球対称のブラックホール解を導出する。 別のパラメータセットにおいては、NED場とクレッチマンスカラーは、動径座標が1つの空間無限大から別の空間無限大まで移動する際に、計量がワームホールとなることなく正則となる。 我々は、等しいまたは等しくないADM質量を持つ、2つの異なる、あるいは同じ漸近挙動（2つの空間無限大）を持つ解と、電荷と質量の比に関わらず常に1つの地平を持つ解を得る。 いくつかの正則性定理について論じ、それらを多値NEDラグランジアンに一般化する。 導出された正則解は弱エネルギー条件に違反しない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Many theories of physical interest, which admit a Hamiltonian description, exhibit symmetries under a particular class of non -strictly conformal transformation, known as dynamical similarities. The presence of such symmetries allows a reduction process to be carried out, eliminating a single degree of freedom from the system, which we associate with an overall scale. This process of `contact reduction' leads to theories of a frictional nature, in which the physically-observable quantities form an autonomous subsystem, that evolves in a predictable manner. We demonstrate that this procedure has a natural generalisation to theories of higher order; detailed examples are provided, and physical implications discussed. | ハミルトン記述を許容する多くの物理的に興味深い理論は、特定のクラスの非厳密共形変換の下で対称性を示し、これは動的相似性として知られています。 このような対称性の存在により、縮約プロセスを実行することができ、システムから単一の自由度が除去されます。 これは全体的なスケールと関連付けられます。 この「接触縮約」プロセスは、摩擦の性質を持つ理論につながります。 この理論では、物理的に観測可能な量は自律的なサブシステムを形成し、予測可能な方法で発展します。 この手順は高次の理論にも自然に一般化できることを示します。 詳細な例を示し、物理的な意味合いを議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that the Schwarzschild 3-manifold is stable for the 3-dimensional Riemannian Penrose inequality in the pointed measured Gromov-Hausdorff topology, modulo negligible domains and boundary area perturbations. | シュワルツシルト3次元多様体は、無視できる領域と境界領域摂動を法として、尖端測定グロモフ・ハウスドルフ位相における3次元リーマン・ペンローズ不等式に対して安定であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Propagation of fermions in spacetime requires a spin connection, which can be split into a universal gravitational part and a non-universal ``contorsion'' part. The latter is non-dynamical and can be eliminated from the theory, leaving an effective four-fermion interaction with unknown coupling constants. The generic form of the contorsion-fermion coupling, and thus the four-fermion interaction, breaks chiral symmetry. This interaction affects all fermions -- in particular neutrinos passing through matter will notice a contribution to their effective Hamiltonian, just like the MSW effect coming from weak interactions, but diagonal in the mass basis rather than the flavor basis. Then there is a possibility that this geometrical contribution is not negligible for neutrinos passing through normal matter, provided the coupling constants are not too small. We calculate the matter potential due to this interaction and thus write the conversion and survival probabilities including its effect. We plot conversion probabilities of $\nu_\mu$ to $\nu_e$ and $\nu_\tau$ for a baseline of 1300 km, as well as their dependence on the CP phase, with and without the geometrical interaction. We also plot the survival probability of reactor $\bar{\nu}_e$ for different baselines. | 時空におけるフェルミオンの伝播にはスピン結合が必要であり、これは万有重力部分と非万有重力的な「ねじれ」部分に分けられる。 後者は非力学的であり理論から除去することができ、結合定数が未知の有効4フェルミオン相互作用が残る。 ねじれ-フェルミオン結合の一般的な形、すなわち4フェルミオン相互作用はカイラル対称性を破る。 この相互作用はすべてのフェルミオンに影響を及ぼし、特に物質を通過するニュートリノは、弱い相互作用に起因するMSW効果と同様に、有効ハミルトニアンへの寄与に気づくが、これはフレーバー基底ではなく質量基底において対角的である。 したがって、結合定数が小さすぎない場合、この幾何学的寄与は、通常の物質を通過するニュートリノに対して無視できない可能性がある。 この相互作用による物質ポテンシャルを計算し、その効果を含めた転換確率と生存確率を書き記す。 1300 kmのベースラインにおける$\nu_\mu$から$\nu_e$および$\nu_\tau$への転換確率、ならびに幾何学的相互作用の有無におけるCP位相への依存性をプロットする。 また、異なるベースラインにおける原子炉$\bar{\nu}_e$の生存確率もプロットする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Tsallis-Cirto non-extensive statistics with $\delta=2$ describes the processes of splitting and merging of black holes and their thermodynamics. Here we consider a toy model, which matches this generalized statistics and extends it by providing the integer valued entropy of the black hole, $S_{\rm BH}(N)=N(N-1)/2$. In this model the black hole consists of $N$ the so-called Planckons -- objects with reduced Planck mass $m_{\rm P}=1/\sqrt{8\pi G}$ -- so that its mass is quantized, $M=Nm_{\rm P}$. The entropy of each Planckon is zero, but the entropy of black hole with $N$ Planckons is provided by the $N(N-1)/2$ degrees of freedom -- the correlations between the gravitationally attracted Planckons. This toy model can be extended to a charged Reissner-Nordstr\"om (RN) black hole, which consists of charged Planckons. Despite the charge, the statistical ensemble of Planckons remains the same, and the RN black hole with $N$ Planckons has the same entropy as the electrically neutral hole, $S_{\rm RNBH}(N)=N(N-1)/2$. This is supported by the adiabatic process of transformation from the RN to Schwarzschild black hole by varying the fine structure constant. The adiabaticity is violated in the extreme limit, when the gravitational interaction between two Planckons is compensated by the repulsion between their electric charges, and the RN black hole loses stability. The entropy of a white hole formed by the same $N$ Planckons has negative entropy, $S_{\rm WH}(N)=-N(N-1)/2$. | $\delta=2$ の Tsallis-Cirto 非示量統計は、ブラックホールの分裂・合体の過程とそれらの熱力学を記述する。 ここでは、この一般化された統計に適合し、ブラックホールの整数値エントロピー $S_{\rm BH}(N)=N(N-1)/2$ を与えることで拡張されたトイモデルを考える。 このモデルでは、ブラックホールは $N$ 個のいわゆるプランクコン（縮約プランク質量 $m_{\rm P}=1/\sqrt{8\pi G}$ を持つ天体）で構成され、その質量は量子化され、$M=Nm_{\rm P}$ となる。 各プランコンのエントロピーはゼロですが、N個のプランコンを持つブラックホールのエントロピーは、重力によって引き寄せられるプランコン間の相関関係であるN(N-1)/2の自由度によって決まります。 このトイモデルは、荷電したプランクトンからなる荷電ライスナー・ノルドストローム（RN）ブラックホールに拡張できる。 プランクトンが荷電しているにもかかわらず、プランクトン統計集団は変わらず、$N$ 個のプランクトンからなるRNブラックホールは、電気的に中性なブラックホールと同じエントロピー、$S_{\rm RNBH}(N)=N(N-1)/2$を持つ。 これは、微細構造定数を変化させることによってRNブラックホールからシュワルツシルトブラックホールへと変化する断熱過程によって裏付けられる。 この断熱性は極限で破れ、2つのプランクトン間の重力相互作用がそれらの電荷間の反発によって相殺され、RNブラックホールは安定性を失う。 同じ$N$ 個のプランクトンによって形成されるホワイトホールのエントロピーは負のエントロピー、$S_{\rm WH}(N)=-N(N-1)/2$です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Einstein Euler Heisenberg (EEH) black hole model represents an extension of classical black hole solutions in general relativity by incorporating quantum electrodynamic (QED) corrections. These corrections are introduced through the inclusion of the Euler-Heisenberg Lagrangian, which accounts for the nonlinear effects of QED in the presence of strong electromagnetic fields. This study investigates the observational properties of a thin accretion disk surrounding the electrically charged rotating EEH black hole. By exploring the influence of the spin parameter and charge on key dynamical quantities such as the energy, angular momentum, angular velocity, and the innermost stable circular orbit (ISCO) of a test particle it becomes possible to analyze the radiative flux, temperature distribution, and differential luminosity of the thin accretion disk in the spacetime of the charged rotating EEH black hole. The results are compared to those of Kerr and Kerr Newman black holes in General relativity, revealing that QED corrections are found to increase the ISCO radius. Specifically, for a fixed electric charge, an increasing spin parameter leads to a larger ISCO radius compared to the standard Kerr black holes as a result of additional electromagnetic corrections introduced by the Euler Heisenberg theory. Conversely, when the spin parameter is held constant, an increase in the electric charge reduces the ISCO radius. Additionally, thin accretion disks around charged EEH rotating black holes exhibit higher temperatures and greater efficiency when the spin parameter is fixed and the electric charge is increased. | アインシュタイン・オイラー・ハイゼンベルク（EEH）ブラックホール模型は、量子電磁力学（QED）補正を取り入れた一般相対論における古典的ブラックホール解の拡張である。 