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| Original Text | 日本語訳 |
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| Future gravitational-wave (GW) detectors are expected to detect tens of thousands of compact binary coalescences (CBC) per year, depending also on the final detectors layout. For this reason, it is essential to have a fast, reliable tool for forecasting how different detector layouts will affect parameter estimation for these events. The Fisher Information Matrix (FIM) is a common tool for tackling this problem. In this paper, we present a new open source code GWJulia to perform FIM analysis of CBC parameters, i.e., stellar black-hole binaries (BBH), neutron star binaries (BNS), and neutron star-black hole binaries (NSBH). The code is purely written in Julia, making it fast while maintaining a high level of accuracy. We consider a set of case studies to compare different Einstein Telescope (ET) designs. We compare a 10km triangular configuration with two 15km L-shaped detectors with different orientations and temperatures. We discuss also the accuracy of combinations of parameters, which is very informative for cosmology or population studies. Finally, we focus on the detection of golden events and explore how the FIM can guide posterior sampling of GW signals using a novel Hamiltonian Monte Carlo (HMC) sampler. The code is publicly available at https://github.com/andrea-begnoni/GW.jl | 将来の重力波（GW）検出器は、最終的な検出器レイアウトにも依存しますが、年間数万個のコンパクト連星合体（CBC）を検出すると予想されています。 そのため、異なる検出器レイアウトがこれらのイベントのパラメータ推定にどのように影響するかを予測するための、高速で信頼性の高いツールが不可欠です。 フィッシャー情報行列（FIM）は、この問題に対処するための一般的なツールです。 本論文では、CBCパラメータ、すなわち恒星ブラックホール連星（BBH）、中性子星連星（BNS）、および中性子星-ブラックホール連星（NSBH）のFIM解析を実行するための新しいオープンソースコードGWJuliaを紹介します。 このコードは完全にJuliaで記述されているため、高い精度を維持しながら高速に動作します。 さまざまなアインシュタイン望遠鏡（ET）設計を比較するための一連のケーススタディを検討します。 10kmの三角形の構成と、異なる向きと温度を持つ2つの15km L字型検出器を比較します。 また、パラメータの組み合わせの精度についても議論します。 これは宇宙論や人口研究にとって非常に有益な情報です。 最後に、ゴールデンイベントの検出に焦点を当て、FIMが新しいハミルトニアン・モンテカルロ（HMC）サンプラーを用いて重力波信号の事後サンプリングをどのように導くかを探ります。 コードはhttps://github.com/andrea-begnoni/GW.jlで公開されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cosmic birefringence$-$the rotation of the polarization plane of light as it traverses the universe$-$offers a direct observational window into parity-violating physics beyond the Standard Model. In this work, we revisit the anisotropic component of cosmic birefringence, which leads to the generation of $B$-mode polarization in the cosmic microwave background (CMB). Using an exact theoretical treatment beyond the thin last-scattering surface approximation, we constrain the amplitude of anisotropic birefringence with combined polarization data from SPTpol, ACT, POLARBEAR, and BICEP. The joint analysis yields a best-fit amplitude of $A_{\rm CB} = 0.42^{+0.40}_{-0.34} \times 10^{-4}$, consistent with zero within $2\sigma$, and we place a 95\% confidence-level upper bound of $A_{\rm CB} < 1 \times 10^{-4}$. The constraint is not dominated by any single experiment and remains robust under the inclusion of a possible isotropic rotation angle. These results provide leading constraints on anisotropic cosmic birefringence from CMB $B$-mode polarization and illustrate the potential of upcoming experiments to improve sensitivity to parity-violating effects in the early universe. | 宇宙複屈折（光の偏光面が宇宙を横断する際に回転する現象）は、標準模型を超えたパリティ非保存物理を直接観測する窓を提供する。 本研究では、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）におけるBモード偏光の生成につながる宇宙複屈折の異方性成分を再検討する。 薄い最終散乱面近似を超える厳密な理論的処理を用いて、SPTpol、ACT、POLARBEAR、BICEPの偏光データを組み合わせて、異方性複屈折の振幅を制限する。 共同解析の結果、最も適合する振幅は$A_{\rm CB} = 0.42^{+0.40}_{-0.34}\times 10^{-4}$となり、これは$2\sigma$以内のゼロと整合する。 また、95\%信頼水準の上限として$A_{\rm CB} < 1 \times 10^{-4}$を設定した。 この制約は特定の実験によって支配されるものではなく、等方的な回転角を考慮した場合でも頑健である。 これらの結果は、CMB $B$モード偏光からの異方性宇宙複屈折に対する主要な制約を与え、初期宇宙におけるパリティ破れ効果に対する感度を向上させるための今後の実験の可能性を示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quantum gravity in a closed universe faces two a priori distinct yet seemingly related issues: the problem of time and the fact that its Hilbert space dimension is one. Both have been argued to be resolvable by formulating physics relative to an observer. Using a simple gravitational path integral model, we explain that the two issues arise from two distinct non-perturbative effects: the former from summing over metrics and the latter from summing over topologies. We then revisit the Page-Wootters mechanism, one of the earliest frameworks for formulating quantum mechanics relative to an observer, see how it applies to both issues, and introduce some new ingredients. In particular, we emphasize a hierarchy between an observer and a timekeeper. An observer is a subsystem of the universe whose specification results in a nontrivial Hilbert space, while a timekeeper is an observer with a specified history that can be used as a reference for the time of the environment and experiences a nontrivial time evolution. Finally, we propose a method for incorporating observers and timekeepers into the gravitational path integral and show that implementing a timekeeper in this way furnishes an observer-dependent generalization of holography. | 閉じた宇宙における量子重力は、時間の問題と、そのヒルベルト空間次元が1であるという事実という、2つの先験的に異なるが、一見関連しているように見える問題に直面している。 これらはどちらも、観測者を基準として物理学を定式化することで解決できると主張されてきた。 単純な重力経路積分モデルを用いて、これら2つの問題が2つの異なる非摂動効果から生じることを説明する。 前者は計量の総和、後者は位相の総和から生じる。 次に、観測者を基準として量子力学を定式化するための最も初期の枠組みの一つであるPage-Wootters機構を再検討し、それが両方の問題にどのように適用されるかを見て、いくつかの新しい要素を導入する。 特に、観測者と時間管理者の間の階層構造を強調する。 観測者とは、その仕様が非自明なヒルベルト空間をもたらす宇宙のサブシステムであり、一方、タイムキーパーとは、環境の時間の基準として使用できる特定の履歴を持ち、非自明な時間発展を経験する観測者です。 最後に、観測者とタイムキーパーを重力経路積分に組み込む方法を提案し、このようにタイムキーパーを実装することで、観測者に依存したホログラフィーの一般化が実現されることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Currently, the increasing availability of accurate cosmological probes leads to the emergence of tensions between data on the one hand and between theoretical predictions and direct observations on the other. Moreover, after 25 years since the discovery of the accelerated expansion of the Universe has elected the $\Lambda$CDM model as the reference model, resolving shortcomings of the standard cosmological model seems to be an unpostponed priority. Hence, it is key to test alternative models and investigate new cosmological probes at distances that range from the late to the early Universe, namely between the cosmic microwave background (CMB) and type Ia supernovae and baryonic acoustic oscillations (BAO) data. Bargiacchi et al. (2022) for the first time analysed dark energy (DE) models using quasars (QSOs) while also testing their consistency with BAO. Here, we carry on by exploring the compatibility of QSOs with both CMB data and dark energy survey measurements against the standard cosmological model and some DE extensions, such as the $w$CDM and Chevallier-Polarski-Linder parameterisations. We also consider an interacting dark matter and vacuum energy scenario, where vacuum energy perturbations affect the evolution of the matter growth rate in a decomposed Chaplygin gas model. We implement the QSO probe in Cobaya Markov chain Monte Carlo algorithm, using Botzmann solver codes as Cosmic Linear Anisotropy Solving System (CLASS) for the theory predictions. Our work shows that simple DE deviations from $\Lambda$CDM model do not reconcile the data and that only more complex models of interaction in the dark sector can succeed in solving the discrepancies of probes at all scales. | 現在、高精度な宇宙論的プローブの利用可能性が高まるにつれ、一方ではデータ間、他方では理論予測と直接観測との間に緊張が生じています。 さらに、宇宙の加速膨張の発見により$\Lambda$CDMモデルが基準モデルとして採用されてから25年が経過した今、標準宇宙論モデルの欠陥を解決することは、決して先延ばしにされるべきではない優先事項であるように思われます。 したがって、代替モデルを検証し、後期宇宙から初期宇宙に至る距離、すなわち宇宙マイクロ波背景放射（CMB）とIa型超新星およびバリオン音響振動（BAO）データの間の距離で、新しい宇宙論的プローブを調査することが重要です。 Bargiacchiら（2022）は、クエーサー（QSO）を用いてダークエネルギー（DE）モデルを初めて解析し、BAOとの整合性も検証しました。 本研究では、CMBデータとダークエネルギーサーベイ測定の両方を用いたQSOが、標準的な宇宙論モデル、および$w$CDMやシュヴァリエ-ポラスキー-リンダーパラメータ化などのDE拡張とどのように適合するかを検証する。 また、真空エネルギー摂動が分解チャプリギン気体モデルにおける物質成長率の発展に影響を与える、相互作用するダークマターと真空エネルギーのシナリオも考察する。 理論予測には、ボッツマンソルバーコードである宇宙線異方性解析システム（CLASS）を用いて、コバヤ・マルコフ連鎖モンテカルロアルゴリズムにQSOプローブを実装する。 本研究では、$\Lambda$CDMモデルからの単純なDE偏差ではデータが整合せず、ダークセクターにおける相互作用のより複雑なモデルのみが、あらゆるスケールにおけるプローブの不一致を解決できることを示した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Can there be multiple bulk theories for the same boundary theory? We answer this affirmatively in the double-scaled SYK (DSSYK) model using the tools of constrained systems. We find different symmetry sectors generated by specific constraints within the chord Hilbert space of the DSSYK with matter. Each sector corresponds to a different bulk description. These include chord parity symmetry, corresponding to End-Of-The-World (ETW) branes and Euclidean wormholes in sine dilaton gravity; and relative time-translations in a doubled DSSYK model (as a single DSSYK with an infinitely heavy chord) used in de Sitter holography. We derive the partition functions and thermal correlation functions in the ETW brane and Euclidean wormhole systems from the boundary theory. We deduce the holographic dictionary by matching geodesic lengths in the bulk with the spread complexity of the parity-gauged DSSYK. The Euclidean wormholes of fixed size are perturbatively stable, and their baby universe Hilbert space is non-trivial only when matter is added. We conclude studying the constraints in the path integral of the doubled DSSYK. We derive the gauge invariant operator algebra of one of the DSSYKs dressed to the other one and discuss its holographic interpretation. | 同一の境界理論に対して、複数のバルク理論が存在できるだろうか？我々は、制約系を用いて、二重スケールSYK（DSSYK）模型においてこの問いに肯定的に答える。 物質を含むDSSYKの弦ヒルベルト空間内に、特定の制約条件によって生成される異なる対称セクターを見出す。 各セクターは異なるバルク記述に対応する。 これらには、正弦ディラトン重力における世界の果て（ETW）ブレーンやユークリッドワームホールに対応する弦パリティ対称性、そしてド・ジッターホログラフィーで使用される二重DSSYK模型（無限に重い弦を持つ単一のDSSYKとして）における相対時間並進が含まれる。 我々は、ETWブレーン系とユークリッドワームホール系の分配関数と熱相関関数を境界理論から導出する。 我々は、バルク内の測地線長とパリティゲージ付きDSSYKの広がり計算量を対応させることにより、ホログラフィック辞書を導出する。 固定サイズのユークリッドワームホールは摂動的に安定であり、その子宇宙であるヒルベルト空間は、物質が加えられた場合にのみ非自明となる。 我々は、二重DSSYKの経路積分における制約の研究を終える。 我々は、一方のDSSYKを他方のDSSYKにドレッシングしたゲージ不変作用素代数を導出し、そのホログラフィック解釈について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the existence of nonlocal conservation laws for the gravitational field equations of scalar field cosmology in an FLRW background with a dust fluid source. We perform such analysis by using a novel approach for the Eisenhart-Duval lift. It follows that the scalar field potential $V\left( \phi \right) =\alpha \left( e^{\lambda \phi }+\beta \right) $ admits nontrivial conservation laws. Furthermore, we employ the Painlev\'{e} analysis to examine the integrability of the field equations. For the quintessence model, we establish that the cosmological field equations possess the Painlev\'{e} property and are integrable for $\lambda ^{2}>6$. In contrast, for the phantom scalar field, the cosmological field equations exhibit the Painlev\'{e} property for any value of the parameter $% \lambda $. We present analytic solutions expressed in terms of Right Laurent expansions for various values of the parameter $\lambda $. Finally, we discuss the qualitative evolution of the effective equation of state parameter for these analytic solutions. | 我々は、ダスト流体源を含むFLRW背景におけるスカラー場宇宙論の重力場方程式に対する非局所保存則の存在を調べる。 この解析は、アイゼンハート・デュバル揚力に対する新しいアプローチを用いて行う。 その結果、スカラー場ポテンシャル $V\left( \phi \right) =\alpha \left( e^{\lambda \phi }+\beta \right) $ は非自明な保存則を許容することがわかる。 