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| Original Text | 日本語訳 |
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| The generalized Chaplygin gas model, characterized by the equation of state $p = - \frac{B}{\rho^{\alpha}}$, is investigated within the framework of a Robertson-Walker spacetime. The resulting field equations governing this model are highly non-linear in the scale factor, forming the central focus of this work. Previous studies have employed this equation to describe both a dust-dominated universe and an accelerating universe in two extreme cases. However, the time evolution of the scale factor between these two extremal cases remains unclear. To address this gap, we have employed a first-order approximation of the key equation and subsequently derived exact time-dependent solutions for the scale factor. The obtained solution converges to the $\Lambda$CDM model at large scale factors and exhibits the desirable feature of an acceleration flip. A detailed analysis of the flip time has been conducted, providing both analytical and graphical insights. The parameters of the model have been constrained using the Hubble-$57$ dataset. The present age of the universe has also been calculated. A comparison of the results from both the theoretical and observational approaches reveals remarkable consistency, with the theoretical graph of $H(z)$ vs. $z$ closely aligning with the best-fit graph obtained from the Hubble-$57$ dataset. Furthermore, the entire scenario has been examined within the context of the well-known Raychaudhuri equation, offering a broader perspective and comparison with previous results. | 一般化チャプリギン気体模型は、状態方程式 $p = - \frac{B}{\rho^{\alpha}}$ によって特徴付けられ、ロバートソン・ウォーカー時空の枠組みの中で研究される。 このモデルを支配する結果として得られる場の方程式は、スケール因子に関して高度に非線形であり、これが本研究の中心的な焦点となる。 これまでの研究では、この方程式を用いて、ダスト優勢宇宙と加速宇宙という2つの極端なケースの両方を記述してきた。 しかし、これら2つの極端なケース間のスケール因子の時間発展は依然として不明である。 このギャップを埋めるため、我々は鍵となる方程式の一次近似を用い、スケール因子の時間依存の厳密解を導出した。 得られた解は、大きなスケール因子において $\Lambda$CDM模型に収束し、加速反転という望ましい特徴を示す。 反転時間の詳細な解析が行われ、解析的およびグラフィカルな知見が得られた。 モデルのパラメータはハッブル57データセットを用いて制約されています。 また、現在の宇宙の年齢も計算されています。 理論的アプローチと観測的アプローチの両方から得られた結果を比較すると、驚くべき一貫性が示され、理論的な$H(z)$対$z$のグラフはハッブル57データセットから得られた最良適合グラフとよく一致しています。 さらに、シナリオ全体はよく知られたRaychaudhuri方程式の文脈で検討されており、より広い視点と以前の結果との比較が可能になっています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We use Ising-like models to probe the thermal nature of Euclidean spacetime backgrounds. We determine which properties of the background -- curvature, the presence of a horizon, or temperature -- play a role in phase transitions. The geometries we use are Euclidean Schwarzschild, Rindler, extremal Reissner-N\"{o}rdstrom (ERN), Anti deSitter (AdS), and deSitter (dS). Among these, Rindler is flat, AdS does not have a horizon, and both AdS and ERN have zero temperatures. We find second-order phase transitions as the metric parameter is varied in all cases except for Rindler. Specifically, we find that the transition from order to disorder occurs as the curvature -- or Euclidean gravity -- increases. This supports our conjecture that Euclidean gravity is an essential ingredient for these phase transitions, as opposed to the presence of a horizon or temperature. Separately, since the selected geometries are position-dependent, the Ising-like models constructed on them are inhomogeneous, whereby they generalize the standard Ising model. We find that a consequence of this is that criticality does not correspond to maximal correlation lengths and scale invariance. | 我々は、イジング模型を用いてユークリッド時空背景の熱的性質を調べます。 