これらの補正は、強電磁場存在下でのQEDの非線形効果を説明するオイラー・ハイゼンベルク・ラグランジアンを組み込むことで導入される。 本研究では、電荷を帯びて回転するEEHブラックホールを取り囲む薄い降着円盤の観測特性を調べる。 スピンパラメータと電荷が、エネルギー、角運動量、角速度、試験粒子の最内周安定円軌道（ISCO）などの重要な力学量に与える影響を調べることで、荷電回転するEEHブラックホールの時空における薄い降着円盤の放射束、温度分布、微分光度を解析することが可能になる。 結果を一般相対論におけるカー・ブラックホールおよびカー・ニューマン・ブラックホールの結果と比較すると、QED補正によってISCO半径が増加することが明らかになった。 具体的には、電荷が固定されている場合、スピンパラメータが増加すると、オイラー・ハイゼンベルク理論によって導入された追加の電磁補正の結果として、標準的なカー・ブラックホールと比較してISCO半径が大きくなる。 逆に、スピンパラメータが一定に保たれている場合、電荷が増加するとISCO半径は減少する。 さらに、回転する荷電EEHブラックホールの周囲の薄い降着円盤は、スピンパラメータが固定され電荷が増加すると、温度が上昇し、効率も高くなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper mainly aims to solve the Anti deSitter Black Holes (AdS BH) under the Barrow entropy under polytropic gas fluid, especially the Chaplygin Gas. First, we develop this last polytropic model in detail to then obtain the possible solutions and thermodynamic conditions on the Energy-Momentum and the Barrow Entropy for spacetimes of spatial dimension $D>3$. Then, we focus on thermidynamic solutions and the different impacts on the Barrow entropy of the black hole, the temperature profile, the mass and the various physical quantities involved. Afterwards, we focus on the specific cases of the solutions of dimensions $D=4$ and $5$ in order to concretely test the models, especially from the point of view of the thermodynamic topology. Finally, we generalize everything by elaborating and testing the stability of the models to arrive at the thermal geometry of the AdS BH. | 本論文は、主にポリトロープ気体流体、特にチャプリギン気体におけるバローエントロピーの下での反デシッターブラックホール（AdS BH）の解を求めることを目的とする。 まず、このポリトロープモデルを詳細に展開し、空間次元$D>3$の時空におけるエネルギー運動量およびバローエントロピーに関する可能な解と熱力学的条件を得る。 次に、熱力学的解と、ブラックホールのバローエントロピー、温度プロファイル、質量、および関連する様々な物理量への様々な影響に焦点を当てる。 その後、次元$D=4$および$D=5$の解の具体的なケースに焦点を当て、特に熱力学的トポロジーの観点から、モデルを具体的に検証する。 最後に、モデルの安定性を詳細化および検証することにより、すべてを一般化し、AdS BHの熱的形状を導き出す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent data from multiple supernova catalogs and DESI, when combined with CMB, suggest a non-trivial evolution of dark energy (DE) at the $2.5-4\sigma$ CL. This evidence is typically quantified using the CPL parametrization of the DE equation-of-state parameter which corresponds to a first-order Taylor expansion around $a = 1$. However, this truncation is to some extent arbitrary and may bias our interpretation of the data, potentially leading us to mistake spurious features of the best-fit CPL model for genuine physical properties of DE. In this work, we apply the Weighted Function Regression (WFR) method to eliminate the subjectivity associated with the choice of truncation order. We assign Bayesian weights to the various orders and compute weighted posterior distributions of the quantities of interest. Using this model-agnostic approach, we reconstruct some of the most relevant background quantities, examining the robustness of our results against variations in the CMB and SNIa likelihoods. Furthermore, we extend our analysis by allowing for negative DE. Our results corroborate previous indications of dynamical DE, now confirmed for the first time using the WFR method. The combined analysis of CMB, BAO, and SNIa data favors a DE component that transitions from phantom to quintessence at redshift $z_{\rm cross}\sim 0.4$. The probability of phantom crossing lies between 96.21% and 99.97%, depending on the SNIa data set used, and hence a simple monotonic evolution of the DE density is excluded at the $\sim 2-4\sigma$ CL. Moreover, we find no significant evidence for a negative dark energy density below $z\sim 2.5-3$. Our reconstructions do not address the Hubble tension, yielding values of $H_0$ consistent with the Planck/$\Lambda$CDM range. If SH0ES measurements are not affected by systematic biases, the evidence for dynamical dark energy may need to be reassessed. [abridged] | 複数の超新星カタログおよびDESIからの最近のデータは、CMBと組み合わせると、暗黒エネルギー（DE）がCL 2.5-4σで非自明に進化することを示唆している。 この証拠は、通常、DE状態方程式パラメータのCPLパラメータ化を用いて定量化される。 これは、a = 1の周りの一次テイラー展開に対応する。 しかし、この打ち切りはある程度恣意的であり、データの解釈にバイアスを与え、最適CPLモデルの誤った特徴をDEの真の物理的特性と誤認する可能性がある。 本研究では、打ち切り順序の選択に伴う主観性を排除するために、重み付き関数回帰（WFR）法を適用する。 様々な順序にベイズ重みを割り当て、関心のある量の重み付き事後分布を計算する。 このモデルに依存しないアプローチを用いて、最も関連性の高い背景量のいくつかを再構築し、CMBとSNIaの尤度の変動に対する結果の堅牢性を検証する。 さらに、負のDEを許容することで解析を拡張する。 我々の結果は、WFR法を用いて初めて確認された動的DEのこれまでの兆候を裏付けるものである。 CMB、BAO、およびSNIaデータを組み合わせた解析は、赤方偏移$z_{\rm cross}\sim 0.4$でファントムからクインテセンスへと遷移するDE成分を支持する。 ファントム交差の確率は、使用するSNIaデータセットに応じて96.21%から99.97%の間であり、したがって、$\sim 2-4\sigma$ CLではDE密度の単純な単調変化は排除される。 さらに、$z\sim 2.5-3$以下の負のダークエネルギー密度を示す有意な証拠は見つからない。 我々の再構成はハッブル張力を考慮しておらず、プランク/ラムダCDMの範囲と一致する$H_0$の値が得られる。 SH0ES測定が系統的バイアスの影響を受けない場合、動的ダークエネルギーの証拠を再評価する必要があるかもしれない。 [要約] |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a pseudo-scalar quantity, which is an analogue of the Chern-Simons invariant, in the framework of non-metricity gravity. By considering the coupling between the pseudo-scalar quantity and the axion, we give scenarios which may solve the problems of the axion misalignment, the $S_8$ problem, and the beginning of inflation. When the phase transition associated with the spontaneous breaking of the gauge symmetry of the electroweak theory or grand unified theories (GUTs) occurs, the pseudo-scalar quantity has a non-trivial value, which induces the misalignment of the axion field and axion particles are produced. If the gradient of the potential is small, the $S_8$ problem might be solved. We also propose a mechanism which induces inflation by the misalignment of the axion field generated by the phase transition of the GUTs. | 非計量性重力の枠組みにおいて、チャーン・サイモンズ不変量の類似物である擬スカラー量を提案する。 擬スカラー量とアクシオンとの結合を考慮することで、アクシオンのミスアラインメント、$S_8$問題、そしてインフレーションの始まりといった問題を解決できるシナリオを提示する。 電弱理論あるいは大統一理論（GUT）のゲージ対称性の自発的破れに伴う相転移が起こると、擬スカラー量は非自明な値を持ち、それがアクシオン場のミスアラインメントを引き起こし、アクシオン粒子が生成される。 ポテンシャルの勾配が小さければ、$S_8$問題は解決できる可能性がある。 また、GUTの相転移によって生成されるアクシオン場のミスアラインメントによってインフレーションが誘発されるメカニズムも提案する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The static spherical vacuum solution in a bumblebee gravity model where the bumblebee field \(B_\mu\) has a time-like vacuum expectation value \(b_\mu\) is studied. We show that in general curved spacetime solutions are not allowed and only the Minkowski spacetime exists. However, it is surprising that a non-trivial solution can be obtained so long as a unique condition for the vacuum expectation \(b^2\equiv -b^\mu b_\mu=2/\kappa\), where \(\kappa=8\pi G\) is satisfied. We argue that naturally this solution is not stable since quantum corrections would invalidate the likely numerical coincidence, unless there are some unknown \emph{fine-tuning} mechanisms preventing any deviation from this condition. Nevertheless, some properties of this novel but peculiar solution are discussed, and we show that the extremal Reissner-Nordstr{\"o}m solution is a limit of one of our solutions. | バンブルビー重力模型における静的球状真空解、すなわちバンブルビー場 \(B_\mu\) が時間的真空期待値 \(b_\mu\) を持つ場合について考察する。 