さらに、パンレヴe解析を用いて、場の方程式の積分可能性を調べる。 クインテッセンスモデルにおいて、宇宙論的場の方程式はパンレヴe特性を持ち、$\lambda ^{2}>6$ に対して積分可能であることを確立する。 対照的に、ファントムスカラー場の場合、宇宙論的場の方程式は、パラメータ$% \lambda $の任意の値に対して、パンレヴの{e}特性を示す。 我々は、パラメータ$\lambda $の様々な値に対して、右ローラン展開によって表された解析解を提示する。 最後に、これらの解析解に対する有効状態方程式パラメータの定性的な発展について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A model in which black hole scalarization occurs for supermassive black holes, while their less massive counterparts remain unscalarized, has been recently proposed. We explore whether this model can emerge from an effective field theory obtained by integrating out a heavy second scalar field. We show that the resulting EFT does not have the right coupling sign or the right hierarchy of scales. We then consider whether supermassive black hole scalarization could occur in theories with two scalars. We show that, although they can violate black hole uniqueness through curvature- and spin-induced scalarization, they do not naturally produce scalarization exclusively for supermassive black holes. | 超大質量ブラックホールではブラックホールのスカラー化が起こり、それより質量の小さいブラックホールはスカラー化されないというモデルが最近提案された。 我々は、このモデルが、重い第二スカラー場を積分して得られる有効場理論から出現するかどうかを検証する。 結果として得られる有効場理論は、正しい結合符号や正しいスケール階層を持たないことを示す。 次に、2つのスカラーを持つ理論において、超大質量ブラックホールのスカラー化が起こり得るかどうかを考察する。 これらの理論は、曲率誘起およびスピン誘起スカラー化によってブラックホールの一意性を破ることができるものの、超大質量ブラックホールのみに自然にスカラー化をもたらすわけではないことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study stochastic inflation in the presence of higher-curvature terms non-minimally coupled to the inflaton. Focusing on quadratic curvature invariants, we single out the Gauss--Bonnet term which is known to avoid ghosts, while having non-trivial effects on the background and scalar mode evolution when coupled to the scalar field. Stochastic Klein--Gordon and Langevin equations are derived in the presence of the Gauss--Bonnet coupling, and their slow-roll and ultra-slow-roll limits are studied. By using first-passage time method, scalar power spectrum is computed in these limits. Stochastic evolution of a Gauss--Bonnet-coupled spectator field in de Sitter vacuum is also discussed. | インフレーションと非最小結合した高次曲率項が存在する場合の確率的インフレーションを研究する。 2次曲率不変量に焦点を当て、ガウス-ボネ項を特に取り上げる。 この項はゴースト現象を回避することが知られているが、スカラー場と結合すると背景およびスカラーモード発展に非自明な影響を及ぼす。 ガウス-ボネ結合が存在する場合の確率的クライン-ゴードン方程式およびランジュバン方程式を導出し、それらのスローロール極限および超スローロール極限を研究する。 初回通過時間法を用いて、これらの極限におけるスカラーパワースペクトルを計算する。 また、ド・ジッター真空におけるガウス-ボネ結合スペクテイター場の確率的発展についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We compute the semiclassical current and stress-energy fluxes both at the event and Cauchy horizon of a near-extremal Reissner-Nordstr\"om black hole. We consider a minimally-coupled, massless, charged scalar field in the Unruh state, describing an evaporating black hole. The near-extremal domain allows for an analytical treatment of the scattering problem of the Boulware modes both in the interior and exterior regions. We present this and explicit analytical expressions for $\langle j_v\rangle $, $\langle T_{vv}\rangle$ at the horizons, as well as estimates for $\langle j_u\rangle$ and $\langle T_{uu}\rangle $. We cross-check the analytical results numerically by bringing the radial Klein-Gordon equation into the form of the confluent Heun equation. Inserting these expectation values as sources to the Einstein-Maxwell equations, we find that at least in the near-extremal regime of small field charge, quantum effects drive the black hole interior away from extremality. Our work generalizes the known results for the real scalar field [Phys. Rev. D 104, 024066] and is in agreement with recent work on charged fields in expanding Reissner-Nordstr\"om deSitter universes [Phys. Rev. Lett. 127, 231301, Phys. Rev. D 104, 025009]. | 我々は、近傍極限ライスナー・ノルドストロームブラックホールの事象地平線とコーシー地平線の両方における半古典的電流および応力エネルギー流束を計算する。 蒸発するブラックホールを記述する、ウンルー状態における最小結合、質量ゼロ、荷電スカラー場を考える。 近傍極限領域は、内部領域と外部領域の両方におけるブールワーモードの散乱問題を解析的に扱うことを可能にする。 我々はこれと、地平線における$\langle j_v\rangle $、$\langle T_{vv}\rangle$の明示的な解析的表現、および$\langle j_u\rangle$と$\langle T_{uu}\rangle $の推定値を示す。 我々は、ラジアル・クライン・ゴルドン方程式を合流型ホイン方程式の形にすることで、解析結果を数値的にクロスチェックする。 これらの期待値をアインシュタイン-マクスウェル方程式を用いて、少なくとも微小場電荷の極限近傍領域においては、量子効果がブラックホール内部を極限状態から遠ざけることを明らかにした。 本研究は、実スカラー場に対する既知の結果 [Phys. Rev. D 104, 024066] を一般化したものであり、膨張ライスナー-ノルドストローム・デジッター宇宙における荷電場に関する最近の研究 [Phys. Rev. Lett. 127, 231301, Phys. Rev. D 104, 025009] とも一致する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Supercooled phase transitions, as predicted, e.g., in near-conformal and confining extensions of the Standard Model (SM), are established sources of strong stochastic gravitational wave backgrounds (SGWBs). In this work, we investigate another facet of such transitions: their significant and largely uncharted impact on gravitational wave spectra originating from independent cosmological sources. Focusing on gravitational waves produced by a metastable cosmic string network, we show that an intervening supercooled phase, initiating thermal inflation, can reshape and suppress the high-frequency part of the spectrum. This mechanism reopens regions of string parameter space previously excluded by LIGO's null results, while remaining compatible with the nanohertz SGWB signal reported by pulsar timing arrays (PTAs). The resulting total spectrum typically exhibits a dual-component structure, sourced by both string decay and the phase transition itself, rendering the scenario observationally distinctive. We systematically classify the viable parameter space and identify regions accessible to upcoming detectors such as Advanced LIGO, LISA, and ET. | 過冷却相転移は、例えば標準模型（SM）の近似共形および閉じ込め拡張において予測されるように、強い確率的重力波背景（SGWB）の確立された発生源である。 本研究では、このような転移のもう一つの側面、すなわち、独立した宇宙論的源に由来する重力波スペクトルに対する、重大かつほとんど未知の影響について調査する。 準安定宇宙弦ネットワークによって生成される重力波に焦点を当て、介在する過冷却相が熱インフレーションを開始し、スペクトルの高周波部分を再形成および抑制できることを示す。 このメカニズムは、これまでLIGOのゼロ結果によって排除されていた弦パラメータ空間の領域を再び開き、パルサータイミングアレイ（PTA）によって報告されたナノヘルツSGWB信号と互換性を保つ。 結果として得られる全スペクトルは、典型的には弦の崩壊と相転移自体の両方に起因する二成分構造を示し、観測的に特徴的なシナリオとなります。 我々は、実行可能なパラメータ空間を体系的に分類し、Advanced LIGO、LISA、ETなどの次世代検出器で測定可能な領域を特定します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We review recent developments in structural stability as applied to key topics in general relativity. For a nonlinear dynamical system arising from the Einstein equations by a symmetry reduction, bifurcation theory fully characterizes the set of all stable perturbations of the system, known as the `versal unfolding'. This construction yields a comprehensive classification of qualitatively distinct solutions and their metamorphoses into new topological forms, parametrized by the codimension of the bifurcation in each case. We illustrate these ideas through bifurcations in the simplest Friedmann models, the Oppenheimer-Snyder black hole, the evolution of causal geodesic congruences in cosmology and black-hole spacetimes, crease flow on event horizons, and the Friedmann-Lema\^itre equations. Finally, we list open problems and briefly discuss emerging aspects such as partial differential equation stability of versal families, the general relativity landscape, and potential connections between gravitational versal unfoldings and those of the Maxwell, Dirac, and Schr\"{o}dinger equations. | 一般相対論の主要トピックに適用される構造安定性の最近の発展を概観する。 アインシュタイン方程式から対称性の縮小によって生じる非線形力学系に対して、分岐理論は、系のすべての安定摂動の集合、いわゆる「ヴァース展開」を完全に特徴付ける。 この構成は、質的に異なる解と、それぞれの分岐の余次元によってパラメータ化された新しい位相形式へのそれらの変容を包括的に分類する。 我々は、これらの考え方を、最も単純なフリードマン模型、オッペンハイマー・スナイダー・ブラックホール、宇宙論とブラックホール時空における因果測地線合同性の発展、事象の地平線上の折り目の流れ、そしてフリードマン・ルメートル方程式における分岐を通して説明する。 最後に、未解決の問題を列挙し、バーサル族の偏微分方程式の安定性、一般相対論のランドスケープ、重力バーサル展開とマクスウェル方程式、ディラック方程式、シュレーディンガー方程式との潜在的な関連性など、新たに浮上しつつある側面について簡単に議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The quasi-periodic oscillations (QPOs) observed in the tails of magnetar giant $\gamma$-ray flares have long been interpreted as normal oscillation modes of these stars. However, most studies modelling QPOs have neglected some key features in the analyses of the signals, namely that QPOs appear to be detectable only intermittently and exhibit drifts in their frequencies. These are typical characteristics of nonlinear mode coupling, where, at leading order, the modes couple and evolve collectively as triplets. Using a representative triplet of modes, we solve the system's nonlinear equations of motion analytically and argue that the coupling is likely axial-axial-polar in nature, with the observed intermittence and frequency drifts providing a way to infer details of the magnetar's internal magnetic field geometry. | マグネター巨大星のガンマ線フレアの尾で観測される準周期振動（QPO）は、長らくこれらの星の通常の振動モードであると解釈されてきた。 しかし、QPOをモデル化するほとんどの研究では、信号解析におけるいくつかの重要な特徴、すなわちQPOは断続的にしか検出されず、周波数にドリフトを示すという点が考慮されていない。 これらは非線形モード結合の典型的な特徴であり、主要次数において、モードは結合し、三重項として集合的に発展する。 代表的な三重項モードを用いて、我々は系の非線形運動方程式を解析的に解き、この結合はおそらく軸-軸-極の性質を持ち、観測される間欠性と周波数ドリフトはマグネター内部の磁場構造の詳細を推測する方法となると主張する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the thermodynamic properties of black holes, taking into account the non-extensivity of their entropy at the thermodynamic and statistical level. To this end, we interpret the R\'enyi entropy as determining the fundamental thermodynamic equation, which is represented by a quasi-homogeneous function. As a consequence, the R\'enyi parameter turns out to be an independent thermodynamic variable that must be treated in the framework of extended thermodynamics. As a particular example, we use the formalism of geometrothermodynamics to show that the Schwarzschild black hole can become stable for certain values of the R\'enyi parameter. | 我々は、ブラックホールの熱力学的性質を、熱力学的および統計的レベルにおけるエントロピーの非表示性を考慮しつつ研究する。 この目的のために、R\'enyiエントロピーが、準同次関数で表される基礎熱力学方程式を決定するものとして解釈する。 結果として、R\'enyiパラメータは、拡張熱力学の枠組みで扱われるべき独立した熱力学変数であることがわかる。 具体的な例として、我々は幾何学熱力学の形式論を用いて、シュワルツシルトブラックホールがR\'enyiパラメータの特定の値において安定になり得ることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this review we look into the gauge-dependence of scalar-induced gravitational waves (SIGWs) that are second-order tensors produced by first-order scalar-modes. The method includes deriving the background, first- and second-order Einstein field equations without imposing a gauge. We address the gauge-invariant approach and study the source-term of SIGWs in three different gauges, synchronous, Poisson and uniform curvature gauge. We find that numerically computed kernels in all three gauges behave closely with minimal discrepancy. As expected, when going in sub-horizon modes, $k\tau\gg1$, the discrepancy decreases and the behavior matches, pointing to a gauge-invariant observable. | 本レビューでは、1次スカラーモードによって生成される2次テンソルであるスカラー誘起重力波（SIGW）のゲージ依存性について考察する。 この手法には、ゲージを課さずに背景方程式、1次および2次アインシュタイン場の方程式を導出することが含まれる。 本レビューでは、ゲージ不変アプローチを取り上げ、同期ゲージ、ポアソンゲージ、一様曲率ゲージの3つの異なるゲージにおけるSIGWのソース項を解析する。 数値計算されたカーネルは、3つのゲージすべてにおいて、最小の差異で近似した挙動を示すことがわかった。 