背景のどの性質（曲率、地平線の存在、温度）が相転移に影響を与えるかを決定します。 我々が用いる幾何形状は、ユークリッド・シュワルツシルト、リンドラー、極限ライスナー・ノルトストローム（ERN）、反デシッター（AdS）、およびデシッター（dS）である。 これらのうち、リンドラーは平坦であり、AdSは地平線を持たず、AdSとERNはともに温度がゼロである。 リンドラーを除く全てのケースにおいて、計量パラメータを変化させると、二次相転移が起こることがわかった。 具体的には、曲率、すなわちユークリッド重力が増加すると、秩序から無秩序への転移が起こることがわかった。 これは、地平線や温度の存在ではなく、ユークリッド重力がこれらの相転移の必須要素であるという我々の推測を裏付けている。 また、選択された幾何形状は位置に依存するため、それら上に構築されるイジング型モデルは非均質であり、それによって標準的なイジングモデルが一般化される。 この結果として、臨界性は最大相関長やスケール不変性とは対応しない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In physical science, the concept of \emph{emergence} is often used to describe phenomena that occur at macroscopic scales but not at microscopic scales. The latter is usually referred to as a \emph{fundamental property} and the former as an \emph{emergent property}. In this paper, noncommutative geometry, often viewed as an offshoot of string theory, is the primary fundamental theory that gives rise to macroscopic wormholes and their properties, thereby becoming an emergent phenomenon. As a consequence of these considerations, we will reexamine the boundary conditions that characterize a Morris-Thorne wormhole. The result is a significant modification of the wormhole structure. | 物理科学において、\emph{創発}の概念は、マクロスケールでは発生するがミクロスケールでは発生しない現象を記述するためにしばしば用いられる。 後者は通常\emph{基本的性質}、前者は\emph{創発的性質}と呼ばれる。 本論文では、弦理論の派生とみなされることが多い非可換幾何学が、マクロスケールのワームホールとその性質を生み出し、それによって創発現象へと導く主要な基礎理論である。 これらの考察に基づき、モリス・ソーン・ワームホールを特徴付ける境界条件を再検討する。 その結果、ワームホール構造は大きく修正される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the classical and quantum dynamics of $f(R)$ gravity's rainbow in the presence of a perfect fluid, employing Schutz's formalism to establish a well-defined notion of time. In the classical regime, we derive and solve the equations of motion, obtaining both analytical and numerical solutions. Through canonical quantisation, we formulate the Schr\"{o}dinger-Wheeler-DeWitt (SWD) equation for the quantum model. By solving its eigenfunctions, we construct the wave function of the Universe and obtain analytical solutions in scenarios dominated by stiff matter. Our results highlight the impact of rainbow gravity on quantum evolution, particularly in modifying the structure of the wave function and shaping the transition from the quantum to the classical regime. | 我々は、シュッツの形式論を用いて明確に定義された時間の概念を確立し、完全流体の存在下での$f(R)$重力の虹の古典的および量子的ダイナミクスを調べる。 古典的領域において、運動方程式を導出して解き、解析解と数値解の両方を得る。 正準量子化を用いて、量子モデルに対するシュレーディンガー・ホイーラー・デウィット（SWD）方程式を定式化する。 その固有関数を解くことで、宇宙の波動関数を構築し、硬い物質が支配的なシナリオにおける解析解を得る。 我々の結果は、虹重力が量子進化、特に波動関数の構造の修正と量子領域から古典領域への遷移の形成に与える影響を浮き彫りにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Some recent studies based on numerical relativity simulations claim that slow contraction/ekpyrosis is strongly preferred over inflation as the smoothing mechanism that brought the universe into the homogeneous, isotropic and flat state we observe today on large scales. In this paper, we evaluate the likelihood of the initial conditions employed in the aforementioned simulations by estimating the probability that a free scalar field dominating the universe at the beginning of inflation or ekpyrosis will be sufficiently homogeneous on scales comparable to the Hubble radius at that time. We explore the space of parameters that characterize the initial power spectrum of the scalar field, finding that either can be more likely than the other for a fixed choice of parameters. On the other hand, when we extremize over these parameters, we find that the maximal probability for inflation is much higher than that of ekpyrosis. | 数値相対論シミュレーションに基づく最近の研究では、宇宙を今日大規模に観測される均質、等方性、平坦状態に導いた平滑化メカニズムとして、インフレーションよりも緩やかな収縮／エクピロシスが強く推奨されていると主張している。 