一般に曲がった時空解は許されず、ミンコフスキー時空のみが存在することを示す。 しかし、真空期待値 \(b^2\equiv -b^\mu b_\mu=2/\kappa\) の唯一の条件（\(\kappa=8\pi G\)）が満たされる限り、非自明な解が得られることは驚くべきことである。 この解は、この条件からの逸脱を防ぐ未知の \emph{微調整} 機構が存在しない限り、量子補正によってこの可能性のある数値的一致が無効化されるため、当然安定ではないことを主張する。 それでもなお、この斬新だが特異な解のいくつかの性質について議論し、極限ライスナー・ノルドストローム解が我々の解の1つの極限であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The intrinsic non-perturbative features of string-theoretic corrections, particularly those arising from T-duality, have been shown to naturally introduce an effective ultraviolet (UV) cutoff into the gravitational framework. This cutoff, often referred to as the zero-point length in the context of path integral duality, acts as a fundamental minimal length scale that regulates short-distance divergences. Using the established correspondence between T-duality and path integral duality, it has been shown that the static Newtonian potential becomes regularized at small distances. Building upon this regular behavior, we proceed to construct self-consistent, spherically symmetric, and electrically neutral wormhole solutions, which remain free of curvature singularities and embodies the effects of this duality-induced UV completion. We explore wormhole configurations with the aim of minimizing violations of the null energy condition (NEC). In fact, solutions with a constant redshift function or specific shape functions generally exhibit NEC violations throughout the entire spacetime. To address this, we explore two distinct thin shell constructions: (i) wormholes formed by matching an interior wormhole geometry to an exterior Schwarzschild vacuum spacetime, thereby confining exotic matter to a localized region; and (ii) standard thin-shell wormholes generated by gluing two identical black hole spacetimes across a timelike hypersurface situated outside their event horizons. In both cases, the NEC violations are minimised and restricted to a finite region, improving the physical plausibility and traversability of the resulting configurations. | 弦理論補正の本質的な非摂動論的特徴、特にT双対性から生じるものは、重力枠組みに実効紫外（UV）カットオフを自然に導入することが示されている。 このカットオフは、経路積分双対性の文脈ではしばしば零点長と呼ばれ、短距離発散を規定する基本的な最小長さスケールとして機能する。 T双対性と経路積分双対性の間に確立された対応関係を用いることで、静的ニュートンポテンシャルが短距離で正則化されることが示されている。 この正則な挙動に基づいて、我々は自己無撞着で球対称、かつ電気的に中性なワームホール解を構築する。 これらの解は曲率特異点を持たず、この双対性誘起UV完成の効果を体現する。 我々は、ヌルエネルギー条件（NEC）の破れを最小化することを目指してワームホール構成を探求する。 実際、一定の赤方偏移関数または特定の形状関数を持つ解は、一般的に全時空にわたってNECの破れを示す。 これに対処するために、我々は2つの異なる薄殻構造を探求する。 (i) 内部ワームホール形状を外部シュワルツシルト真空時空に一致させることで形成されるワームホールであり、これによりエキゾチック物質を局所領域に閉じ込める。 (ii) 2つの同一のブラックホール時空を、事象の地平線の外側に位置する時間的超曲面を介して接着することで生成される標準的な薄殻ワームホール。 どちらの場合も、NECの破れは最小化され、有限領域に制限されるため、結果として得られる構成の物理的な妥当性と通過可能性が向上する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The existence of black holes in the Universe is nowadays established on the grounds of a blench of astrophysical observations, most notably those of gravitational waves from binary mergers and the imaging of supermassive objects at the heart of M87 and Milky Way galaxies. However, this success of Einstein's General Relativity~(GR) to connect theory of black holes with observations is also the source of its doom, since Penrose's theorem proves that, under physically sensible conditions, the development of a space-time singularity (as defined by the existence of a focal point for some geodesic paths in finite affine time) within black holes as described by GR is unavoidable. In this work, we thoroughly study how to resolve space-time singularities in spherically symmetric black holes. To do it so we find the conditions on the metric functions required for the restoration of geodesic completeness without any regards to the specific theory of the gravitational and matter fields supporting the amended metric. Our discussion considers both the usual trivial radial coordinate case and the bouncing radial function case and arrives to two mechanisms for this restoration: either the focal point is displaced to infinite affine distance or a bounce prevents the focusing of geodesics. Several explicit examples of well known (in)complete space-times are given. Furthermore, we consider the connection of geodesic (in)completeness with another criterion frequently used in the literature to monitor singular space-times: the blow up of (some sets of) curvature scalars and the infinite tidal forces they could bring with them, and discuss the conditions required for the harmlessness upon physical observers according to each criterion. | 宇宙におけるブラックホールの存在は、今日では、連星合体による重力波や、M87銀河および天の川銀河の中心にある超大質量天体の撮影といった、数々の天体物理学的観測に基づいて確立されている。 しかしながら、アインシュタインの一般相対性理論（GR）がブラックホール理論と観測を結びつけることに成功したことは、同時にその終焉の源ともなった。 なぜなら、ペンローズの定理は、物理的に妥当な条件下では、一般相対性理論によって記述されるブラックホール内の時空特異点（有限アフィン時間における測地線経路の焦点の存在によって定義される）の発達は避けられないことを証明しているからである。 本研究では、球対称ブラックホールにおける時空特異点をどのように解決するかを徹底的に研究する。 そのために、我々は、修正された計量を支持する重力場と物質場の特定の理論を一切考慮することなく、測地線完全性の回復に必要な計量関数の条件を見つける。 我々の議論では、通常の自明なラジアル座標の場合と、跳ね返るラジアル関数の場合の両方を考慮し、この回復の2つのメカニズムに到達する。 すなわち、焦点が無限アフィン距離に移動するか、跳ね返りが測地線の焦点合わせを妨げるかのいずれかである。 よく知られている（不）完全時空のいくつかの明示的な例が示される。 さらに、測地線（不）完全性と、文献で特異時空を監視するために頻繁に用いられる別の基準、すなわち（いくつかの）曲率スカラー集合の爆発と、それらがもたらす可能性のある無限の潮汐力との関連を考察し、各基準に従って物理的な観測者に対する無害性に必要な条件を議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Extreme mass-ratio inspirals (EMRIs), consisting of a stellar-mass black hole orbiting a supermassive black hole, are among the primary targets for future space-based gravitational wave detectors. By analyzing the emitted gravitational wave signals, we can probe the nature of compact objects in the strong-field region. To achieve this, we examine the effects of gravitational radiation. In this work, we base our calculations on the general relativistic Schwarzschild background and calculate the energy and angular momentum fluxes of gravitational waves. We perform a theoretical analysis of the equations of motion and the orbital evolution equations for EMRIs. The gravitational waveforms generated by the different periodic orbits of timelike test particles around scale-dependent Planck stars or renormalization group improved Schwarzschild black holes are investigated using both time-domain and frequency-domain methods. The time-domain method employs the ``analytic kludge" (AK) approach, while the frequency-domain method utilizes the discrete Fourier transform. We calculate the characteristic strain of the corresponding gravitational waves and compare them with the sensitivity curves of both ground-based and space-based detectors. These gravitational wave sensitivity curves can be experimentally tested for both spacetimes considered. Additionally, we use two approximate methods--the large eccentricity (EL) method and the small eccentricity (ES) method--to study the orbital evolution of EMRIs and compare the results with equatorial orbits derived from geodesic equations. Our findings will contribute to a deeper understanding of the nature of spacetime. | 超大質量ブラックホールを周回する恒星質量ブラックホールからなる極限質量比インスパイラル（EMRI）は、将来の宇宙設置型重力波検出器の主要なターゲットの一つです。 放出される重力波信号を解析することで、強磁場領域にあるコンパクト天体の性質を調べることができます。 これを実現するために、我々は重力放射の効果を調べます。 本研究では、一般相対論的シュワルツシルト背景を計算の基礎とし、重力波のエネルギーと角運動量フラックスを計算します。 EMRIの運動方程式と軌道発展方程式の理論的解析を行います。 スケール依存のプランク星または繰り込み群改良シュワルツシルトブラックホールの周りを周回する時間的テスト粒子の異なる周期軌道によって生成される重力波形を、時間領域法と周波数領域法の両方を用いて調べます。 