予想通り、サブホライズンモード$k\tau\gg1$では、差異は減少し、挙動は一致し、ゲージ不変観測可能量を示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The network has been attracting increasing attention for its role in driving the artificial intelligence revolution and enabling profound insights into gravity. This paper investigates the gravity dual of the conformal field theory defined on a network (AdS/NCFT). A typical network, consisting of edges and nodes, is dual to a spacetime with branches and connecting branes, which we refer to as Net-branes. We demonstrate that the junction condition on the Net-brane results in energy conservation at the network node, providing strong support for our proposal of AdS/NCFT. We find that the spectrum of gravitational Kaluza-Klein modes on the Net-brane is a combination of the spectra from the AdS/BCFT with Neumann boundary conditions and Dirichlet/Conformal boundary conditions, corresponding to the isolated and transparent modes, respectively. We study two-point functions for NCFTs and provide examples, such as free fields and AdS/NCFT with tensionless Net-branes. We propose that the RT surfaces intersect at the same point on the Net-brane for connected subsystems within the network and verify this with the strong additivity and monotonicity of entanglement entropy. We establish that the network entropy, defined as the difference in entanglement between NCFT and BCFT, is always non-negative and effectively illustrates the network's complexity. Finally, we briefly discuss the holographic perspective of the shortest path problem and reveal its relation to the shortest geodesic in bulk and the holographic two-point correlators of massive operators. | ネットワークは、人工知能革命を推進し、重力への深遠な洞察を可能にする役割から、ますます注目を集めています。 本論文では、ネットワーク上に定義された共形場理論（AdS/NCFT）の重力双対性を考察します。 エッジとノードからなる典型的なネットワークは、枝と接続ブレーンを持つ時空と双対であり、我々はこれをネットブレーンと呼びます。 ネットブレーン上の接合条件がネットワークノードにおけるエネルギー保存則をもたらすことを証明し、AdS/NCFTの提案を強く裏付けています。 ネットブレーン上の重力カルツァ＝クラインモードのスペクトルは、ノイマン境界条件とディリクレ/共形境界条件を適用したAdS/BCFTのスペクトルの組み合わせであり、それぞれ孤立モードと透明モードに対応します。 NCFTの2点関数を研究し、自由場や張力のないネットブレーンを持つAdS/NCFTなどの例を示します。 ネットワーク内の連結されたサブシステムについて、RT面がネットブレーン上の同一点で交差することを提案し、エンタングルメントエントロピーの強加法性と単調性によってこれを検証する。 NCFTとBCFTのエンタングルメントの差として定義されるネットワークエントロピーは常に非負であり、ネットワークの複雑さを効果的に表すことを示す。 最後に、最短経路問題のホログラフィックな観点について簡単に議論し、それがバルク内の最短測地線や質量を持つ作用素のホログラフィック2点相関子との関係を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we study two scalar field driven dark energy models characterized by the axion potential and the inverse power law potential, each coupled to dark matter through a momentum exchange interaction. By formulating the dynamics as an autonomous system, we identify the equilibrium points and analyze their stability. To constrain these models, we utilize observational data from Pantheon Plus Type Ia Supernovae, DES Y5, DESI DR2 BAO, and Planck 2018 CMB compressed likelihood, employing Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods. Both potentials exhibit weak to strong preference over the $\Lambda$CDM model, with a particularly strong preference for the momentum-coupled scenario when Supernova data are included in the analysis. Furthermore, we find the coupling parameter to be negative, with no lower bound, for both potentials. This suggests that momentum-exchange coupling between the dark sectors cannot be ruled out. From the stability analysis, we observe that for both potentials, the late-time attractor corresponds to a dark energy dominated phase, and the scalar field can behave as a stiff fluid during the early epoch. | 本研究では、アクシオンポテンシャルと逆べき乗則ポテンシャルを特徴とする、2つのスカラー場駆動型ダークエネルギーモデルを研究する。 これらのモデルは、それぞれ運動量交換相互作用を介してダークマターと結合している。 ダイナミクスを自律系として定式化することにより、平衡点を特定し、その安定性を解析する。 これらのモデルを制約するために、パンテオンプラスIa型超新星、DES Y5、DESI DR2 BAO、およびプランク2018 CMB圧縮尤度の観測データを用い、マルコフ連鎖モンテカルロ法（MCMC法）を適用した。 どちらのポテンシャルも、$\Lambda$CDMモデルに対して弱い選択から強い選択を示し、特に超新星データが解析に含まれる場合、運動量結合シナリオが強く選択される。 さらに、どちらのポテンシャルも結合パラメータが負であり、下限がないことがわかった。 これは、ダークセクター間の運動量交換結合を排除できないことを示唆している。 安定性解析から、どちらのポテンシャルにおいても、後期アトラクターは暗黒エネルギーが支配的な相に対応し、スカラー場は初期には硬い流体として振る舞う可能性があることが観察される。 |
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| We construct new static solutions to the Einstein-Vlasov-Maxwell system. These solutions model Reissner-Nordstrom-type black holes with surrounding shells of charged matter. | 我々はアインシュタイン-ブラソフ-マクスウェル系の新しい静的解を構築する。 これらの解は、荷電物質の殻に囲まれたライスナー-ノルドストローム型ブラックホールをモデル化する。 |
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| This paper develops a synthetic framework for the geometric and analytic study of null (lightlike) hypersurfaces in non-smooth spacetimes. Drawing from optimal transport and recent advances in Lorentzian geometry and causality theory, we define a \emph{synthetic null hypersurface} as a triple $(H, G, \mathfrak{m})$: $H$ is a closed achronal set in a topological causal space, $G$ is a gauge function encoding affine parametrizations along null generators, and $\mathfrak{m}$ is a Radon measure serving as a synthetic analog of the rigged measure. This generalizes classical differential geometric structures to potentially singular spacetimes. A central object is the \emph{synthetic null energy condition} ($\mathsf{NC}^e(N)$), defined via the concavity of an entropy power functional along optimal transport, with parametrization given by the gauge $G$. This condition is invariant under changes of gauge and measure within natural equivalence classes. It agrees with the classical Null Energy Condition in the smooth setting and it applies to low-regularity spacetimes. A key property of ($\mathsf{NC}^e(N)$) is the stability under convergence of synthetic null hypersurfaces, inspired by measured Gromov--Hausdorff convergence. As a first application, we obtain a synthetic version of Hawking's area theorem. Moreover, we extend the celebrated Penrose's singularity theorem to continuous spacetimes and prove the existence of trapped regions in the general setting of topological causal spaces satisfying the synthetic ($\mathsf{NC}^e(N)$). | 本論文は、非滑らかな時空におけるヌル（光のような）超曲面の幾何学的および解析的研究のための統合的枠組みを構築する。 最適輸送理論と、ロレンツ幾何学および因果理論における最近の進歩に基づき、\emph{統合的ヌル超曲面}を三つ組 $(H, G, \mathfrak{m})$ として定義する。 $H$ は位相的因果空間における閉非時系列集合、$G$ はヌル生成子に沿ったアフィン媒介変数化を符号化するゲージ関数、$\mathfrak{m}$ はリグ測度の統合的類似物として機能するラドン測度である。 これは、古典的な微分幾何学的構造を、潜在的に特異な時空へと一般化するものである。 中心的な対象は、\emph{合成ヌルエネルギー条件}($\mathsf{NC}^e(N)$) であり、これは最適輸送に沿ったエントロピー冪関数の凹状性によって定義され、ゲージ $G$ によってパラメータ化される。 この条件は、自然同値類内でのゲージおよび測度の変化に対して不変である。 これは滑らかな設定における古典的なヌルエネルギー条件と一致し、低正則時空にも適用される。 ($\mathsf{NC}^e(N)$) の重要な性質は、測定されたグロモフ-ハウスドルフ収束に着想を得た、合成ヌル超曲面の収束に対する安定性である。 最初の応用として、ホーキングの面積定理の合成版を得る。 さらに、我々は有名なペンローズの特異点定理を連続時空に拡張し、合成($\mathsf{NC}^e(N)$)を満たす位相因果空間の一般設定において捕捉領域の存在を証明する。 |
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| In this paper, quantum theory of a real massive scalar field in the background of a traversable wormhole is examined. The wormhole is supposed to connect two different universes, as a particular example the simplest Ellis wormhole is considered. It is shown that the resulting theory possesses a doubling of quantum states parameterized by the same value of asymptotic momentum, two different sets of such degenerate states are localized in different universes. This is a consequence of the topological structure of the wormhole spacetime, which is the same as the topological structure of the Schwarzschild spacetime providing a similar degeneracy of quantum states. | 本論文では、通過可能なワームホールを背景とした実質量スカラー場の量子論を考察する。 ワームホールは2つの異なる宇宙を接続するものと想定されており、具体的な例として最も単純なエリス・ワームホールを考える。 結果として得られる理論は、同じ漸近運動量でパラメータ化された量子状態の2倍化を有し、そのような縮退状態の2つの異なる集合が異なる宇宙に局在することを示す。 これはワームホール時空の位相構造の結果であり、この位相構造は、同様の量子状態の縮退をもたらすシュワルツシルト時空の位相構造と同じである。 |
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| We investigate the production and detection of gravitational waves (GWs) within the framework of Gravitational Quantum Field Theory (GQFT). In this theory, GWs exhibit five propagating modes: one scalar, two vector, and two tensor modes. Unlike General Relativity, the gravitational field equations in GQFT involve both symmetric and antisymmetric tensors, governed by their respective energy-momentum tensors, both of which can act as sources for GW radiation. By solving the linearized gravitational equations, we derive general analytic expressions for the different GW degrees of freedom. Our analysis reveals that the symmetric energy-momentum tensor generates scalar and tensor GWs through the trace and traceless parts of the quadrupole moment, respectively. In contrast, the antisymmetric stress tensor induces scalar and vector GWs with enhanced coupling strengths. We examine two illustrative examples: a black hole binary with a slightly elliptical orbit, which produces scalar GWs, and a neutron star binary where one component has a net spin aligned with its velocity, leading to vector GW emission. Finally, we study the detectability of these GW polarizations by analyzing their signatures in GW detectors. Our findings indicate that current observatories can detect both scalar and tensor modes, while a newly designed detector would be required to probe vector GWs. | 我々は重力波（GW）の生成と検出を重力量子場理論（GQFT）の枠組みの中で研究する。 この理論では、重力波は5つの伝播モード、すなわちスカラーモード1つ、ベクトルモード2つ、テンソルモード2つを示す。 一般相対論とは異なり、GQFTの重力場方程式は対称テンソルと反対称テンソルの両方を含み、それぞれエネルギー運動量テンソルによって支配されており、どちらも重力波放射の源として作用する可能性がある。 線形化された重力方程式を解くことで、様々な重力波の自由度に対する一般的な解析的表現を導出する。 我々の解析は、対称エネルギー運動量テンソルが、四重極モーメントのトレース部分とトレースレス部分を通して、それぞれスカラー重力波とテンソル重力波を生成することを明らかにした。 対照的に、反対称応力テンソルは、結合強度が強化されたスカラー重力波とベクトル重力波を誘起する。 我々は2つの具体例を検討する。 1つは、スカラー重力波を生成するわずかに楕円形の軌道を持つブラックホール連星、もう1つは、一方の成分の正味スピンがその速度と一致しているためベクトル重力波を放射する中性子星連星である。 最後に、重力波検出器におけるそれらのシグネチャーを解析することにより、これらの重力波偏極の検出可能性を調査する。 我々の調査結果は、現在の観測所はスカラーモードとテンソルモードの両方を検出できるが、ベクトル重力波を調査するには新たに設計された検出器が必要であることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit the canonical quantization of free bosonic closed string theory and observe that the physicality of states requires vanishing of the worldsheet Virasoro algebra generators sandwiched between any two physical states. This requirement yields four classes of physical states, depending on discrete worldsheet symmetries: parity and time reversal. The usual string states which are highest weight states of the Virasoro algebra, preserve both, while the other new three classes break one or both. We apply our formulation to an accelerated worldsheet with horizons, initiating the worldsheet formulation of a thermal string theory and strings probing horizon of black holes. | 自由ボゾン閉弦理論の正準量子化を再検討し、状態の物理性は、任意の2つの物理状態の間に挟まれたヴィラソロ代数生成子の世界面が消滅することを要求することを観察する。 この要件は、離散世界面対称性（パリティと時間反転）に応じて、4つの物理状態クラスを生み出す。 ヴィラソロ代数の最も重みの高い状態である通常の弦状態は、両方を保存するが、他の3つの新しいクラスは、どちらか一方または両方を破る。 我々は、この定式化を地平線を持つ加速世界面に適用し、熱弦理論とブラックホールの地平線を探る弦の世界面定式化を開始する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the Coleman-Weinberg potential for the inflaton in the pole inflation scenarios such as the Higgs pole inflation and the Peccei-Quinn (PQ) pole inflation. The loop corrections stem from the Standard Model particles and extra singlet scalar fields in the former case, making the quartic coupling for the Higgs inflaton modified by the inflaton-dependent power corrections during inflation. We also obtain similar power corrections to the quartic coupling for the PQ inflaton, depending on the realizations of the PQ symmetry in KSVZ and DFSZ models. We show that the loop corrections shift the spectral index in the pole inflation to a larger value in favor of the ACT results, while being compatible with the bound on the tensor-to-scalar ratio. For a positive one-loop beta function for the inflaton quartic coupling (namely, $b_1>0$), a sub-dominant contribution from the two-loop corrections can be accommodated. On the other hand, if the one-loop beta function for the inflaton coupling is negative (namely, $b_1<0$), we need sizable contributions from two-loops that are larger than the one-loop corrections due to the ACT results. | ヒッグス極インフレーションやペッチェイ・クイン（PQ）極インフレーションといった極インフレーションシナリオにおけるインフレーションのコールマン・ワインベルグポテンシャルを提示する。 ループ補正は標準模型の粒子と前者の場合の余分なシングレットスカラー場から生じ、ヒッグスインフレーションの4次結合はインフレーション中にインフレーション依存のべき補正によって修正される。 