本稿では、インフレーションあるいはエクピロシスの開始時に宇宙を支配する自由スカラー場が、当時のハッブル半径に匹敵するスケールにおいて十分に均質である確率を推定することにより、前述のシミュレーションで用いられた初期条件の尤度を評価する。 我々は、スカラー場の初期パワースペクトルを特徴付けるパラメータ空間を探索し、パラメータを固定した場合、どちらかが他方よりも尤度が高い可能性があることを見出した。 一方、これらのパラメータを極値化すると、インフレーションの最大確率はエクピロシスの最大確率よりもはるかに高いことがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will detect gravitational waves from the population of merging massive black holes binaries (MBHBs) throughout the Universe. The LISA data stream will feature many superposed signals from different astrophysical sources, requiring a global fit procedure. Most of the MBHB signals will be loud enough to be detected days or even weeks before the merger; and for those sources LISA will be able to predict the time of the merger well in advance of the coalescence, as well as an approximate position in the sky. In this paper, we present a fast detection and signal reconstruction scheme for massive black hole binaries in the LISA observation band. We propose: (i) a detection scheme for MBHB mergers allowing a first subtraction of these signals for the purpose of a global fit, and (ii) an efficient early detection scheme providing a time-of-merger estimate for a pre-merger signal, that will allow to trigger a protection period, placing LISA in ``do not disturb'' mode and enabling more detailed analysis that will facilitate multi-messenger observations. We highlight the effect of confusion of several overlapping in time MBHB signals in the pre-merger detection. | レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）は、宇宙全体で合体中の巨大ブラックホール連星（MBHB）からの重力波を検出します。 LISAのデータストリームには、さまざまな天体物理学的源からの多くの信号が重なり合うため、グローバルフィッティング手順が必要となります。 MBHB信号のほとんどは、合体の数日、あるいは数週間前に検出できるほど強力です。 そして、LISAはこれらの源について、合体のかなり前に合体の時刻と、天空のおおよその位置を予測することができます。 本論文では、LISAの観測帯域における巨大ブラックホール連星の高速検出および信号再構成手法を紹介します。 我々は、(i) MBHB合体検出方式として、グローバルフィッティングのためにこれらの信号を最初に減算する方式、および(ii) 合体前信号の合体時刻推定値を提供する効率的な早期検出方式を提案する。 これにより、保護期間を開始し、LISAを「妨害しない」モードに設定し、より詳細な解析を可能にしてマルチメッセンジャー観測を容易にする。 合体前検出において、時間的に重なり合う複数のMBHB信号が混同されることの影響を強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Observations indicate that the magnetic fields on neutron stars (NSs) lie in the range of $10^{8}$-$10^{15}$ G. We investigate rotating NSs with chaotic magnetic fields in both general relativity (GR) and Rastall gravity (RG). The equation of state (EOS) of NS matter is formulated within the framework of quantum hadrodynamics (QHD). The Hartle-Thorne formalism, extended to RG, is employed as an approximation for describing rotating NSs, while the magnetic field is modeled through an ansatz in which it is coupled to the energy density. We find that at high masses, neither rotation nor the Rastall parameter significantly affects the total mass, whereas the magnetic field strength can increase the maximum allowed mass. At lower masses, both the magnetic field and an increasing Rastall parameter reduce the stellar radius in the static configuration. Although higher angular velocities enhance stellar deformation, both magnetic field and larger Rastall parameter tend to suppress it. Regarding the moment of inertia, the Rastall parameter has little impact, whereas the magnetic field strength can increase it within the mass range $1.50$-$1.99 M_\odot$. All parameters considered in this study are consistent with observational constraints on the moment of inertia obtained from radio observations of massive pulsars. | 観測結果から、中性子星（NS）上の磁場は10^{8}～10^{15}Gの範囲にあることが示されている。 