時間領域法では「解析的クルージュ」（AK）アプローチを用い、周波数領域法では離散フーリエ変換を用いる。 対応する重力波の特性歪みを計算し、地上および宇宙に設置された検出器の感度曲線と比較する。 これらの重力波感度曲線は、検討対象の両方の時空において実験的に検証することができる。 さらに、大離心率（EL）法と小離心率（ES）法という2つの近似法を用いて、EMRIの軌道進化を調べ、その結果を測地線方程式から導かれた赤道軌道と比較する。 我々の研究成果は、時空の性質をより深く理解することに貢献するであろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, new superparticle models have been proposed in the $\mathcal{N}$-extended four and five-dimensional anti-de Sitter (AdS) superspaces, AdS$^{4|4\mathcal{N}}$ and AdS$^{5|8\mathcal{N}}$, making use of a unique quadratic deformation to the AdS supersymmetric interval. In this paper we extend these considerations to the three and two-dimensional cases, and propose new two-derivative models for superparticles propagating in these AdS superspaces. | 最近、$\mathcal{N}$拡張された4次元および5次元反ド・ジッター（AdS）超空間、AdS$^{4|4\mathcal{N}}$およびAdS$^{5|8\mathcal{N}}$において、AdS超対称区間への固有の二次変形を利用した新しい超粒子モデルが提案されている。 本論文では、これらの考察を3次元および2次元の場合に拡張し、これらのAdS超空間を伝播する超粒子の新しい2微分モデルを提案する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We determine a four-function generalization of the Plebanski spacetime, depending on three arbitrary functions of the radial coordinate, and one function on the angular coordinate. For the generalized Plebanski spacetime, we analyze the separability of the Hamilton--Jacobi equations, and the trajectories of charged test particles are derived from the motion constants. The Klein-Gordon equation separability is established and the Killing horizons are presented as well. Then we introduce a conformal factor to the Plebanski metric and discuss the conditions that preserve the separability. Finally we show a possible stress--energy tensor that may be the source of some of the generalized metrics. | 我々は、動径座標の任意の関数3つと角座標の関数1つに依存する、プレバンスキー時空の4関数一般化を決定する。 一般化されたプレバンスキー時空について、ハミルトン-ヤコビ方程式の分離可能性を解析し、荷電テスト粒子の軌道を運動定数から導く。 クライン-ゴルドン方程式の分離可能性を確立し、キリング地平線も提示する。 次に、プレバンスキー計量に共形因子を導入し、分離可能性を保つ条件について議論する。 最後に、いくつかの一般化された計量の源となり得る応力-エネルギーテンソルを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In physical science, the concept of \emph{emergence} is often used to describe phenomena that occur at macroscopic scales but not at microscopic scales. The latter is usually referred to as a \emph{fundamental property} and the former as an \emph{emergent property}. In this paper, noncommutative geometry, often viewed as an offshoot of string theory, is the primary fundamental theory that gives rise to macroscopic wormholes and their properties, thereby becoming an emergent phenomenon. As a consequence of these considerations, we will reexamine the boundary conditions that characterize a Morris-Thorne wormhole. The result is a significant modification of the wormhole structure. | 物理科学において、\emph{創発}の概念は、マクロスケールでは発生するがミクロスケールでは発生しない現象を説明するためにしばしば用いられる。 後者は通常\emph{基本的性質}、前者は\emph{創発的性質}と呼ばれる。 本論文では、弦理論の派生とみなされることが多い非可換幾何学が、マクロスケールのワームホールとその性質を生み出し、それによって創発現象へと導く主要な基礎理論である。 これらの考察に基づき、モリス・ソーン・ワームホールを特徴付ける境界条件を再検討する。 その結果、ワームホール構造は大きく修正される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the impact of bosonic, self-interacting dark matter on structural properties and tidal deformabilities of compact stars. As far as the gravitational theory is concerned, we assume Einstein's gravity in four dimensions with a vanishing cosmological constant. Regarding matter content, we consider a state-of-matter to a linear form of equation-of-state (EoS), while for dark matter we assume a quartic scalar potential, which implies a certain non-linear EoS obtained long time ago. Adopting the two-fluid formalism we integrate the structure equations as well as the Riccati equation for the metric even perturbations imposing appropriate initial conditions at the center of the stars and matching conditions at their surface. We compute the stellar mass and radius, factor of compactness and dimensionless deformability varying several free parameters of the model studied here. Tidal deformability and the corresponding tidal Love number determine the imprint of the underlying EoS within the signals emitted during binary coalescences, and it is expected to be altered due to the presence of dark matter inside the objects. We find that in all cases considered here, the dimensionless deformability of the canonical stellar mass remains lower than the upper bound, $\Lambda_{1.4} < 800$. We also look at the stability of these stars based on the Harrison-Zeldovich-Novikov criterion under various conditions. It is observed that the presence of dark matter implies significantly lower highest stellar mass, and also smaller and more compact stars for a given stellar mass. | 我々は、ボソン的かつ自己相互作用する暗黒物質がコンパクト星の構造特性と潮汐変形能に与える影響を研究する。 重力理論に関しては、宇宙定数がゼロとなる4次元のアインシュタイン重力を仮定する。 物質量に関しては、物質の状態を線形状態方程式（EoS）で考察する一方、暗黒物質については、遠い昔に得られた非線形EoSを示唆する4次スカラーポテンシャルを仮定する。 二流体形式を採用し、構造方程式と計量偶摂動に対するリカッチ方程式を積分し、星の中心に適切な初期条件を、表面にはそれと一致する条件を課す。 ここで研究するモデルのいくつかの自由パラメータを変化させながら、星の質量と半径、コンパクト性の因子、無次元変形能を計算する。 潮汐変形能とそれに対応する潮汐ラブ数は、連星合体時に放出される信号に刻まれるEoSの痕跡を決定するものであり、天体内部の暗黒物質の存在によって変化すると予想される。 ここで検討した全てのケースにおいて、標準的な恒星質量の無次元変形能は上限$\Lambda_{1.4} < 800$よりも低いことがわかった。 また、様々な条件下でのハリソン・ゼルドビッチ・ノビコフ基準に基づき、これらの恒星の安定性についても考察した。 暗黒物質の存在は、恒星の最大質量が著しく低下し、また、与えられた恒星質量に対してより小型でコンパクトな恒星となることを意味することが観測された。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Holographic duality describes gravitational theories in terms of quantum many-body systems. In holography, quantum information theory provides a crucial tool that directly connects microscopic structures of these systems to the geometries of gravitational spacetimes. One manifestation is that the entanglement entropy in quantum many-body systems can be calculated from the area of an extremal surface in the corresponding gravitational spacetime. This implies that a gravitational spacetime can emerge from an enormous number of entangled qubits. In this Essay, I will discuss open problems in this area of research, considering recent developments and outlining future prospects towards a complete understanding of quantum gravity. The first step in this direction is to understand what kind of quantum circuits each holographic spacetime corresponds to, drawing on recent developments in quantum complexity theories and studying concrete examples of holography in string theory. Next, we should extend the concept of holography to general spacetimes, e.g., those spacetimes which appear in realistic cosmologies, by utilizing the connections between quantum information and holography. To address the fundamental question of how time emerges, I will propose the concepts of pseudo-entropy and time-like entanglement as a useful tool in our exploration. | ホログラフィック双対性は、重力理論を量子多体系の観点から記述する。 ホログラフィーにおいて、量子情報理論は、これらの系の微視的構造を重力時空の幾何学に直接結び付ける重要なツールを提供する。 その一つの現れとして、量子多体系におけるエンタングルメント・エントロピーは、対応する重力時空における極限面の面積から計算できる。 これは、膨大な数のエンタングルされた量子ビットから重力時空が出現し得ることを意味する。 本稿では、この研究分野における未解決の問題について議論し、最近の進展を考察するとともに、量子重力の完全な理解に向けた将来の展望を概説する。 この方向への第一歩は、量子複雑性理論の最近の進展と弦理論におけるホログラフィーの具体的な例を研究することにより、各ホログラフィック時空がどのような量子回路に対応するかを理解することである。 次に、量子情報とホログラフィーの関連性を活用することで、ホログラフィーの概念を一般時空、例えば現実的な宇宙論に現れる時空へと拡張する必要がある。 