また、KSVZ模型とDFSZ模型におけるPQ対称性の実現に依存して、PQインフレーションの4次結合と同様のべき補正が得られる。 ループ補正は極インフレーションのスペクトル指数をACT結果に有利な大きな値へとシフトさせるが、テンソル・スカラー比の上限と両立することを示す。 インフラトン四次結合の1ループベータ関数が正（すなわち$b_1>0$）の場合、2ループ補正からの寄与は比較的小さくなる。 一方、インフラトン結合の1ループベータ関数が負（すなわち$b_1<0$）の場合、ACTの結果に基づき、1ループ補正よりも大きな2ループからの寄与が必要となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove, unconditionally, the linear stability of the Kerr family in the full subextremal range. On an analytic level, our proof is the same as that of our earlier paper in the slowly rotating case. The additional ingredients we use are, firstly, the mode stability result proved by Andersson, Whiting, and the first author and, secondly, computations related to the zero energy behavior of the linearized gauge-fixed Einstein equation in work by the second author. | 我々は、カー族の線形安定性を、全亜極値範囲において無条件に証明する。 解析的なレベルでは、我々の証明は、緩やかに回転するケースにおける以前の論文の証明と同じである。 我々が用いる追加の要素は、第一に、アンダーソン、ホワイティング、そして第一著者によって証明されたモード安定性の結果、第二に、第二著者による研究における線形化ゲージ固定アインシュタイン方程式のゼロエネルギー挙動に関する計算である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quantum higher-spin theory applied to Compton amplitudes has proven to be surprisingly useful for elucidating Kerr black hole dynamics. Here we apply the framework to compute scattering amplitudes and observables for a binary system of two rotating black holes, at second post-Minkowskian order, and to all orders in the spin-multipole expansion for certain quantities. Starting from the established three-point and conjectured Compton quantum amplitudes, the infinite-spin limit gives classical amplitudes that serves as building block that we feed into the unitarity method to construct the 2-to-2 one-loop amplitude. We give scalar box, vector box, and scalar triangle coefficients to all orders in spin, where the latter are expressed in terms of Bessel-like functions. Using the Kosower-Maybee-O'Connell formalism, the classical 2PM impulse is computed, and in parallel we work out the scattering angle and eikonal phase. We give novel all-orders-in-spin formulae for certain contributions, and the remaining ones are given up to ${\cal O}(S^{11})$. Since Kerr 2PM dynamics beyond ${\cal O}(S^{\ge 5})$ is as of yet not completely settled, this work serves as a useful reference for future studies. | 量子高次スピン理論をコンプトン振幅に適用することは、カーブラックホールのダイナミクスを解明する上で驚くほど有用であることが証明されている。 本稿では、この枠組みを用いて、2つの回転するブラックホールからなる連星系の散乱振幅と観測量を、ポストミンコフスキー第2次秩序、および特定の量に対するスピン多重極展開におけるすべての秩序において計算する。 確立された3点および予想されたコンプトン量子振幅から出発して、無限スピン極限は、2対2の1ループ振幅を構築するためのユニタリー法に入力する構成要素として機能する古典的な振幅を与える。 スピンのすべての秩序に対して、スカラーボックス、ベクトルボックス、およびスカラー三角形の係数を与え、後者はベッセル型関数で表される。 Kosower-Maybee-O'Connell 形式を用いて、古典的な 2PM インパルスを計算し、同時に散乱角とアイコナール位相を求めた。 特定の寄与については、スピン全次数に関する新しい公式を与え、残りの寄与については ${\cal O}(S^{11})$ まで与えた。 ${\cal O}(S^{\ge 5})$ を超える Kerr 2PM ダイナミクスはまだ完全には解決されていないため、本研究は将来の研究にとって有用な参考資料となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Inaccurate modeling of gravitational-wave signals can introduce systematic biases in the inferred source parameters. As detector sensitivities improve and signals become louder, mitigating such waveform-induced systematics becomes increasingly important. In this work, we assess the systematic biases introduced by an incomplete description of the ringdown signal from massive black hole binaries in the LISA band. Specifically, we investigate the impact of mode truncation in the ringdown template. Using a reference waveform composed of 13 modes, we establish a mode hierarchy and determine the minimum number of modes required to avoid parameter biases across a wide range of LISA sources. For typical systems with masses $\sim 10^6$--$10^7\,M_\odot$ at redshifts $z \sim 2$--$6$, we find that at least 3--6 modes are needed for accurate parameter estimation, while high-SNR events may need at least 10 modes. Our results are a window-insensitive lower bound on the minimum number of modes, as more modes may be needed depending on the choice of time-domain windowing of the post-merger signal. | 重力波信号の不正確なモデリングは、推定される源パラメータに系統的バイアスをもたらす可能性があります。 検出器の感度が向上し、信号が大きくなるにつれて、このような波形に起因する系統的バイアスを軽減することがますます重要になります。 本研究では、LISAバンドにおける大質量ブラックホール連星からのリングダウン信号の不完全な記述によってもたらされる系統的バイアスを評価します。 具体的には、リングダウンテンプレートにおけるモード切り捨ての影響を調査します。 13モードで構成される参照波形を用いてモード階層を構築し、幅広いLISA源にわたってパラメータバイアスを回避するために必要な最小モード数を決定します。 質量が$\sim 10^6$～$10^7\,M_\odot$で赤方偏移が$z \sim 2$～$6$の典型的なシステムでは、正確なパラメータ推定には少なくとも3～6個のモードが必要であることがわかった。 一方、高SNRイベントでは少なくとも10個のモードが必要になる可能性がある。 我々の結果は、合体後信号の時間領域ウィンドウ処理の選択によってはより多くのモードが必要になる可能性があるため、最小モード数の下限値としてウィンドウに依存しない値を示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This study explores novel static, neutral black hole solutions within Kalb-Ramond (KR) gravity in asymptotically (anti-)de Sitter [(A)dS] spacetimes, incorporating spontaneous Lorentz symmetry breaking (LSB) via an antisymmetric tensor field. Focusing on two metric configurations, we derive general analytical expressions for the horizon radius, photon sphere, shadow radius, and weak gravitational deflection angle. The universality of these expressions enables their applicability to a broad class of non-rotating spacetimes beyond KR gravity. By confronting these models with empirical data from the Event Horizon Telescope (EHT) and Solar System experiments, the work yields tight constraints on the Lorentz-violating parameter $\ell$, demonstrating that certain parameterizations - particularly Case B - yield observationally viable and physically consistent outcomes. Additionally, we employ topological methods to analyze black hole thermodynamics and photon sphere stability, uncovering critical geometrical structures in both thermodynamic and optical contexts. These multimodal signatures collectively offer a powerful framework for testing Lorentz-violating extensions of General Relativity (GR) and highlight the potential of topological diagnostics in gravitational physics. | 本研究では、漸近的（反）ド・ジッター[(A)dS]時空におけるカルプ・ラモンド（KR）重力場における静的中性ブラックホール解を、反対称テンソル場を介して自発的ローレンツ対称性の破れ（LSB）を組み込んだ新しい解として探求する。 2つの計量構成に焦点を当て、地平線半径、光子球、影半径、および弱い重力偏向角に関する一般的な解析的表現を導出する。 これらの表現の普遍性により、KR重力場を超える広範な非回転時空に適用可能である。 これらのモデルをイベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）およびソーラー・システム実験からの経験的データと比較することにより、本研究はローレンツ対称性を破るパラメータ$\ell$に対する厳密な制限を与え、特定のパラメータ化、特にケースBが観測的に実現可能かつ物理的に整合した結果をもたらすことを実証する。 さらに、我々は位相幾何学的手法を用いてブラックホールの熱力学と光子球の安定性を解析し、熱力学的および光学的文脈の両方において重要な幾何学的構造を明らかにした。 これらのマルチモーダルな特徴は、一般相対論（GR）のローレンツ対称性を破る拡張を検証するための強力な枠組みを提供し、重力物理学における位相幾何学的診断の可能性を浮き彫りにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Millisecond pulsars, representing the older neutron star population, are believed to have undergone a prolonged period of dark matter accumulation, resulting in a higher dark matter content. Their extreme rotation makes them unique laboratories for studying rapidly rotating neutron stars admixed with dark matter. In this work, we model uniformly rotating neutron stars with a dark matter component that rotates independently from the baryon matter, allowing for the investigation of both co-rotating and counter-rotating scenarios. We examine the impact of dark matter rotation on the macroscopic properties of neutron stars, including the mass-radius relation, the mass-shedding Keplerian limit, and moments of inertia, for various dark matter particle masses and total fractions, considering both core and halo distributions. Our findings provide a more comprehensive understanding of how dark matter influences the equilibrium properties of rotating neutron stars, offering new insights into the astrophysical implications of self-interacting dark matter. | 古い中性子星種族を代表するミリ秒パルサーは、長期間にわたる暗黒物質の蓄積を経て、その結果、暗黒物質含有量が増加したと考えられています。 その極端な自転速度は、暗黒物質が混在する高速回転中性子星を研究するための比類のない実験室となっています。 本研究では、重粒子とは独立して回転する暗黒物質成分を持つ均一回転中性子星をモデル化し、共回転シナリオと反回転シナリオの両方の調査を可能にします。 コアとハローの両方の分布を考慮し、様々な暗黒物質粒子の質量と総割合に対して、暗黒物質の回転が中性子星の巨視的特性（質量半径関係、質量放出ケプラー限界、慣性モーメントなど）に与える影響を検証します。 私たちの研究結果は、暗黒物質が回転する中性子星の平衡特性にどのように影響を与えるかについてのより包括的な理解を提供し、自己相互作用する暗黒物質の天体物理学的意味合いに関する新たな知見をもたらします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study black hole imaging in the context of geometrically thick accretion disks in Schwarzschild spacetime. By decomposing the emitting region into a set of one-dimensional luminous segments, each characterized by its inclination angle and inner radius, we construct transfer functions that capture key image features-namely, the direct image, lensing ring, and photon ring. This approach allows a unified treatment of disk geometry and viewing angle. We explore three regimes: optically thin, optically thick, and partially optically thick disks. For optically thin flows, increasing the disk thickness broadens the lensing ring, gradually bridging the photon ring and the direct image. The photon ring remains narrow, but its position robustly defines the innermost edge of the lensing structure. In the optically thick case, image features are primarily determined by the first intersection of traced light rays with the disk, and we provide analytical criteria for the presence of lensing and photon rings based on the critical deflection angles. For partially optically thick disks, we adopt a simplified radiative transport model and find a critical absorption coefficient $\chi \sim (6M\psi_0)^{-1}$ beyond which the image rapidly transitions from an optically thin- to thick-disk appearance. These results help clarify the respective roles of the photon and lensing rings across different disk configurations, and may offer a useful framework for interpreting future high-resolution black hole observations. | 我々は、シュワルツシルト時空における幾何学的に厚い降着円盤の文脈において、ブラックホールの結像を研究する。 放射領域を、傾斜角と内半径で特徴付けられる1次元の発光領域の集合に分解することにより、主要な結像特徴、すなわち直接像、レンズリング、および光子リングを捉える伝達関数を構築する。 このアプローチにより、円盤の形状と視野角を統一的に扱うことができる。 我々は、光学的に薄い円盤、光学的に厚い円盤、および部分的に光学的に厚い円盤の3つの領域を研究する。 光学的に薄い流れの場合、円盤の厚さが増加するとレンズリングが広がり、徐々に光子リングと直接像が橋渡しされる。 光子リングは狭いままであるが、その位置はレンズ構造の最内縁をロバストに定義する。 光学的に厚い場合、像の特徴は主に追跡された光線がディスクと最初に交差することによって決定され、我々は臨界偏向角に基づいてレンズ効果と光子リングの存在に関する解析的基準を提供する。 部分的に光学的に厚いディスクの場合、単純化された放射輸送モデルを採用し、臨界吸収係数$\chi \sim (6M\psi_0)^{-1}$を見出した。 この値を超えると、像は光学的に薄いディスクから厚いディスクへと急速に遷移する。 これらの結果は、異なるディスク構成における光子リングとレンズ効果リングのそれぞれの役割を明らかにするのに役立ち、将来の高解像度ブラックホール観測を解釈するための有用な枠組みを提供する可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a model that offers an explanation for the presence of (Dark Matter and) Dark Energy in the universe. A key idea is to express the volume form of the Lorentzian metric on space-time in terms of a positive function of a new scalar field multiplying a certain four-form given by the wedge product of the differential of the mimetic scalar field and a certain closed three-form. An ansatz for this three-form related to one commonly used to determine the winding number of a map from a three-dimensional hypersurface to a three-sphere is discussed. An action functional depending on the space-time metric, the new scalar field, the mimetic scalar and the three-form is proposed, and the field equations are derived. Special solutions of these equations for a Friedmann-Lema\^itre universe are presented. | 我々は、宇宙における（暗黒物質と）暗黒エネルギーの存在を説明するモデルを提示する。 鍵となるアイデアは、時空上のロレンツ計量の体積形式を、模倣スカラー場の微分と特定の閉三次元形式との楔積によって与えられる特定の四次元形式を乗じた新しいスカラー場の正関数で表すことである。 この三次元形式に対する仮説は、三次元超曲面から三次元球面への写像の巻き数を決定するために一般的に用いられるものと関連している。 時空計量、新しいスカラー場、模倣スカラー、および三次元形式に依存する作用関数を提案し、場の方程式を導出する。 