我々は、カオス磁場を有する回転中性子星を一般相対論（GR）とラスタール重力理論（RG）の両方で調査する。 NS物質の状態方程式（EOS）は、量子ハドロン力学（QHD）の枠組みで定式化される。 RGに拡張されたハートル・ソーン形式は、回転中性子星を記述するための近似として用いられ、磁場はエネルギー密度と結合した仮説を通してモデル化される。 高質量では、回転もラスタールパラメータも全質量に大きな影響を与えないが、磁場強度は最大許容質量を増加させる可能性があることがわかった。 低質量では、磁場とラスタールパラメータの増加の両方が、静的配置における恒星の半径を減少させる。 角速度の上昇は恒星の変形を増大させるものの、磁場とラストールパラメータの増加はそれを抑制する傾向がある。 慣性モーメントに関しては、ラストールパラメータはほとんど影響を与えないが、磁場強度は質量範囲$1.50$～$1.99 M_\odot$内でそれを増加させる可能性がある。 本研究で検討した全てのパラメータは、大質量パルサーの電波観測から得られた慣性モーメントに関する観測的制約と整合している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss the low-energy properties of binary superfluids with density-dependent interactions. Adding an intra-species coupling that induces an explicit soft symmetry-breaking, we determine the background pressure and we show that the low-energy spectrum consists of a massless Nambu- Goldstone boson and a massive (pseudo) Nambu-Goldstone boson. When the background velocities of the two superfluids are transonic, the system is characterized by two distinct acoustic horizons: the hydrodynamic analogue of the black hole event horizon. The Hawking-like emission occurring at these horizons produces an effective friction on the fluids. We compute the viscosity-to-entropy ratios close to the two acoustic horizons, finding that the emission of pseudo Nambu-Goldstone bosons violates the bound conjectured by Kovtun, Son and Starinet. | 密度依存相互作用を持つ二成分系超流体の低エネルギー特性について議論する。 明示的なソフト対称性の破れを誘起する種内相互作用を加えることで、背景圧力を決定し、低エネルギースペクトルが質量ゼロの南部-ゴールドストーンボソンと質量を持つ（擬似）南部-ゴールドストーンボソンから構成されることを示す。 2つの超流体の背景速度が遷音速のとき、系は2つの異なる音響地平、すなわちブラックホール事象の地平線の流体力学的類似体によって特徴付けられる。 これらの地平線で発生するホーキング型放射は、流体に有効摩擦を生み出す。 2つの音響地平線付近での粘性対エントロピー比を計算し、擬南部-ゴールドストーンボソンの放射がコフトゥン、ソン、およびスタリネットによって予想された境界を破ることを見出した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The influence of a possible low gravity scale, concretely through the presence of extra dimensions or additional species, on radiation properties of micro black holes is investigated. In particular, the suppression of evaporation through the so-called memory-burden effect is shown to be stronger, occurs earlier and with sharper transition compared to the canonical Planck-scale regime. It is furthermore shown how this affects the possibility of light primordial black hole dark matter, constraints on which may weaken substantially and allow them to be as light as $10^{-5}\,M_{\rm P}$, thereby lying in the particle regime. | 低重力スケール、具体的には余剰次元や追加種の存在が、マイクロブラックホールの放射特性に与える影響を調査する。 特に、いわゆる記憶負荷効果による蒸発抑制は、標準的なプランクスケール領域と比較して、より強く、より早く、より急激な遷移を伴って起こることが示される。 さらに、これが軽い原始ブラックホール暗黒物質の可能性にどのように影響するかを示す。 