時間がどのように出現するかという根本的な問いに取り組むために、擬エントロピーと時間的エンタングルメントの概念を、私たちの探求における有用なツールとして提案する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a correspondence between the quantized constrained 3BF theory and the quantized Einstein-Cartan theory with contact spin-spin interaction, both of which describe the Standard Model coupled to Einstein-Cartan gravitational field. First we introduce the expectation values of observables using the path integral formalism for both theories, and then by integrating out some configuration space variables in the quantum 3BF theory we obtain the definition of the corresponding observable in the quantum Einstein-Cartan theory with contact interaction. Finally, we discuss the differences in the predictions of the two theories on the example of the 4-volume density of spacetime, and on the example of gravitational waves. | 我々は、量子化拘束付き3BF理論と接触スピン-スピン相互作用を持つ量子化アインシュタイン-カルタン理論との間の対応関係を構築する。 これらはいずれもアインシュタイン-カルタン重力場と結合した標準模型を記述する。 まず、両理論の経路積分形式を用いて観測量の期待値を導入し、次に量子3BF理論におけるいくつかの配置空間変数を積分することにより、接触相互作用を持つ量子アインシュタイン-カルタン理論における対応する観測量の定義を得る。 最後に、4体積時空密度と重力波の例について、両理論の予測の相違について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| When quantum measurements are conducted over spacelike-separated regions of spacetime, a natural and commonly assumed physical postulate, called Einstein causality, asserts that they should commute. In this paper, we provide a generalisation to L\"uders' rule \`a la Aharonov-Albert in those globally hyperbolic spacetimes which allow unitarily equivalent Hilbert spaces to be defined along Cauchy hypersurfaces, thus relying on the existence of an interaction picture \`a la Tomonaga-Schwinger. We show that under this rule, selective quantum measurements satisfy a state-independent anyonic commutation relation over spacelike-separated (pre)compact regions. We highlight that this propagates to positive operator-valued measures (POVMs), where the commutation is necessarily bosonic. In the simplistic scenario where the measurements are assumed to be instantaneous, this implies quantum no-signalling for non-selective measurements. We then examine Sorkin's impossible measurements and show that immediate contradictions can be averted as long as collapse-inducing measurements are irreversible. We finish by discussing the possibility of extending such results beyond the interaction picture. | 量子測定が空間的に分離された時空領域にわたって行われる場合、アインシュタイン因果律と呼ばれる自然かつ一般的に想定される物理的公理により、それらの測定は交換可能であるはずであると主張します。 本論文では、コーシー超面に沿ってユニタリ同値なヒルベルト空間を定義できる大域的双曲的時空において、アハロノフ＝アルバート流のルダース則の一般化を与える。 これは、朝永＝シュウィンガー流の相互作用描像の存在に依存する。 この規則の下では、選択的量子測定は、空間的に分離された（前）コンパクト領域上で状態独立なエニオン交換関係を満たすことを示す。 これは、交換が必然的にボソン的である正の作用素値測度（POVM）にも伝播することを強調する。 測定が瞬時に行われると仮定する単純なシナリオでは、これは非選択的測定において量子無信号を意味する。 次に、ソルキンの不可能測定を検証し、崩壊を誘発する測定が不可逆である限り、即時矛盾を回避できることを示す。 最後にこのような結果を相互作用の図を超えて拡張する可能性について議論することにより。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Without specifying a matter field nor imposing energy conditions, we study Killing horizons in $n(\ge 3)$-dimensional static solutions in general relativity with an $(n-2)$-dimensional Einstein base manifold. Assuming linear relations $p_{\rm r}\simeq\chi_{\rm r} \rho$ and $p_2\simeq\chi_{\rm t} \rho$ near a Killing horizon between the energy density $\rho$, radial pressure $p_{\rm r}$, and tangential pressure $p_2$ of the matter field, we prove that any non-vacuum solution satisfying $\chi_{\rm r}<-1/3$ ($\chi_{\rm r}\ne -1$) or $\chi_{\rm r}>0$ does not admit a horizon as it becomes a curvature singularity. For $\chi_{\rm r}=-1$ and $\chi_{\rm r}\in[-1/3,0)$, non-vacuum solutions admit Killing horizons, on which there exists a matter field only for $\chi_{\rm r}=-1$ and $-1/3$, which are of the Hawking-Ellis type~I and type~II, respectively. Differentiability of the metric on the horizon depends on the value of $\chi_{\rm r}$, and non-analytic extensions beyond the horizon are allowed for $\chi_{\rm r}\in[-1/3,0)$. In particular, solutions can be attached to the Schwarzschild-Tangherlini-type vacuum solution at the Killing horizon in at least a $C^{1,1}$ regular manner without a lightlike thin shell. We generalize some of those results in Lovelock gravity with a maximally symmetric base manifold. | 物質場を指定せず、エネルギー条件も課さずに、$(n-2)$次元アインシュタイン基底多様体を持つ一般相対論における$n(\ge 3)$次元静的解におけるキリング地平線を考察する。 キリング地平線近傍において、物質場のエネルギー密度$\rho$、径方向圧力$p_{\rm r}$、および接線方向圧力$p_2$の間に線形関係$p_{\rm r}\simeq\chi_{\rm t}\rho$と$p_2\simeq\chi_{\rm t}\rho$が成り立つと仮定し、$\chi_{\rm r}-1/3$ ($\chi_{\rm r}\ne -1$)、または$\chi_{\rm r}>0$を満たす任意の非真空解は、曲率特異点となるため、地平線を許容しないことを証明する。 $\chi_{\rm r}=-1$ および $\chi_{\rm r}\in[-1/3,0)$ に対して、非真空解はキリング地平線を許容し、その上には $\chi_{\rm r}=-1$ および $-1/3$ の場合にのみ物質場が存在し、これらはそれぞれホーキング-エリス I 型および II 型である。 地平線上の計量の微分可能性は $\chi_{\rm r}$ の値に依存し、地平線を越えた非解析的拡張は $\chi_{\rm r}\in[-1/3,0)$ に対して許容される。 特に、キリング地平線において、光のような薄い殻を持たずに、少なくとも $C^{1,1}$ 正則な方法でシュワルツシルト-タンゲルリーニ型真空解に解を付加することができる。 これらの結果のいくつかを、最大対称性を持つ基本多様体を持つラブロック重力に一般化します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves provide a unique opportunity to test general relativity in the strong-field regime, enabling the extraction of key physical parameters from observational data. Traditional likelihood-based inference methods, while robust, become computationally expensive in high-dimensional parameter spaces, such as when incorporating multiple ringdown modes or beyond Kerr deviations. In this paper, we explore the implementation of a conditional variational autoencoder-based machine-learning framework for accelerated ringdown parameter estimation. As a first application, we use the neural network to infer the remnant properties of a final black hole under the Kerr hypothesis. We demonstrate the performance of this algorithm with simulated ringdown waveforms consistent with advanced LIGO sensitivity and compare with Bayesian analysis results. We further extend the framework beyond the Kerr paradigm by incorporating deviations predicted in braneworld gravity. | 重力波は、強磁場領域における一般相対論を検証するユニークな機会を提供し、観測データから重要な物理パラメータを抽出することを可能にします。 従来の尤度に基づく推論手法は堅牢ではあるものの、複数のリングダウンモードやカー偏差を超える場合など、高次元パラメータ空間では計算コストが増大します。 本論文では、リングダウンパラメータ推定を加速するための条件付き変分オートエンコーダに基づく機械学習フレームワークの実装について検討します。 最初の応用として、ニューラルネットワークを用いてカー仮説に基づく最終ブラックホールの残存特性を推論します。 このアルゴリズムの性能を、高度なLIGO感度と一致するシミュレートされたリングダウン波形を用いて実証し、ベイズ解析の結果と比較します。 さらに、ブレーンワールド重力で予測される偏差を組み込むことで、このフレームワークをカーパラダイムを超えて拡張します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Fuzzy dark matter wormhole solutions coupled with anisotropic matter distribution are explored in higher-order curvature gravity. We derive the shape function for fuzzy wormholes and explore their possible stability. We study the embedding diagrams of the active gravitational mass associated with fuzzy dark matter wormholes by taking a certain shape function. Aiming to highlight the role of higher-order curvature gravity in the modeling of less complex fuzzy wormhole structures, we evaluate the complexity factor, the conservation equation, and null energy conditions. Our study reinforces more importance of uniformly distributed pressure effects throughout the less complex region than the emergence of energy density homogeneity in the stability of fuzzy wormholes. It is shown that the active gravitational mass of the fuzzy wormhole structures varies inversely with the radial distance, thereby suggesting the breaching of energy conditions at some arena of the Einasto index. Furthermore, it is revealed that stable fuzzy dark matter wormhole structures exist in nature in the surroundings of cold dark matter halos and galactic bulges. The important physics understood from our analysis is that in higher-order curvature gravity, feasible geometries of fuzzy dark matter wormholes exist naturally in the environments of different galactic haloes. | 高次曲率重力において、異方性物質分布と結合したファジィ暗黒物質ワームホール解が探究される。 