フリードマン・ルメートル宇宙に対するこれらの方程式の特殊解を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the formation and behaviour of bound states formed outside the horizon of a black hole in the presence of quintessence matter. Calculating the Regge and Wheeler potential for general metric function, we find that the presence of quintessence influences significantly the metric function and the Hawking temperature. We show that large black holes radiate less in the presence of large quintessence matter and it seems to live longer, while small black holes radiate more. | 我々は、クインテッセンス物質が存在するブラックホールの地平線の外側に形成される束縛状態の形成と挙動を研究する。 一般計量関数に対するレッジェ・ホイーラーポテンシャルを計算すると、クインテッセンスの存在が計量関数とホーキング温度に大きな影響を与えることが分かった。 大きなブラックホールは大きなクインテッセンス物質が存在すると放射が少なくなり、寿命が長くなる傾向がある一方、小さなブラックホールは放射が多くなることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Understanding the physical significance and spectral stability of black hole quasinormal modes is fundamental to high-precision spectroscopy with future gravitational wave detectors. Inspired by Mashhoon's idea of relating quasinormal modes of black holes with their equivalent bound states in an inverted potential, we investigate, for the first time, energy levels and eigenfunctions of the Schwarzschild black hole quantitatively. While quasinormal modes describe the characteristic damped oscillations of a black hole, the bound states of the inverted potential are qualitatively more similar to those of the hydrogen atom. Although the physical interpretation of these states may initially be of more academic interest, it furthers our understanding of open problems related to quasinormal modes in a similar spirit to Maggiore's interpretation of the Schwarzschild quasinormal mode spectrum. One surprising insight from the explicit calculation of bound states is that eigenfunctions corresponding to quasinormal mode overtones become rapidly delocalized and extremely loosely bound. This observation raises immediate questions about the common interpretation of quasinormal modes as excitations of the lightring region. Closely related, as a second application, we also explore the spectral stability of bound states and demonstrate that they can provide complementary insights into the quasinormal mode spectrum. | ブラックホール準基準モードの物理的意義とスペクトル安定性を理解することは、将来の重力波検出器を用いた高精度分光法の基礎となる。 ブラックホールの準基準モードを反転ポテンシャルにおける等価な束縛状態と関連付けるというマッシューンの考えに着想を得て、我々は初めてシュワルツシルト・ブラックホールのエネルギー準位と固有関数を定量的に調べた。 準基準モードはブラックホールに特徴的な減衰振動を記述するが、反転ポテンシャルの束縛状態は定性的に水素原子の束縛状態に近い。 これらの状態の物理的解釈は当初はより学術的な関心事となるかもしれないが、シュワルツシルト準基準モードスペクトルのマジョーレによる解釈と同様の精神で、準基準モードに関連する未解決問題への理解を深めるものである。 束縛状態の明示的計算から得られる驚くべき知見の一つは、準基準モードの倍音に対応する固有関数が急速に非局在化し、極めて緩く束縛されるという点である。 この観察結果は、準基準モードをライトリング領域の励起として解釈するという一般的な解釈に直ちに疑問を投げかける。 これに密接に関連する第二の応用として、束縛状態のスペクトル安定性についても検討し、それが準基準モードスペクトルに関する補完的な知見を提供できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we investigate the late-time accelerated expansion of the universe within the framework of non-minimally coupled $f(Q,L_m)$ gravity, where $Q$ is the non-metricity scalar and $L_m$ is the matter Lagrangian. We derive modified Friedmann equations in a flat FLRW background and employ the \textit{Gong-Zhang} parameterization for the DE equation of state (EoS), allowing an analytical form of the Hubble parameter $H(z)$. The model parameters are constrained using recent Cosmic Chronometers (CC) and Pantheon+SH0ES Type Ia supernova datasets through MCMC-based chi-squared minimization. We analyze various cosmological quantities including the deceleration parameter, EoS, jerk, snap, lerk, and diagnostic tools such as $Om(z)$ and the statefinder pair $(r,s)$. Our findings indicate a viable transition from deceleration to acceleration and reveal a quintessence-to-phantom-like evolution of dark energy. Furthermore, energy conditions are examined, showing a violation of the strong energy condition, consistent with current cosmic acceleration. The results establish that the $f(Q,L_m) $ framework with non-minimal coupling and parameterized EoS provides a compelling alternative to $\Lambda$CDM in describing cosmic acceleration. | 本研究では、非最小結合重力$f(Q,L_m)$の枠組みにおいて、宇宙の晩期加速膨張を解析的に調べる。 ここで、$Q$は非計量性スカラー、$L_m$は物質ラグランジアンである。 平坦なFLRW背景において修正フリードマン方程式を導出し、DE状態方程式(EoS)に\textit{Gong-Zhang}パラメータ化を適用することで、ハッブルパラメータ$H(z)$の解析的表現を可能にする。 モデルパラメータは、最近のCosmic Chronometers (CC)およびPantheon+SH0ES Ia型超新星データセットを用いて、MCMCベースのカイ二乗最小化によって制約される。 減速パラメータ、EoS、ジャーク、スナップ、ラーク、そして$Om(z)$や状態探索ペア$(r,s)$などの診断ツールを含む様々な宇宙論的量を解析する。 我々の発見は、減速から加速への遷移が実際に起こり得ることを示唆し、ダークエネルギーの本質から幻影へと発展する様子を明らかにしている。 さらに、エネルギー条件を検証した結果、強いエネルギー条件が破れており、これは現在の宇宙の加速膨張と整合している。 この結果は、非最小結合とパラメータ化されたEoSを備えた$f(Q,L_m)$枠組みが、宇宙の加速膨張を記述する上で$\Lambda$CDMに代わる説得力のある選択肢となることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| For zero spatial curvature, cosmological phase space of Starobinsky and extended Starobinsky inflationary model show three apparent attractors; the fixed angle attractor in the large field limit, the final attractor representing reheating phase in the small field region, and the apparent attractor corresponding to the slow-roll condition connecting between the large-field and small-field region. To consider the total $e$-folding likelihood of the model, Remmen-Carroll conserved measure is constructed and normalized. Using the measure, the total e-folding number $N$ and its expectation value $\left\langle N \right\rangle$ are calculated. Our results show that most classical slow-roll trajectories which intersect the Planck surface have $N<60$, and $\phi_{\rm UV}>5.5 M^{*}_{\rm Pl}$ is required for $N>60$. It is found that for $\phi_{\rm UV}\in [5.22,5.50]M^{*}_{\rm Pl}$ which satisfies the constraint on the spectral index, $n_s = 0.9658 \pm 0.0040\,\,\,(68\%\,\,{\rm CL})$, the expectation value $\langle N \rangle \simeq 3.5 - 4$ for trajectories intersecting the Planck surface in the Starobinsky model. For extended Starobinsky model with additional $R^3$ term parametrized by a coupling parameter $\alpha$, the expectation value when inflation starts from the top of the potential shifts to $\left\langle N \right\rangle = 4.025,4.336$ for $\alpha = 10^{-4},6.5\times 10^{-5}$ respectively. In the Starobinsky model even at very large inflaton cutoff $\phi_{\rm UV}$ where the field value is super-Planckian, the energy density from the (saturating) inflaton potential and the Hubble parameter are still sub-Planckian and therefore the inflation occurs within the semi-classical regime. | 空間曲率がゼロの場合、スタロビンスキー宇宙位相空間と拡張スタロビンスキーインフレーション模型は、3つの見かけのアトラクターを示す。 すなわち、大磁場極限における固定角アトラクター、小磁場領域における再加熱位相を表す最終アトラクター、そして大磁場領域と小磁場領域を結ぶスローロール条件に対応する見かけのアトラクターである。 模型の全e折り畳み尤度を考慮するために、レンメン・キャロル保存測度が構築され、正規化される。 この測度を用いて、全e折り畳み数$N$とその期待値$\left\langle N \right\rangle$が計算される。 我々の結果は、プランク面と交差するほとんどの古典的なスローロール軌道は$N<60$であり、$N>60$の場合、$\phi_{\rm UV}>5.5 M^{*}_{\rm Pl}$が必要であることを示している。 スペクトル指数の制約$n_s = 0.9658 \pm 0.0040\,\,\,(68\%\,\,{\rm CL})$を満たす$\phi_{\rm UV}\in [5.22,5.50]M^{*}_{\rm Pl}$に対して、Starobinsky模型においてプランク面と交差する軌跡の期待値$\langle N \rangle \simeq 3.5 - 4$が成り立つことがわかった。 結合パラメータ$\alpha$によってパラメータ化された追加の$R^3$項を持つ拡張スタロビンスキー模型の場合、ポテンシャルの頂点からインフレーションが始まったときの期待値は、それぞれ$\alpha = 10^{-4}, 6.5\times 10^{-5}$に対して$\left\langle N \right\rangle = 4.025, 4.336$にシフトします。 スタロビンスキー模型では、非常に大きなインフレーションカットオフ$\phi_{\rm UV}$（場の値が超プランク）においても、（飽和）インフレーションポテンシャルからのエネルギー密度とハッブルパラメータは依然としてプランク以下であり、したがってインフレーションは半古典的領域内で発生します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss the Generalized Uncertainty Principle and the Extended Uncertainty Principle in the context of black hole solutions coming from non-local theories of gravity, focusing, specifically, on Infinite Derivative Gravity. We argue that these modifications of the Heisenberg Uncertainty Principle are effective descriptions arising from the non-local features of gravitational interaction. By comparing the predictions of both the modified uncertainty principles and non-local gravity, we find theoretical constraints on otherwise free parameters as well as universal laws for black hole physics beyond General Relativity. | 我々は、非局所重力理論から導かれるブラックホール解の文脈において、一般化不確定性原理と拡張不確定性原理について議論する。 特に無限微分重力理論に焦点を当てる。 ハイゼンベルクの不確定性原理のこれらの修正は、重力相互作用の非局所的特徴から生じる効果的な記述であると主張する。 修正された不確定性原理と非局所重力理論の両方の予測を比較することにより、本来は自由なパラメータに対する理論的制約と、一般相対論を超えたブラックホール物理学の普遍法則を見出す。 |
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| The NANOGrav, PPTA, EPTA, CPTA and MPTA collaborations have reported compelling evidence for the existence of the Stochastic Gravitational-Wave Background (SGWB). This inferred background's amplitude and frequency spectrum align closely with the astrophysical predictions for a signal originating from the population of supermassive black hole (SMBH) binaries. Considering these findings, we explore the possibility of detecting dark matter (DM) spikes surrounding SMBHs, which could alter the gravitational-wave waveform and influence the SGWB. We show that the evolution of SMBH binaries, driven by both gravitational radiation and the dynamic friction of the surrounding DM spike, presents observable effects in the nHz frequency domain of the SGWB. We also employ the Bayesian inference method to fit the SGWB spectra from the NANOGrav, EPTA, and PPTA. The model with DM spike improves the fittings to the former two data sets. The spike slope $\gamma_{\rm sp}$ is slightly smaller than 1, which may suggest that the spike is flattened during the inspiral of the SMBHBs. | NANOGrav、PPTA、EPTA、CPTA、およびMPTAの共同研究チームは、確率的重力波背景（SGWB）の存在を示す説得力のある証拠を報告しました。 この推定された背景の振幅と周波数スペクトルは、超大質量ブラックホール（SMBH）連星系に由来する信号に関する天体物理学的予測とよく一致しています。 これらの知見を考慮し、重力波波形を変化させ、SGWBに影響を与える可能性のある、SMBHを取り囲む暗黒物質（DM）スパイクの検出可能性を検討します。 重力放射と周囲のDMスパイクの動摩擦の両方によって引き起こされるSMBH連星系の進化は、SGWBのnHz周波数領域で観測可能な影響を及ぼしていることを示します。 また、ベイズ推定法を用いて、NANOGrav、EPTA、およびPPTAからのSGWBスペクトルをフィッティングしました。 DMスパイクを考慮したモデルは、前述の2つのデータセットへのフィッティングを改善します。 スパイクの傾き$\gamma_{\rm sp}$は1よりわずかに小さく、これはSMBHBのインスパイラル中にスパイクが平坦化することを示唆している可能性があります。 |
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| Transient noise ("glitches") in gravitational wave detectors can mimic or obscure true signals, significantly reducing detection sensitivity. Identifying and excluding glitch-contaminated data segments is therefore crucial for enhancing the performance of gravitational-wave searches. We perform a noise analysis of the KAGRA data obtained during the O3GK observation. Our analysis is performed with hierarchical veto (Hveto) which identifies noises based on the statistical time correlation between the main channel and the auxiliary channels. A total of 2,531 noises were vetoed by 28 auxiliary channels with the configuration (i.e., signal-to-noise threshold set to 8) that we chose for Hveto. We identify vetoed events as glitches on the spectrogram via visual examination after plotting them with Q-transformation. By referring to the Gravity Spy project, we categorize 2,354 glitches into six types: blip, helix, scratchy, and scattered light, which correspond to those listed in Gravity Spy, and dot and line, which are not found in the Gravity Spy classification and are thus named based on their spectrogram morphology in KAGRA data. The remaining 177 glitches are determined not to belong to any of these six types. We show how the KAGRA glitch types are related to each subsystem of KAGRA. To investigate the possible correlation between the main channel and the round winner - an auxiliary channel statistically associated with the main channel for vetoing purposes - we visually examine the similarity or difference in the glitch pattern on the spectrogram. We compare the qualitative correlation found through visual examination with coherence, which is known to provide quantitative measurement for the correlation between the main channel and each auxiliary channel. Our comprehensive noise analysis will help improve the data quality of KAGRA by applying it to future KAGRA observation data. | 重力波検出器における過渡ノイズ（「グリッチ」）は、真の信号を模倣したり、覆い隠したりして、検出感度を著しく低下させる可能性があります。 したがって、グリッチに汚染されたデータセグメントを特定して除外することは、重力波探索の性能を向上させる上で非常に重要です。 O3GK観測で得られたKAGRAデータのノイズ解析を行いました。 解析は、主チャンネルと補助チャンネル間の統計的時間相関に基づいてノイズを識別する階層的ベト（Hveto）を用いて行いました。 Hvetoに選択した構成（信号対雑音比閾値を8に設定）において、28の補助チャンネルによって合計2,531個のノイズがベトされました。 ベトされたイベントは、Q変換を用いてプロットした後、スペクトログラム上でグリッチとして視覚的に識別しました。 Gravity Spyプロジェクトを参考に、2,354個のグリッチを6種類に分類しました。 ブリップ、ヘリックス、スクラッチ、散乱光はGravity Spyに記載されている種類に対応し、点と線はGravity Spyの分類にはないため、KAGRAデータのスペクトログラムの形態に基づいて命名しました。 残りの177個のグリッチは、これら6種類のいずれにも属さないと判断されました。 KAGRAのグリッチの種類がKAGRAの各サブシステムとどのように関連しているかを示します。 メインチャンネルとラウンド勝者（拒否のためにメインチャンネルに統計的に関連付けられた補助チャンネル）との間の相関関係を調べるため、スペクトログラム上のグリッチパターンの類似性または相違性を視覚的に調べます。 視覚的な調査によって得られた定性的な相関関係を、メインチャンネルと各補助チャンネル間の相関を定量的に測定することで知られるコヒーレンスと比較します。 私たちの包括的なノイズ解析は、将来のKAGRA観測データに適用することで、KAGRAのデータ品質の向上に貢献します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| For a massive scalar field in a fixed Schwarzschild background, the radial wave equation obeyed by Fourier modes is first studied. After reducing such a radial wave equation to its normal form, we first study approximate solutions in the neighborhood of the origin, horizon and point at infinity, and then we relate the radial with the Heun equation, obtaining local solutions at the regular singular points. Moreover, we obtain the full asymptotic expansion of the local solution in the neighborhood of the irregular singular point at infinity. We also obtain and study the associated integral representation of the massive scalar field. Eventually, the technique developed for the irregular singular point is applied to the homogeneous equation associated with the inhomogeneous Zerilli equation for gravitational perturbations in a Schwarzschild background. | 固定されたシュワルツシルト背景における質量を持つスカラー場に対して、フーリエモードが従う動径波動方程式をまず調べる。 このような動径波動方程式を通常の形に縮減した後、まず原点、地平線、無限遠点の近傍における近似解を調べ、次に動径をホイン方程式と関連づけて、正規特異点における局所解を得る。 さらに、無限遠における不規則特異点の近傍における局所解の完全な漸近展開を得る。 また、質量を持つスカラー場の関連する積分表示を求め、調べる。 最終的に、不規則特異点に対して開発された手法を、シュワルツシルト背景における重力摂動に対する非同次ゼリリ方程式に関連する同次方程式に適用する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we shall consider how a dynamical oscillating and phantom crossing dark energy era can be realised in the context of $F(R)$ gravity. We approach the topic from a theoretical standpoint, considering all the conditions that may lead to a consistent phantom crossing behaviour and separately how the $F(R)$ gravity context may realise an oscillating dark energy era. Apart from our qualitative considerations, we study quantitatively two $F(R)$ gravity dark energy models, which are viable cosmologically and also exhibit simultaneously phantom crossing behaviour and oscillating dark energy. We consider these models by numerically solving the field equations using appropriate statefinder parameters engineered for dark energy studies. As we show, $F(R)$ provides a natural extension of Einstein's general relativity, which can naturally realise a transition from a phantom era to a quintessential era, a feature supported by recent observational data, without resorting to phantom scalar fields to realise the phantom evolution. | 本研究では、$F(R)$重力の文脈において、動的振動およびファントム交差ダークエネルギー時代がどのように実現され得るかを考察する。 我々は理論的な観点からこのテーマにアプローチし、整合的なファントム交差挙動につながる可能性のあるすべての条件と、$F(R)$重力の文脈がどのようにして振動ダークエネルギー時代を実現するかを別々に考察する。 定性的な考察とは別に、我々は宇宙論的に実現可能であり、ファントム交差挙動と振動ダークエネルギーを同時に示す2つの$F(R)$重力ダークエネルギーモデルを定量的に研究する。 我々は、ダークエネルギー研究用に設計された適切な状態探索パラメータを用いて、場の方程式を数値的に解くことでこれらのモデルを考察する。 我々が示すように、$F(R)$ はアインシュタインの一般相対論の自然な拡張を提供し、ファントム時代から本質時代への移行を自然に実現することができる。 これは、ファントム進化を実現するためにファントムスカラー場に頼ることなく、最近の観測データによって裏付けられた特徴である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the essential properties of gravitational quantum field theory (GQFT) based on spin gauge symmetry, using the general theory of quantum electrodynamics as an example. A constraint equation for the field strength of the gravigauge field is derived, serving as a gravitization equation within the spin-related gravigauge spacetime. This equation reveals how gravitational effects emerge from the non-commutative relation of the gravigauge derivative operator. By transmuting the action from gravigauge spacetime to Minkowski spacetime, we demonstrate that translational invariance results in a vanishing energy-momentum tensor in GQFT when the equations of motion are applied to all fundamental fields, including the gravigauge field. This extends the conservation law of the energy-momentum tensor in quantum field theory to a cancellation law of the energy-momentum tensor in GQFT. As a result, an equivalence between the general gravitational equation and the zero energy-momentum tensor theorem naturally arises in GQFT. Certain aspects of the Poincar\'e gauge theory are also briefly discussed. Furthermore, a GQFT incorporating the Chern-Simons action in three-dimensional spacetime is developed, based on the inhomogeneous spin gauge symmetry WS(1,2) and the global Poincar\'e symmetry PO(1,2). This framework provides a basis for exploring its connection to Witten's perspective on three-dimensional gravity. | 一般量子電気力学理論を例に、スピンゲージ対称性に基づく重力量子場理論（GQFT）の本質的性質を考察する。 重力ゲージ場の場の強度に対する拘束方程式を導出し、これはスピン関連重力ゲージ時空における重力化方程式として機能する。 この方程式は、重力ゲージ微分演算子の非可換関係から重力効果がどのように現れるかを明らかにする。 重力ゲージ時空からミンコフスキー時空への作用変換により、重力ゲージ場を含むすべての基本場に運動方程式を適用した場合、並進不変性によりGQFTのエネルギー運動量テンソルが消滅することを示す。 これは、量子場理論におけるエネルギー運動量テンソルの保存則を、GQFTにおけるエネルギー運動量テンソルの打ち消し則へと拡張するものである。 その結果、一般重力方程式とゼロエネルギー運動量テンソル定理の間には、GQFTにおいて自然に等価性が成立する。 ポアンカレゲージ理論のいくつかの側面についても簡単に議論する。 さらに、非一様スピンゲージ対称性WS(1,2)と大域ポアンカレ対称性PO(1,2)に基づき、3次元時空におけるチャーン・サイモンズ作用を組み込んだGQFTが構築される。 この枠組みは、ウィッテンの3次元重力観点との関連を探るための基礎を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Current gravitational-wave detectors have achieved remarkable sensitivity around 100 Hz, enabling ground-breaking discoveries. Enhancing sensitivity at higher frequencies in the kilohertz (kHz) range promises access to rich physics, particularly the extreme conditions during the merger stage of binary neutron stars. However, the high-frequency sensitivity of Michelson-based interferometers is fundamentally limited by their linear optical cavities, which are optimized for low-frequency signal enhancement. In [Phys. Rev. X 13, 021019 (2023)], a new configuration employing an L-shaped optical resonator was proposed to overcome this limitation, offering exceptional sensitivity in the kHz band. As a pathfinder, the 12-meter prototype at Beijing Normal University is designed to demonstrate the sensing and control schemes of this new kHz detector configuration and to explore its performance in the high-power regime with suspended optics. Beyond its primary scientific goal, the prototype also offers potential sensitivity in the megahertz (MHz) range, potentially enabling constraints on exotic sources. This paper presents an overview of the prototype, including its optical design and current development status of key components. | 現在の重力波検出器は100 Hz付近で驚異的な感度を達成しており、画期的な発見を可能にしています。 キロヘルツ（kHz）領域の高周波数域での感度向上は、豊富な物理学、特に連星中性子星の合体段階における極限状態へのアクセスを期待させます。 しかし、マイケルソン干渉計の高周波感度は、低周波信号増幅に最適化されている線形光共振器によって根本的に制限されています。 [Phys. Rev. X 13, 021019 (2023)]では、この制限を克服し、kHz帯域で優れた感度を提供するL字型光共振器を用いた新しい構成が提案されました。 その先駆者として、北京師範大学の12メートルプロトタイプは、この新しいkHz検出器構成の検知および制御方式を実証し、吊り下げ光学系を用いた高出力領域での性能を調査するように設計されています。 このプロトタイプは、主要な科学的目標に加え、メガヘルツ（MHz）帯域での潜在的な感度も備えており、特殊電波源の探査を可能にする可能性を秘めています。 本稿では、プロトタイプの概要、光学設計、主要コンポーネントの現在の開発状況などについて説明します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We establish a hidden symmetry between the specific volumes of the coexistent phases and hence develop an analytical approach to study criticality of AdS black holes. In particular, using the method, we solve the coexistence line exactly for a variety of black holes, including the charged AdS black hole (in the four and the five dimensions), the rotating AdS black hole, the Gauss-Bonnet black hole and the quantum BTZ black hole. | 我々は共存相の比体積間に隠れた対称性を確立し、AdSブラックホールの臨界性を研究するための解析的アプローチを開発する。 特に、この手法を用いて、荷電AdSブラックホール（4次元および5次元）、回転AdSブラックホール、ガウス・ボネブラックホール、量子BTZブラックホールなど、様々なブラックホールの共存直線を正確に解く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, there has been an increasing interest in the Finslerian interpretation of null geodesics in the exterior regions of stationary black holes, particularly through the Zermelo navigation problem and the Randers metric. In this work, we show that recent mathematical advancements in wind-Finslerian structures, which involve the critical and strong Zermelo navigation problems and their connections to Kropina and Lorentz-Finsler metrics, enable the extension of the Finslerian framework to encompass horizons and their interior regions of black holes. The Finslerian indicatrix, a key element of this framework, serves as an effective tool for identifying frame-dragging effects and the location of horizons and ergosurfaces. We illustrate our results with explicit physical examples, focusing on spherically symmetric black holes, Kerr black holes, and analog models of gravity. Our findings provide new insights into the ``river model'' of black holes, offering enhanced visual representations of null geodesics on the ergosurfaces, horizons, and within their interior regions. | 最近、静止ブラックホールの外部領域におけるヌル測地線のフィンスラー解釈、特にツェルメロ航法問題とランダース計量への関心が高まっている。 本研究では、臨界および強ツェルメロ航法問題とクロピナ計量およびローレンツ・フィンスラー計量との関連を含む風フィンスラー構造における最近の数学的進歩により、フィンスラー枠組みをブラックホールの地平線とその内部領域にまで拡張できることを示す。 この枠組みの重要な要素であるフィンスラー指示線は、フレームドラッグ効果や地平線およびエルゴ面の位置を特定するための効果的なツールとして機能する。 本研究では、球対称ブラックホール、カーブラックホール、および重力のアナログモデルに焦点を当て、明確な物理的例を用いて結果を説明する。 私たちの研究結果は、ブラックホールの「川モデル」に新たな知見をもたらし、エルゴ面、地平線、そしてブラックホール内部領域におけるヌル測地線の視覚的表現を向上させました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| An exact solution to the vacuum Einstein equations is presented, whose structure is based on the Hopf fibration. The solution employs a geodesic null vector field that defines a twisting congruence and appears in the metric in Kerr-Schild form. This solution is of Petrov type D and involves two parameters. Remarkably, the resulting spacetime is regular, with no curvature singularities. Both the Kretschmann scalar and the Chern-Pontryagin scalar are nonzero and remain finite throughout the spacetime. In addition, the Newman-Penrose Weyl scalar $\Psi_2$ possesses both nonzero real and imaginary parts, reflecting the topologically nontrivial nature of the gravitational field. The spacetime also admits two Killing vector fields and a Killing-Yano tensor, which induces an associated Killing tensor, revealing its hidden symmetry. The derivation is simple and self-contained, offering a transparent and geometrically guided approach to finding new exact solutions in general relativity. | 真空アインシュタイン方程式の厳密解が提示される。 その構造はホップ・ファイブレーションに基づいている。 この解は、ねじれ合同を定義し、カー・シルト形式の計量に現れる測地線零ベクトル場を用いる。 この解はペトロフ型Dであり、2つのパラメータを含む。 注目すべきことに、結果として得られる時空は正則であり、曲率特異点は存在しない。 クレッチマン・スカラーとチャーン・ポンチャギン・スカラーはともに非零であり、時空全体にわたって有限である。 さらに、ニューマン・ペンローズ・ワイル・スカラー$\Psi_2$は、重力場の位相的に非自明な性質を反映して、実部と虚部の両方が非零である。 時空には2つのキリングベクトル場と1つのキリング-ヤノテンソルが存在し、これらは関連するキリングテンソルを誘導し、その隠れた対称性を明らかにする。 