ファジィワームホールの形状関数を導出し、その安定性の可能性を探る。 特定の形状関数をとることで、ファジィ暗黒物質ワームホールに関連する能動重力質量の埋め込み図を調べる。 より複雑でないファジィワームホール構造のモデリングにおける高次曲率重力の役割を明らかにすることを目指し、複雑性係数、保存方程式、およびヌルエネルギー条件を評価する。 本研究は、ファジィワームホールの安定性において、エネルギー密度の均一性の出現よりも、より複雑でない領域全体に均一に分布した圧力効果の重要性を強調する。 ファジーワームホール構造の有効重力質量は半径距離に反比例して変化することが示されており、これはエイナスト指数のある領域でエネルギー条件が破られていることを示唆している。 さらに、冷たい暗黒物質ハローや銀河バルジの周囲には、安定なファジー暗黒物質ワームホール構造が自然界に存在することが明らかになった。 我々の解析から得られた重要な物理は、高次曲率重力において、ファジー暗黒物質ワームホールの実現可能な形状が、様々な銀河ハローの環境に自然に存在するということである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a novel cosmological probe of dark matter (DM) through inflationary primordial gravitational wave (GW) measurements highlighting its complementarity with traditional indirect detection. In scenarios like early matter domination (EMD), the thermal DM relic is diluted and then replenished via non-thermal production, leaving characteristic imprints on the primordial GW spectrum, inducing frequency-dependent suppressions in the GW amplitudes. By analysing signal-to-noise ratio (SNR) and employing Fisher forecast, we show that upcoming GW experiments have good potential to probe the DM parameter space involving its mass and annihilation cross-section. We show, for instance, LISA will be sensitive to DM mass range $[2\times 10^2-10^5]$ GeV. Furthermore, we identify a significant overlap of the GW missions' sensitivity reaches with the projected reach of future indirect searches like CTA with gamma rays, ANTARES, KM3NeT with neutrinos. In those overlapping regions of interests, we forecast on the GW experiments to estimate the precision of measurements. We show, for instance, that DM mass of $10^5$ GeV with an annihilation cross-section of $10^{-24}~{\rm cm}^3{\rm /s}$, and a mass of $10^4$ GeV with an annihilation cross-section of $2\times10^{-25}~{\rm cm}^3{\rm /s}$, lie within the projections of CTA. We find that whilst the former can be probed by ET with $\sim 1\%$ uncertainties, the latter can be probed by $\mu$-ARES with $\sim 7 \%$ uncertainties. Similarly, DM mass of $10^5$ GeV, with cross-section $10^{-23}~{\rm cm}^3{\rm /s}$ lies within the projection of ANTARES and KM3NeT, which can be probed by ET with $\sim 1\%$ uncertainties. | 我々は、インフレーション宇宙論における原始重力波（GW）測定を通じた暗黒物質（DM）の新たな宇宙論的探査法を提案し、従来の間接検出法との相補性を強調する。 初期物質支配（EMD）のようなシナリオでは、熱的なDMの痕跡は希釈され、その後非熱的生成によって補充され、原始重力波スペクトルに特徴的な痕跡を残し、重力波振幅の周波数依存的な抑制を引き起こす。 信号対雑音比（SNR）を解析し、フィッシャー予測を用いることで、今後の重力波実験が、質量と消滅断面積を含むDMパラメータ空間を探索する上で大きな可能性を秘めていることを示す。 例えば、LISAはDMの質量範囲$[2\times 10^2-10^5]$ GeVに感度を持つことを示す。 さらに、重力波探査ミッションの感度範囲は、ガンマ線を用いたCTA、ニュートリノを用いたANTARES、KM3NeTといった将来の間接探査の予測範囲とかなり重なり合っていることが明らかになった。 これらの重なり合う関心領域において、重力波実験の予測を行い、測定精度を推定する。 例えば、消滅断面積が10^{-24}~{\rm cm}^3{\rm /s}$であるDM質量が10^5$ GeV、消滅断面積が10^{-24}~{\rm cm}^3{\rm /s}$であるDM質量が10^4$ GeVであり、消滅断面積が2\times10^{-25}~{\rm cm}^3{\rm /s}$であるDM質量が、CTAの予測範囲内にあることを示す。 前者はETで$\sim 1\%$の不確実性で探査できるのに対し、後者は$\sim 7\%$の不確実性で$\mu$-ARESで探査できることがわかった。 同様に、DM質量$10^5$ GeV、断面積$10^{-23}~{\rm cm}^3{\rm /s}$はANTARESとKM3NeTの射影範囲内にあり、ETで$\sim 1\%$の不確実性で探査できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study the particle dynamics, shadow, and optical appearance of charged black holes (BHs) in bumblebee gravity. Firstly, we find that the Lorentz-violation parameter l and charge parameter Q have opposite effects on the peak of the effective potential by analyzing timelike geodesics, and the radius of the innermost stable circular orbit (ISCO) decreases as the BH parameters l and Q increase. We also explore the behaviors of particle energy, angular momentum, and Keplerian frequency. Secondly, for null geodesics, both the photon sphere radius and the shadow radius decrease with increasing l and Q, and are consistently smaller than those of the Reissner-Nordstrom black hole (RNBH) and Schwarzschild-like BH. And based on observational data reported by the Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, we constrain the parameters l and Q by using the shadow radius data of Sgr A*. Thirdly, we explore the observation characteristics of charged BHs under three thin disk accretion models. The results show that, compared to RNBH, the increase of l leads to a greater thickness of the photon rings and lensed rings. However, due to their extremely narrow ranges, the contributions are small, and the observed intensities are mainly contributed by the direct emissions. Moreover, when the parameter l is fixed, the peaks of the observed intensities of rings decrease with increasing Q for the same emission model, and it is always lower than the corresponding value for Schwarzschild-like BH. These findings contribute to distinguishing bumblebee charged black holes (BCBHs) from other types of BHs based on their optical appearance. | 本論文では、バンブルビー重力における荷電ブラックホール（BH）の粒子ダイナミクス、影、および光学的外観について検討する。 まず、時間的測地線を解析することにより、ローレンツ破れパラメータlと荷電パラメータQが有効ポテンシャルのピークに逆の影響を与えること、そしてBHパラメータlとQが増加するにつれて最内安定円軌道（ISCO）の半径が減少することを発見する。 また、粒子エネルギー、角運動量、ケプラー周波数の挙動についても検討する。 次に、ヌル測地線の場合、光子球半径と影半径はlとQの増加に伴って減少し、ライスナー・ノルドストローム・ブラックホール（RNBH）およびシュワルツシルト型BHの半径よりも一貫して小さいことを明らかにした。 さらに、イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）コラボレーションによって報告された観測データに基づき、Sgr A*の影半径データを用いてパラメータlとQを制限する。 第三に、3つの薄い円盤降着モデルにおける荷電ブラックホールの観測特性を調査する。 結果は、RNBHと比較して、lの増加は光子リングとレンズリングの厚さの増加につながることを示している。 しかし、それらの範囲が非常に狭いため、寄与は小さく、観測される強度は主に直接放射によるものである。 さらに、パラメータlを固定した場合、同じ放射モデルにおいて、リングの観測強度のピークはQの増加とともに減少し、シュワルツシルト型BHの対応する値よりも常に低くなる。 これらの発見は、光学的な外観に基づいて、バンブルビー荷電ブラックホール（BCBH）を他のタイプのBHと区別するのに寄与する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Accurate modeling of gravitational waves from binary black hole mergers is essential for extracting their rich physics. A key detail for understanding the physics of mergers is predicting the precise time when the amplitude of the gravitational wave strain peaks, which can differ significantly among the different harmonic modes. We propose two semi-analytical methods to predict these differences using the same three inputs from Numerical Relativity (NR): the remnant mass and spin and the instantaneous frequency of each mode at its peak amplitude. The first method uses the frequency evolution predicted by the Backwards-One-Body model, while the second models the motion of an equatorial timelike geodesic in the remnant black hole spacetime. We compare our models to the SXS waveform catalog for quasi-circular, non-precessing systems and find excellent agreement for $l = |m|$ modes up to $l=8$, with mean and median differences from NR below 1$M$ in nearly all cases across the parameter space. We compare our results to the differences predicted by leading Effective-One-Body and NR surrogate waveform models and find that in cases corresponding to the largest timing differences, our models can provide significant increases in accuracy. | 連星ブラックホール合体から発生する重力波の正確なモデリングは、その豊かな物理現象を理解する上で不可欠です。 