導出は単純かつ自己完結的であり、一般相対論における新たな厳密解を見つけるための、透明性が高く幾何学的に導かれたアプローチを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work revises the Brane World Theory known as Randall-Sundrum with the modification of an exponential, redshift-dependent brane tension. This model is studied in a scenario assuming no dark energy, with the aim of determining whether it can reproduce the universe's acceleration on its own, without the addition of a dark energy fluid. Bayesian statistical analysis is performed in order to constrain the free parameters of each scenario using SLS, SNIa, OHD, and BAO data samples, the last two considering newly added data points. Both Planck and Riess priors for h are used and compared. In both cases, we are able to reproduce the late-time accelerated expansion in agreement with observational data. Interesting consistencies at the transition redshift zt with LCDM are found, suggesting that this might be a suitable model for studying the evolution of the universe up to the present date. However, some pathologies are detected in this model, namely a "Big Rip" divergence of H(z) at z = 1, as well as a strong dependence between the functional form of the brane tension and the future evolution of the universe. | 本研究では、ランドール・サンドラムとして知られるブレーン世界理論を、指数関数的かつ赤方偏移依存のブレーン張力の修正により改訂する。 このモデルは、ダークエネルギーを仮定しないシナリオにおいて、ダークエネルギー流体を追加することなく、このモデルだけで宇宙の加速膨張を再現できるかどうかを検証する。 ベイズ統計解析は、SLS、SNIa、OHD、およびBAOデータサンプルを用いて各シナリオの自由パラメータを制限するために行われ、最後の2つは新たに追加されたデータポイントを考慮している。 hについては、プランク事前分布とリース事前分布の両方を用いて比較する。 どちらの場合も、観測データと一致して、後期の加速膨張を再現することができた。 遷移赤方偏移ztにおいてLCDMとの興味深い整合性が見出されたことから、このモデルが現在までの宇宙の進化を研究するのに適したモデルである可能性が示唆される。 しかしながら、このモデルにはいくつかの異常が検出されています。 具体的には、z = 1 における H(z) の「ビッグリップ」発散、および膜張力の関数形と宇宙の将来の進化との間の強い依存性です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the first three-dimensional, fully general-relativistic magnetohydrodynamic (3D GRMHD) simulation of a black hole (BH) formed from the collapsed core of a massive star. The ability to self-consistently capture the birth of a compact remnant in 3D is crucial for modeling natal BH properties (including masses, spins, and kicks), which are of particular interest in the era of gravitational wave astronomy. However, such simulations have remained elusive due to extreme computational challenges and demands. We employ the GPU-accelerated dynamical-spacetime GRMHD code GRaM-X to follow the collapse, core-bounce, shock propagation, and eventual BH formation of a massive stellar progenitor in full 3D. We initialize our simulation by mapping a one-dimensional (1D) model of a star with a zero-age-main-sequence mass of $45 M_\odot$ to 3D. We use moderate rotation (consistent with expectations from stellar evolution modeling) and a relatively weak dipolar magnetic field. The collapsing core drives a shock that reaches a maximum radius of roughly 170 km before stalling and does not lead to a successful explosion. The proto-neutron star accretes matter before collapsing to form a BH $t_{BH} \approx 325$ ms after core-bounce. The time of BH formation and initial BH mass are remarkably similar to those obtained with GR1D, a 1D general-relativistic neutrino-hydrodynamics code, to which we compare our results. We track the horizon of the newborn BH after formation and calculate a steady kick velocity of $v_{kick} \approx 72$ km/s and a mass of $M_{BH} \approx 2.62 M_\odot$, which is still rising at the end of the simulation. | 我々は、大質量星の崩壊した核から形成されたブラックホール（BH）の、初めての3次元完全一般相対論的磁気流体力学（3D GRMHD）シミュレーションを提示する。 コンパクトな残骸の誕生を3次元で自己無撞着に捉える能力は、重力波天文学の時代に特に興味深い、BH生成特性（質量、スピン、キックなど）をモデル化する上で極めて重要である。 しかしながら、このようなシミュレーションは、極めて困難な計算課題と要求のために依然として実現困難であった。 我々は、GPU加速型の力学時空GRMHDコードGRaM-Xを用いて、大質量星の前駆体の崩壊、核の跳ね返り、衝撃波の伝播、そして最終的なBH形成を完全な3次元で追跡する。 シミュレーションの初期設定として、年齢ゼロの主系列質量が$45 M_\odot$である星の1次元（1D）モデルを3Dにマッピングする。 中程度の自転（星進化モデルからの予測と整合）と比較的弱い双極磁場を使用する。 崩壊するコアは衝撃波を発生させ、この衝撃波は失速する前に最大半径約170 kmに達するが、爆発には至らない。 原始中性子星は崩壊前に物質を降着させ、コアバウンド後約325 msでBH $t_{BH} を形成する。 BH形成時間と初期BH質量は、我々の結果と比較した1次元一般相対論的ニュートリノ流体力学コードGR1Dで得られた値と驚くほど類似している。 形成後の新生BHの地平線を追跡し、一定のキック速度$v_{kick} \approx 72$ km/s、質量$M_{BH} \approx 2.62 M_\odot$を計算した。 これはシミュレーション終了時点でもまだ増加している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Binary black hole systems are typically assumed to evolve in vacuum. However, the environment surrounding the binary components can influence their properties, such as their tidal deformability, affecting the gravitational waveform produced by the binary and its interpretation in gravitational wave data analysis. In this work we focus on next-generation experiments, such as the Einstein Telescope and LISA, and we quantify the systematic biases in gravitational wave observations that arise when tidally deformed binaries are interpreted as occurring in vacuum. We consider binaries over a range of masses and we compare different phenomenological models for the dynamical evolution of the tidal deformability. We find that systematic biases could significantly affect the measurability of the binary parameters if tidal effects are not carefully modeled. | 連星ブラックホール系は、通常、真空中で進化すると考えられています。 しかし、連星系を構成する天体を取り巻く環境は、潮汐変形能などの特性に影響を与え、連星系が生成する重力波形や重力波データ解析における解釈に影響を及ぼす可能性があります。 本研究では、アインシュタイン望遠鏡やLISAといった次世代実験に焦点を当て、潮汐変形を受けた連星系が真空中で発生したと解釈された場合に生じる重力波観測における系統的バイアスを定量化します。 様々な質量範囲の連星系を考察し、潮汐変形能の動的進化に関する様々な現象論的モデルを比較します。 その結果、潮汐効果が慎重にモデル化されていない場合、系統的バイアスが連星系パラメータの測定可能性に重大な影響を与える可能性があることが分かりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Charged and/or rotating black holes in General Relativity feature Cauchy horizons, which indicate a breakdown of predictability in the theory. Focusing on spherically symmetric charged black holes, we remark that the inevitability of Reissner-Nordstrom Cauchy horizon is due to the divergent electromagnetic self-energy of point charges. We demonstrate that any causal theory of nonlinear electrodynamics that regularizes the point charge self-energy also eliminates Cauchy horizons for weakly charged black holes. These black holes feature one (event) horizon and a spacelike singularity, analogous to the Schwarzschild metric. An example with Born-Infeld electrodynamics illustrates how this gives rise to an upper bound on the charge, which we compare with known bounds. | 一般相対論における荷電ブラックホールおよび／または回転ブラックホールはコーシー地平線を特徴とし、これは理論の予測可能性の破綻を示す。 球対称荷電ブラックホールに焦点を当て、ライスナー・ノルドストロム・コーシー地平線の必然性は、点電荷の電磁的自己エネルギーの発散に起因することを指摘する。 点電荷の自己エネルギーを正規化する非線形電気力学の因果理論は、弱荷電ブラックホールのコーシー地平線も消去することを示す。 これらのブラックホールは、シュワルツシルト計量に類似した、1つの（事象）地平線と空間的特異点を特徴とする。 ボルン・インフェルト電気力学の例は、これがどのようにして電荷の上限を生じさせるかを示し、それを既知の上限と比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Time-varying dark energy is often modeled in observational analyses through generic parameterizations of its equation of state $w(z)$, which typically use two free parameters $\{w_0, w_a\}$ to span a broad range of behaviors as a function of redshift. However, this broad range of behaviors can only approximately capture the dynamics of any given microphysical theory of dark energy. A complementary approach is to use targeted parameterizations designed to model specific classes of dynamical dark energy with greater precision. Focusing on the class of thawing dark energy, we quantify and compare the precision with which nineteen generic and targeted parameterizations can capture the dynamics of physically motivated thawing quintessence theories. We find that a targeted parameterization derived from a Pad\'e expansion of $w$ is the most reliable of these, producing accurate reconstructions of $w(z)$, the expansion history $H(z)$, and cosmological parameters such as $H_0$ and $\Omega_m$ for a broad range of microphysical theories. | 時間変動ダークエネルギーは、観測解析において、その状態方程式$w(z)$の一般的なパラメータ化を通してモデル化されることが多い。 これは通常、2つの自由パラメータ$\{w_0, w_a\}$を用いて、赤方偏移の関数として幅広い振る舞いを網羅する。 しかし、この幅広い振る舞いは、与えられたダークエネルギーの微視的理論のダイナミクスを近似的にしか捉えられない。 補完的なアプローチとして、特定の種類の動的ダークエネルギーをより高精度にモデル化するために設計された、ターゲットを絞ったパラメータ化を用いる。 解凍ダークエネルギーのクラスに焦点を当て、19種類の一般的なパラメータ化とターゲットを絞ったパラメータ化が、物理的に動機付けられた解凍クインテッセンス理論のダイナミクスをどの程度正確に捉えられるかを定量化し比較する。 我々は、$w$のPad\'e展開から導かれるターゲットパラメータ化が、これらの中で最も信頼性が高く、幅広い微視物理学理論に対して、$w(z)$、展開履歴$H(z)$、そして$H_0$や$\Omega_m$などの宇宙論パラメータの正確な再構成を生成することを発見した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore the dynamics and gravitational-wave emission from black hole pairs on unbound orbits undergoing close hyperbolic encounters (CHEs) in dense astrophysical environments. While General Relativity predicts gravitational Bremsstrahlung radiation occurring at periastron, the contribution of the scalar gravitational-wave mode in fully general f(R) gravity remains largely unexplored. We characterize the f(R) scalar mode gravitational radiation for both non-precessing and precessing hyperbolic orbits, identifying potential detection signatures for advanced gravitational wave observatories. By systematically varying orbital precession and eccentricity, we examine their influence on the emitted gravitational waves. We derive potentially detectable time delay and scalar-to-tensor amplitude ratio estimates for representative astrophysical environments and determine optimal orbital configurations for the detection of f(R) scalar gravitational waves from hyperbolic encounters. Our results provide a theoretical framework for scalar-mode signals and observables, establishing CHEs as a promising probe of f(R) gravity with future detectors. | 我々は、高密度天体環境において近接双曲面遭遇（CHE）を起こしている非束縛軌道上のブラックホール対からのダイナミクスと重力波放射を調査する。 一般相対性理論は近点点において重力制動放射線の発生を予測しているが、完全に一般的なf(R)重力におけるスカラー重力波モードの寄与は未だほとんど調査されていない。 我々は、歳差運動を伴わない双曲面軌道と歳差運動を伴う双曲面軌道の両方について、f(R)スカラーモード重力波の特性を明らかにし、先進的な重力波観測装置のための潜在的な検出シグネチャーを特定する。 軌道歳差運動と離心率を系統的に変化させることで、それらが放射される重力波に与える影響を調べる。 代表的な天体物理環境における検出可能な時間遅延とスカラー対テンソル振幅比の推定値を導出し、双曲面衝突によるf(R)スカラー重力波の検出に最適な軌道構成を決定した。 この結果は、スカラーモードの信号と観測量の理論的枠組みを提供し、CHEを将来の検出器を用いたf(R)重力波の有望な探査機として確立するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| One of the key issues in holography is going beyond $\mathrm{AdS}$ and defining quantum gravity in spacetimes with a null boundary. Recent examples of this type involve linear dilaton asymptotics and are related to the $T \overline{T}$ deformation. We present a holographic correspondence derived from string theory, which is an example of a kind of celestial holography. The holographic definition is a spacetime non-commutative open string theory supported on D1-D5 branes together with fundamental strings. The gravity solutions interpolate between $\mathrm{AdS}_3$ metrics and six-dimensional metrics. Radiation can escape to null infinity, which makes both the encoding of quantum information in the boundary and the dynamics of black holes quite different from $\mathrm{AdS}$ spacetimes. | ホログラフィーにおける重要な課題の一つは、$\mathrm{AdS}$ を超えて、ヌル境界を持つ時空における量子重力を定義することである。 この種の最近の例としては、線形ディラトン漸近挙動が挙げられ、$T\overline{T}$ 変形と関連している。 我々は弦理論から導かれるホログラフィック対応を提示する。 これは一種の天体ホログラフィーの一例である。 ホログラフィック定義は、D1-D5 ブレーンと基本弦理論によって支えられた時空非可換開弦理論である。 重力解は、$\mathrm{AdS}_3$ 計量と6次元計量の間を補間する。 輻射はヌル無限大へ逃げることができるため、境界における量子情報の符号化とブラックホールのダイナミクスは、$\mathrm{AdS}$ 時空とは大きく異なる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Nonlinear gravitational wave memory is a surprise of theoretical physics. Whereas it is understood that a gravitational wave induces oscillatory squeezing and stretching motion in a collection of freely-falling test masses, it is unexpected that the wave leaves a residual displacement of the test masses. This displacement is the tribute in memoriam to the passing wave. The memory originates in a nonlinear feature of gravitation. Whilst merging black holes are a significant source of gravitational waves, the gravitational wave energy itself is a further source of gravitational waves. The memory is often described as a permanent displacement of the test masses caused by a burst of primary gravitational waves. But as we show, memory vanishes at late times in a sea of echoes. | 非線形重力波メモリは、理論物理学における驚くべき現象である。 