合体現象の物理を理解するための鍵となるのは、重力波歪みの振幅がピークに達する正確な時刻を予測することです。 この時刻は、異なる調和モード間で大きく異なる場合があります。 我々は、数値相対論（NR）から得られる同じ3つの入力、すなわち残留質量とスピン、そして各モードのピーク振幅における瞬間周波数を用いて、これらの違いを予測するための2つの半解析的手法を提案します。 最初の手法は、後方一体モデルによって予測される周波数変化を用い、2番目の手法は、残留ブラックホール時空における赤道的時間的測地線の運動をモデル化します。 我々は、準円形、非歳差運動システムのSXS波形カタログと我々のモデルを比較し、$l = 8$までの$l = |m|$モードについて優れた一致を示し、パラメータ空間全体にわたってほぼすべてのケースにおいてNRとの差の平均値と中央値は1$M$未満であることを発見した。 我々は、我々の結果を、主要な有効一体型波形モデルおよびNR代替波形モデルによって予測される差と比較し、最大のタイミング差に対応するケースにおいて、我々のモデルが精度を大幅に向上させることができることを発見した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| ModMax electrodynamics is a remarkable example of nonlinear electrodynamics that preserves both conformal and duality invariance. When coupled to General Relativity, the resulting black hole solutions introduce a tunable nonlinearity parameter that effectively screens the electromagnetic charge. We study the scattering and absorption of massless scalar waves by a ModMax black hole by applying the partial waves method. We also compute some well-known analytical approximations for the scattering and absorption cross sections and contrast them with the full numerical solution. Our results adequately reproduce those of Maxwell electrodynamics in the appropriate limit and illustrate the effect of the charge screening in ModMax electrodynamics. | ModMax電気力学は、共形不変性と双対不変性の両方を保つ非線形電気力学の注目すべき例である。 一般相対論と組み合わせると、得られるブラックホール解は、電磁電荷を効果的に遮蔽する調整可能な非線形パラメータを導入する。 我々は部分波法を適用することにより、ModMaxブラックホールによる質量ゼロのスカラー波の散乱と吸収を調べる。 また、散乱断面積と吸収断面積についていくつかのよく知られた解析的近似を計算し、それらを完全な数値解と比較する。 我々の結果は、適切な極限においてマクスウェル電気力学の結果を適切に再現し、ModMax電気力学における電荷遮蔽の効果を示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In their simplest form, bulk acoustic wave (BAW) devices consist of a piezoelectric crystal between two electrodes that transduce the material's vibrations into electrical signals. They are adopted in frequency control and metrology, with well-established standards at frequencies of 5~MHz and above. Their use as a resonant-mass strain antenna for high-frequency gravitational waves has been recently proposed (Goryachev and Tobar, 2014). The estimated power spectral density sensitivity at the resonant frequencies is of the order of $10^{-21}\, \textrm{strain}/\sqrt{\textrm{Hz}}$. In this paper, after introducing the science opportunity and potential of gravitational wave detection with BAWs, we describe the two-stage BAUSCIA project plan to build a multimode antenna based on commercial BAWs, followed by an optimized array of custom BAWs. We show that commercially available BAWs already provide sensitivity comparable to current experiments around 10~MHz. Finally, we outline options for optimization of custom devices to improve sensitivity in an unexplored region, probe multiple frequencies between 0.1 and 10 MHz, and target specific signals, such as post-merger emission from neutron stars or emission from various dark matter candidates. | 最も単純な形態のバルク弾性波（BAW）デバイスは、2つの電極の間に挟まれた圧電結晶で構成され、材料の振動を電気信号に変換します。 これらは周波数制御および計測に採用されており、5MHz以上の周波数では確立された基準があります。 高周波重力波の共振質量歪アンテナとしてのBAWの使用が最近提案されました（Goryachev and Tobar, 2014）。 共振周波数における推定パワースペクトル密度感度は、約10^{-21}\, \textrm{strain}/\sqrt{\textrm{Hz}}$のオーダーです。 本稿では、BAWを用いた重力波検出の科学的機会と可能性を紹介した後、市販のBAWをベースにしたマルチモードアンテナを構築し、その後、最適化されたカスタムBAWアレイを構築するという2段階のBAUSCIAプロジェクト計画について説明します。 市販のBAWは既に10MHz付近の現在の実験に匹敵する感度を提供していることを示す。 最後に、未探査領域での感度向上、0.1MHzから10MHzまでの複数の周波数の探査、そして中性子星からの合体後放射や様々な暗黒物質候補からの放射など、特定の信号をターゲットとするためのカスタムデバイスの最適化オプションについて概説する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a high-quality, homogeneous sample of 157 H$\beta$ reverberation-mapped active galactic nuclei (RM AGNs) spanning redshifts $0.00308 \leq z \leq 0.8429$, which is approximately 3.8 times larger than the previously available high-quality homogeneous sample. Using the broad-line region radius$-$luminosity relation ($R-L$), which involves the broad H$\beta$ line time delay and the monochromatic luminosity at 5100\,\AA\,, we show that the sample is standardizable by using six spatially flat and nonflat cosmological models. The inferred cosmological model parameters are consistent within 2$\sigma$ uncertainties with those from better established baryon acoustic oscillation and Hubble parameter measurements, with the exception of two nonflat models that are ruled out by other data. The $R-L$ relation slope is found to be flatter ($\gamma=0.428 \pm 0.025$ in the flat $\Lambda$CDM model) than the slope expected from a simple photoionization model as well as the slope found previously for the smaller homogeneous sample. In addition, we find a mild dependence of H$\beta$ $R-L$ relation parameters as well as its intrinsic scatter on the Eddington ratio by comparing the $R-L$ relations for low- and high-accreting equal-sized subsamples. A future analysis of a larger homogeneous sample containing a broader range of luminosities and Eddington ratios is necessary to confirm the standardizability of H$\beta$ AGNs. | 我々は、赤方偏移$0.00308 \leq z \leq 0.8429$にわたる157個のH$\beta$反響マッピングされた活動銀河核（RM AGN）の高品質で均質なサンプルを提示する。 これは、これまでに利用可能な高品質均質サンプルの約3.8倍である。 広帯域H$\beta$線の時間遅延と5100\,\AA\,における単色光度を含む広帯域線領域半径-光度関係（$R-L$）を用いて、サンプルが6つの空間的に平坦な宇宙論モデルと非平坦な宇宙論モデルを用いて標準化可能であることを示す。 推定された宇宙論モデルのパラメータは、他のデータによって除外された2つの非平坦モデルを除き、より確立された重粒子音響振動およびハッブルパラメータ測定から得られたパラメータと2$\sigma$の不確かさ内で整合している。 $R-L$関係の傾きは、単純な光電離モデルから予想される傾きや、以前に小さな均質サンプルで見出された傾きよりも平坦であることがわかった（平坦な$\Lambda$CDMモデルでは$\gamma=0.428 \pm 0.025$）。 さらに、低集積と高集積の等サイズサブサンプルの$R-L$関係を比較することにより、H$\beta$ $R-L$関係パラメータとその固有分散がエディントン比にわずかに依存していることがわかった。 H$\beta$ AGNの標準化可能性を確認するには、より広い範囲の光度とエディントン比を含む、より大規模な均質サンプルの今後の解析が必要である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work focuses on the emergence of dark phases (dark energy imprints) in the radial wave function of scalar particles. We achieve this by presenting novel solutions of the Klein-Gordon equation in a spherically symmetric spacetime, encompassing a black hole, a quintessential fluid, and a cloud of strings. We determine the exact solution for the spacetime metric, analyze the admissible ranges for its physical parameters, and discuss the event horizon formation. Subsequently, we detail the solution of the Klein-Gordon equation and explore three distinct cases of dark phases, corresponding to the quintessence state parameter $\alpha_{Q}$ taking the values $0$, $1/2$, and $1$. Notably, the case where $\alpha_{Q} = 1$ holds particular significance due to current observational constraints on dark energy. | 本研究は、スカラー粒子の動径波動関数におけるダークフェーズ（ダークエネルギーの痕跡）の出現に焦点を当てています。 ブラックホール、クインテッセンス流体、弦の雲を包含する球対称時空におけるクライン・ゴルドン方程式の新たな解を提示することで、この研究を達成しました。 時空計量の厳密解を決定し、その物理パラメータの許容範囲を解析し、事象の地平線の形成について議論します。 続いて、クライン・ゴルドン方程式の解を詳細に示し、クインテッセンス状態パラメータ$\alpha_{Q}$が$0$、$1/2$、$1$の値をとる場合に対応する、3つの異なるダークフェーズのケースを考察します。 特に、ダークエネルギーに関する現在の観測的制約により、$\alpha_{Q} = 1$の場合が特に重要です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Precise initial conditions (ICs) are crucial for accurate computation in cosmological perturbation theory. We derive the consistent ICs for Horndeski theory in the Effective Field Theory (EFT) approach, assuming constant EFT functions at early times. We implement the ICs into the public Boltzmann code \texttt{EFTCAMB}, and demonstrate that the expected early-time behavior of perturbations and Weyl potential can be obtained with theory-consistent MG ICs. We identify significant deviations when comparing Cosmic Microwave Background angular power spectra in MG models obtained with consistent MG ICs versus inconsistent GR ICs. Our findings underline the importance of using accurate, theory-consistent MG ICs to ensure robust cosmological constraints on early MG models. | 宇宙摂動論における正確な計算には、正確な初期条件（IC）が極めて重要である。 我々は、初期時刻においてEFT関数が一定であると仮定し、有効場理論（EFT）アプローチにおけるHorndeski理論の整合したICを導出した。 これらのICを公開されているボルツマンコード\texttt{EFTCAMB}に実装し、理論整合なMG ICを用いることで、摂動とワイルポテンシャルの期待される初期時刻の挙動が得られることを示す。 整合したMG ICと不整合なGR ICを用いて得られたMGモデルの宇宙マイクロ波背景放射の角度パワースペクトルを比較すると、大きな偏差が見られることがわかった。 我々の研究結果は、初期MGモデルに対する堅牢な宇宙論的制約を保証するために、正確で理論整合的なMG ICを用いることの重要性を強調している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Aims: In this work we investigate whether the 2 min bursts every 44 min from ASKAP J1832-0911 can be explained by Lense-Thirring precession of an intermediate-mass black hole (IMBH) accretion disk launching a Blandford-Znajek jet, as an alternative to magnetar or white-dwarf models. Methods: We derive the Lense-Thirring period $ P_{\rm LT}=\frac{\pi G M}{a c^3}r^3 $ and solve $P_{\rm LT}=44$ min for black-hole mass M and dimensionless radius $r=R/R_g$. We estimate the equipartition field B at r, compute the Blandford-Znajek power $P_{\rm BZ}$, and the power expected from a gap at the black hole magnetosphere, and compare the resulting jet luminosity to the observed radio and X-ray fluxes at $D\approx4.5$ kpc. We also evaluate expected high-frequency variability and the angular size for Very Long Baseline Interferometry (VLBI) observations. Results: For $a\sim0.3\!-\!0.9$, an IMBH with $M\sim10^3\!-\!10^5\,M_\odot$ yields $r\sim10\!-\!40\,R_g$ and $P_{\rm LT}=44$ min. Equipartition gives $B\sim10^5$ G at r, leading to $P_{\rm BZ}\sim10^{35\!-\!39}$ erg ${\rm s^{-1}}$. With radiative efficiency $\epsilon_j\sim10^{-2}\!-\!10^{-1}$, the predicted $L_{\rm jet}\sim10^{34\!-\!36}$ erg ${\rm s^{-1}}$ matches the observed $F_X\sim10^{-12}$ erg ${\rm cm^{-2}}$ ${\rm s^{-1}}$ and radio flux, variability on $\lesssim100$ s could be a smoking gun of this model. Conclusions:The IMBH precessing-jet model simultaneously explains the periodicity, energetics, and duty cycle of ASKAP J1832-0911. Only high-time-resolution X-ray timing (to check $\sim$s pulsations) and multi-frequency radio polarimetry can definitively distinguish it from magnetar or white-dwarf scenarios. | 目的：本研究では、ASKAP J1832-0911 から44分ごとに発生する2分間のバーストが、中間質量ブラックホール（IMBH）降着円盤のレンズ・サーリング歳差運動によって発生するブランドフォード・ズナジェクジェットによって説明できるかどうかを、マグネターや白色矮星モデルに代わるモデルとして検証する。 方法：レンズ・サーリング周期 $ P_{\rm LT}=\frac{\pi G M}{a c^3}r^3 $ を導出し、ブラックホール質量 M および無次元半径 $r=R/R_g$ に対して $P_{\rm LT}=44$ 分を解く。 rにおける等分配磁場Bを推定し、Blandford-Znajek係数$P_{\rm BZ}$とブラックホール磁気圏のギャップから期待される電力を計算し、得られたジェット光度を、$D\approx4.5$ kpcにおける観測された電波およびX線フラックスと比較する。 また、超長基線干渉計（VLBI）観測における高周波変動と角度の大きさの予測値も評価する。 結果：$a\sim0.3\!-\!0.9$の場合、$M\sim10^3\!-\!10^5\,M_\odot$のブラックホールでは、$r\sim10\!-\!40\,R_g$および$P_{\rm LT}=44$分となる。 等分配ではrで$B\sim10^5$ Gとなり、$P_{\rm BZ}\sim10^{35\!-\!39}$ erg ${\rm s^{-1}}$となる。 放射効率が $\epsilon_j\sim10^{-2}\!-\!10^{-1}$の場合、予測される$L_{\rm jet}\sim10^{34\!-\!36}$ erg ${\rm s^{-1}}$は観測された $F_X\sim10^{-12}$ erg ${\rm cm^{-2}}$ ${\rm s^{-1}}$および電波フラックスと一致し、$\lesssim100$ sにおける変動はこのモデルの決定的な証拠となる可能性がある。 結論：IMBH歳差運動ジェットモデルは、ASKAP J1832-0911の周期性、エネルギー特性、およびデューティサイクルを同時に説明する。 高時間分解能X線タイミング（$\sim$s脈動の確認）と多周波数電波偏光測定のみが、この星をマグネターや白色矮星のシナリオと明確に区別することができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Detecting individual extreme-mass-ratio inspirals (EMRIs) is a major science goal of future space-based gravitational wave observatories such as Laser Interferometer Space Antenna (LISA) and TianQin. However, matched-filtering can be challenging as waveform templates are required to be accurate over tens of thousands of orbits. We introduce the time-frequency spectrum as an alternative observable that can be exploited to reveal the chirping of EMRIs at the population level. We analytically calculate this spectrum and its correlators for parameterized populations of slowly chirping sources on quasi-circular orbits, assuming a simplified model of the antenna response for a proof of concept. We then exploit this observable to distinguish between Galactic white dwarf binaries and a possible EMRI population, and quantify the precision at which EMRI population parameters can be determined through a Fisher analysis. We explore several scenarios of EMRI populations and find that this new method may allow us to determine EMRI population parameters at an accuracy level of several percent. Since white dwarf binaries have much longer chirping timescales than the EMRIs do, EMRI population properties can still be determined even if their stochastic gravitational wave background has a power spectrum two orders of magnitude weaker than that of the Galactic white dwarf binaries. | 個々の極端質量比インスパイラル（EMRI）の検出は、レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）や天琴といった将来の宇宙重力波観測衛星の主要な科学的目標です。 しかし、波形テンプレートは数万周回にわたる精度が求められるため、整合フィルタリングは困難な場合があります。 本研究では、EMRIのチャーピングを集団レベルで明らかにするために利用できる代替観測量として、時間周波数スペクトルを導入します。 概念実証として、アンテナ応答の簡略化モデルを仮定し、準円軌道上のゆっくりとチャーピングする天体のパラメータ化された集団について、このスペクトルとその相関係数を解析的に計算します。 次に、この観測量を利用して銀河系の白色矮星連星と可能性のあるEMRI集団を区別し、フィッシャー解析によってEMRI集団パラメータを決定できる精度を定量化します。 EMRI種族のいくつかのシナリオを検討した結果、この新しい手法によって、EMRI種族パラメータを数パーセントの精度で決定できる可能性があることが分かりました。 白色矮星連星のチャープ時間スケールはEMRIよりもはるかに長いため、たとえその確率的重力波背景放射のパワースペクトルが銀河系白色矮星連星のパワースペクトルよりも2桁弱い場合でも、EMRI種族の特性を決定することができます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present MORRIS (Magnetic Oscillatory Resonator for Rare-Interaction Studies) and propose the first tabletop search for non-Newtonian gravity due to a Yukawa-like fifth force using a magnetically levitated particle. Our experiment comprises a levitated sub-millimeter magnet in a superconducting trap that is driven by a time-periodic source. Featuring short-, medium-, and long-term stages, MORRIS will admit increasing sensitivities to the force coupling strength $\alpha$, optimally probing screening lengths of $\lambda \sim 1\,\mathrm{mm}$. Our short-term setup provides a proof-of-principle study, with our medium- and long-term stages respectively constraining $\alpha \lesssim 10^{-4}$ and $\alpha \lesssim 10^{-5}$, leading over existing bounds. Our projections are readily recastable to concrete models predicting the existence of fifth forces, and our statistical analysis is generally applicable to well-characterized sinusoidal driving forces. By leveraging ultralow dissipation and heavy test masses, MORRIS opens a new window onto tests of small-scale gravity and searches for physics beyond the Standard Model. | 我々はMORRIS（Magnetic Oscillatory Resonator for Rare-Interaction Studys）を提示し、磁気浮上粒子を用いた湯川型第5の力による非ニュートン重力の卓上探索を初めて提案する。 本実験は、時間周期的な源によって駆動される超伝導トラップ内に設置された浮上サブミリメートル磁石で構成される。 短期、中期、長期の各段階を備えたMORRISは、力の結合強度$\alpha$に対する感度を高め、遮蔽長$\lambda \sim 1\,\mathrm{mm}$を最適に探査する。 短期セットアップは原理実証研究を提供し、中期および長期段階ではそれぞれ$\alpha \lesssim 10^{-4}$および$\alpha \lesssim 10^{-5}$という制約を設け、既存の限界を超える。 私たちの予測は、第五の力の存在を予測する具体的なモデルに容易に再構成でき、統計解析は、よく特徴付けられた正弦波状の駆動力に一般的に適用可能です。 MORRISは、極めて低い散逸と重いテスト質量を活用することで、小規模重力のテストと標準模型を超える物理の探求への新たな扉を開きます。 |