重力波が自由落下するテストマスの集合体に振動的な圧縮と伸張の運動を引き起こすことは理解されているが、波がテストマスに残留変位を残すことは予想外である。 この変位は、通過する波への追悼の意を表すものである。 このメモリは重力の非線形特性に由来する。 ブラックホールの合体は重力波の重要な発生源であるが、重力波エネルギー自体も重力波の更なる発生源である。 このメモリは、一次重力波のバーストによって引き起こされるテストマスの永久的な変位としてしばしば説明される。 しかし、我々が示すように、メモリは後になってエコーの海の中に消え去ってしまう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We have revisited quasi-exponential model of inflation in the light of recent ACT-DR6 and Planck-2018 data along with latest constraint on the amplitude of primordial gravity waves. For our analysis we have followed Mukhanov approach for inflationary equation-of-state employing Hamilton-Jacobi formulation. We find that the model is capable of mimicking Planck-2018 results by providing excellent fit to scalar spectral index and its running. Not only that, amount of primordial gravity waves is also in tune with the present observational bound, $r<0.032$. But, when constraints on scalar spectral index and tensor-to-scalar ratio are considered simultaneously quasi-exponential inflation fails to live up to the Planck-2018 result. However when the combination of ACT-DR6 and Planck-2018 data is taken into account inflationary predictions from quasi-exponential model are in excellent agreement. The model also yields sublime fit to the result of joint analysis of ACT-DR6, Planck-2018 and DESI-Y1 data. Further the constraint on primordial gravity waves from the futuristic CMB missions in the likes of LiteBIRD and CMB-S4 when combined with ACT-DR6, Planck-2018 and DESI-Y1 data renders a first-class match with the inflationary predictions from quasi-exponential model of inflation. However, non-detection of primordial gravity waves by LiteBIRD and CMB-S4 will potentially rule out quasi-exponential model. | 我々は、最近のACT-DR6とPlanck-2018のデータ、そして原始重力波の振幅に関する最新の制約条件を踏まえ、インフレーションの準指数モデルを再検討した。 解析では、ハミルトン・ヤコビ定式化を用いたインフレーション状態方程式のムカノフアプローチに従った。 このモデルは、スカラースペクトル指数とその実行に優れた適合性を示し、Planck-2018の結果を模倣できることがわかった。 さらに、原始重力波の量も現在の観測限界であるr<0.032と一致する。 しかし、スカラースペクトル指数とテンソル対スカラー比に関する制約条件を同時に考慮すると、準指数インフレーションはPlanck-2018の結果を満たさない。 しかし、ACT-DR6とPlanck-2018のデータを組み合わせると、準指数モデルによるインフレーション予測は非常によく一致します。 このモデルは、ACT-DR6、Planck-2018、DESI-Y1のデータの共同解析結果にも非常によく適合します。 さらに、LiteBIRDやCMB-S4といった将来のCMBミッションによる原始重力波への制限を、ACT-DR6、Planck-2018、DESI-Y1のデータと組み合わせると、準指数モデルによるインフレーション予測と非常によく一致することがわかります。 しかし、LiteBIRDとCMB-S4による原始重力波の検出が不十分な場合、準指数モデルは除外される可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the first computation of the nonlinear gravitational memory waveform for the scattering of two compact objects in General Relativity at leading order in the post-Minkowskian expansion. We use the scattering-amplitudes-based representation of the gravitational waveform, which naturally expresses the nonlinear memory as the contribution of soft gravitons emitted by the gravitational waves themselves. We perform the calculation by applying a multipolar decomposition to the waveform and using the reverse unitarity method to obtain explicit exact-in-velocity predictions. We validate the results by calculating the corresponding velocity-expanded post-Newtonian multipoles, finding perfect agreement. Our results complete the knowledge of the gauge-invariant non-analytic-in-frequency part of the $\mathcal{O}(G^3)$ multipolar waveform, thus providing a useful benchmark for future calculations of this quantity. | 一般相対論における2つのコンパクト天体の散乱に対する非線形重力記憶波形を、ポストミンコフスキー展開の主要次数で初めて計算する。 重力波形の散乱振幅に基づく表現を用いる。 この表現は、非線形記憶を重力波自身から放出されたソフト重力子の寄与として自然に表現する。 計算は、波形に多重極分解を適用し、逆ユニタリー法を用いて速度に関して正確な予測を明示的に得ることで行う。 結果を検証するために、対応する速度展開ポストニュートン多重極を計算し、完全に一致することを確認した。 我々の結果は、$\mathcal{O}(G^3)$ 多重極波形のゲージ不変で周波数に関して非解析的な部分に関する知見を完成させるものであり、この量の将来の計算のための有用なベンチマークとなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The origins of merging compact binaries observed by the LIGO-Virgo-KAGRA gravitational-wave detectors remain uncertain, with multiple astrophysical channels possibly contributing to the merger rate. Formation processes can imprint nontrivial correlations in the underlying distribution of source properties, but current understanding of the overall population relies heavily on simplified and uncorrelated parametric models. In this work, we use PixelPop-a high-resolution Bayesian nonparametric model with minimal assumptions-to analyze multidimensional correlations in the astrophysical distribution of masses, spins, and redshifts of black-hole mergers from mock gravitational-wave catalogs constructed using population-synthesis simulations. With full parameter estimation on 400 detections at current sensitivities, we show explicitly that neglecting population-level correlations biases inference. In contrast, modeling all significant correlations with PixelPop allows us to correctly measure the astrophysical merger rate across all source parameters. We then propose a nonparametric method to distinguish between different formation channels by comparing the PixelPop results back to astrophysical simulations. For our simulated catalog, we find that only formation channels with significantly different physical processes are distinguishable, whereas channels that share evolutionary stages are not. Given the substantial uncertainties in source formation, our results highlight the necessity of multidimensional astrophysics-agnostic models like PixelPop for robust interpretation of gravitational-wave catalogs. | LIGO-Virgo-KAGRA重力波検出器によって観測されたコンパクト連星の合体の起源は未だ不明であり、複数の天体物理学的経路が合体速度に寄与している可能性がある。 形成過程は、源特性の分布に非自明な相関を刻み込む可能性があるが、現在の全体的な種族の理解は、単純化された無相関のパラメトリックモデルに大きく依存している。 本研究では、最小限の仮定に基づく高解像度ベイズ非パラメトリックモデルであるPixelPopを用いて、種族合成シミュレーションを用いて構築された模擬重力波カタログから、ブラックホール合体の質量、スピン、赤方偏移の天体物理学的分布における多次元相関を解析する。 現在の感度で400回の検出に対する完全なパラメータ推定を行い、種族レベルの相関を無視すると推論にバイアスが生じることを明示的に示す。 対照的に、PixelPopを用いてすべての重要な相関関係をモデル化することで、すべてのソースパラメータにわたって天体物理学的合体率を正しく測定することが可能になります。 次に、PixelPopの結果を天体物理学的シミュレーションと比較することにより、異なる形成チャネルを区別するためのノンパラメトリック手法を提案します。 シミュレーションによるカタログでは、物理的プロセスが大きく異なる形成チャネルのみが区別可能であり、進化段階を共有するチャネルは区別できないことがわかりました。 ソース形成における大きな不確実性を考慮すると、重力波カタログの堅牢な解釈には、PixelPopのような多次元天体物理学に依存しないモデルが必要であることが示唆されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Extreme mass-ratio inspirals (EMRIs), consisting of a stellar-mass compact object spiraling into a massive black hole, are key sources for future space-based gravitational wave observatories such as LISA. Accurate modeling of these systems requires incorporating the spin effects of both the primary and secondary bodies, particularly for waveforms at the precision required for LISA detection and astrophysical parameter extraction. In this work, we develop a framework for modeling flux-driven spherical inspirals (orbits of approximately constant Boyer-Lindquist radius) of a spinning secondary into a Kerr black hole. We leverage recently found solutions for the motion of spinning test particles and compute the associated gravitational wave fluxes to linear order in the secondary spin. Next, we show that spherical orbits remain spherical under radiation reaction at linear order in spin, and derive the evolution of the orbital parameters throughout the inspiral. We implement a numerical scheme for waveform generation in the frequency domain and assess the impact of the secondary spin on the gravitational wave signal. In contrast to quasi-circular inspirals, we find that neglecting the secondary spin in spherical inspirals induces large mismatches in the waveforms that will plausibly be detectable by LISA. | 極限質量比インスパイラル（EMRI）は、恒星質量のコンパクト天体が大質量ブラックホールに螺旋状に突入する現象で、LISAのような将来の宇宙重力波観測衛星にとって重要な情報源となる。 これらの系を正確にモデル化するには、主天体と副天体の両方のスピン効果を組み込む必要があり、特にLISAによる検出と天体物理学的パラメータ抽出に必要な精度の波形を得る必要がある。 本研究では、回転する副天体がカーブラックホールに突入する際に生じるフラックス駆動球状インスパイラル（ボイヤー・リンクイスト半径がほぼ一定の軌道）をモデル化するための枠組みを開発する。 回転するテスト粒子の運動に関する最近発見された解を活用し、副天体のスピンにおける線形秩序まで関連する重力波フラックスを計算する。 次に、球状軌道がスピンの線形秩序における放射反応下でも球状を維持することを示し、インスパイラル全体にわたる軌道パラメータの変化を導出する。 我々は周波数領域における波形生成のための数値スキームを実装し、二次スピンが重力波信号に与える影響を評価した。 準円形インスパイラルとは対照的に、球形インスパイラルにおいて二次スピンを無視すると、波形に大きな不整合が生じ、LISAによって検出される可能性が高いことがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study gravitational waves from a stellar-mass binary orbiting a spinning supermassive black hole, a system referred to as a binary extreme mass ratio inspiral (b-EMRI). We use Dixon's formalism to describe the stellar-mass binary as a particle with internal structure, and keep terms up to quadrupole order to capture the generation of gravitational waves by the inner motion of the stellar-mass binary. The problem of emission and propagation of waves is treated from first principles using black hole perturbation theory. In the gravitational waveform at future null infinity, we identify for the first time Doppler shifts and beaming due to the motion of the center of mass, as well as helicity breaking gravitational lensing, and resonances with ringdown modes of the supermassive black hole. We establish that previously proposed phenomenological models inadequately capture these effects. | 我々は、回転する超大質量ブラックホールを周回する恒星質量連星（連星極限質量比インスパイラル（b-EMRI）と呼ばれる系）からの重力波を研究する。 我々はディクソンの形式論を用いて、恒星質量連星を内部構造を持つ粒子として記述し、項を四重極子オーダーまで維持することで、恒星質量連星の内部運動による重力波の発生を捉える。 波動の放射と伝播の問題は、ブラックホール摂動論を用いて第一原理から扱う。 未来のヌル無限遠における重力波形において、質量中心の運動によるドップラーシフトとビーミング、ヘリシティ破壊重力レンズ効果、そして超大質量ブラックホールのリングダウンモードとの共鳴を初めて特定する。 これまで提案されてきた現象論的モデルではこれらの効果を十分に捉えることができないことを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a symplectic structure for the phase space of a generic Lagrangian field theory expressed in the framework of $L_\infty$ algebras. The symplectic structure does not require explicit knowledge of the derivative content of the Lagrangian, and therefore is applicable to nonlocal models, such as string field theory, where traditional constructions are difficult to apply. We test our proposal in a number of examples ranging from general relativity to $p$-adic string theory. | 我々は、$L_\infty$代数の枠組みで表現された一般的なラグランジアン場の理論の位相空間に対するシンプレクティック構造を提案する。 このシンプレクティック構造は、ラグランジアンの微分内容に関する明示的な知識を必要としないため、弦理論のような、従来の構成を適用するのが難しい非局所モデルにも適用可能である。 我々は、一般相対論から$p$進弦理論に至るまで、様々な例でこの提案を検証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present projected constraints on the abundance of primordial black holes (PBHs) as a constituent of dark matter, based on microlensing observations from the upcoming Legacy Survey of Space and Time (LSST) at the Vera C. Rubin Observatory. We use a catalogue of microlensing light curves simulated with Rubin Observatory's OpSims to demonstrate that competitive constraints crucially rely on minimising the false positive rate (FPR) of the classification algorithm. We propose the Bayesian information criterion and a Boosted Decision Tree as effective discriminators and compare their derived efficiency and FPR to a more standard $\chi^2$-test. | ヴェラ・C・ルビン天文台で予定されている時空遺産探査計画（LSST）によるマイクロレンズ観測に基づき、暗黒物質の構成要素としての原始ブラックホール（PBH）の存在量に関する予測制約を提示する。 ルビン天文台のOpSimsを用いてシミュレートしたマイクロレンズ光曲線のカタログを用いて、競争制約が分類アルゴリズムの偽陽性率（FPR）の最小化に大きく依存していることを示す。 ベイズ情報量基準とブースト決定木を効果的な識別器として提案し、導出した効率とFPRをより標準的な$\chi^2$検定と比較する。 |