この可能性に対する制約は大幅に弱まり、暗黒物質は $10^{-5}\,M_{\rm P}$ 程度まで軽くなり、粒子領域に入る可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We initiate the study of the dynamics of spherically symmetric spacetimes beyond general relativity through exact solutions of the field equations of second-order effective gravitational theories defined solely in terms of the symmetries of the problem in 4 or more dimensions. We prove the existence of regular Vaidya solutions that represent the formation or change in mass of regular black holes (or black hole mimickers) due to the gravitational collapse or accretion of radiation, with the time-reverse of these processes being also included as solutions. Our treatment and results are remarkable in their simplicity and the possibilities they provide for novel theoretical applications and discoveries in the context of regular gravitational collapse. For instance, we illustrate how modifications of the gravitational dynamics can cure curvature singularities through what can be interpreted as an energy transfer between matter and gravitational degrees of freedom. As another application, we show how to incorporate spacetimes frequently used in the literature, designed geometrically to represent the formation and disappearance of regular black holes, as fully dynamical solutions within this formalism. | 我々は、4次元以上の問題の対称性のみで定義された2次有効重力理論の場の方程式の厳密解を通して、一般相対論を超えた球対称時空のダイナミクスの研究を開始する。 我々は、重力崩壊または輻射の集積による通常のブラックホール（またはブラックホール模倣体）の形成または質量変化を表す正規ヴァイディア解の存在を証明し、これらの過程の時間反転も解として含める。 我々の扱いと結果は、その単純さと、通常の重力崩壊の文脈における新たな理論的応用と発見への可能性において注目に値する。 例えば、我々は重力ダイナミクスの修正が、物質と重力自由度の間のエネルギー移動として解釈できるものを通じて、曲率特異点をどのように修正できるかを示す。 別の応用として、文献で頻繁に使用される時空（通常のブラックホールの形成と消滅を表現するために幾何学的に設計されている）を、この形式論における完全な動的解として組み込む方法を示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A self-interacting dark-matter (SIDM) density spike around merging supermassive black holes (SMBHs) may be able to supply the dynamical friction needed to shrink binaries from $\sim 1\, \mathrm{pc}$ to $\sim 10^{-2} \,\mathrm{pc}$, thereby resolving the long-standing "final-parsec problem". Embedding the binary-halo system in a cosmological population model, we evolve the inspiral under the combined influence of gravitational-wave (GW) emission and SIDM drag, compute the resulting nanohertz GW background, and confront it with the NANOGrav 15 year pulsar-timing data. A six-parameter Bayesian analysis, performed with a Gaussian-process-accelerated Markov chain Monte Carlo, yields posterior constraints on the cross-section per unit mass and maximum circular velocity values that were consistent with independent galaxy-rotation and cluster-lensing limits. Within this parameter space, the SIDM spike remains intact, supplies sufficient friction to overcome the stellar depletion barrier, and produces a characteristic-strain spectrum that matches the NANOGrav signal as well as phenomenological astrophysical models. | 合体する超大質量ブラックホール（SMBH）の周囲に見られる自己相互作用暗黒物質（SIDM）の密度スパイクは、連星系を$\sim 1\, \mathrm{pc}$から$\sim 10^{-2}\,\mathrm{pc}$まで縮小させるのに必要な動的摩擦を供給できる可能性があり、それによって長年の「最終パーセク問題」が解決される可能性がある。 連星ハロー系を宇宙論的種族モデルに組み込み、重力波（GW）放射とSIDM抵抗の複合影響下でインスパイラルを進化させ、結果として生じるナノヘルツの重力背景を計算し、NANOGravの15年間のパルサータイミングデータと比較する。 ガウス過程加速マルコフ連鎖モンテカルロ法を用いた6パラメータベイズ解析により、単位質量あたりの断面積と最大円速度に関する事後制約が得られ、これは銀河回転と銀河団レンズ効果の独立限界と整合していた。 このパラメータ空間内では、SIDMスパイクはそのまま残り、恒星の減衰障壁を乗り越えるのに十分な摩擦力を提供し、NANOGrav信号や現象論的天体物理学モデルと一致する特徴的な歪みスペクトルを生成する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present PyMerger, a Python tool for detecting binary black hole (BBH) mergers from the Einstein Telescope (ET), based on a Deep Residual Neural Network model (ResNet). ResNet was trained on data combined from all three proposed sub-detectors of ET (TSDCD) to detect BBH mergers. Five different lower frequency cutoffs ($F_{\text{low}}$): 5 Hz, 10 Hz, 15 Hz, 20 Hz, and 30 Hz, with match-filter Signal-to-Noise Ratio ($MSNR$) ranges: 4-5, 5-6, 6-7, 7-8, and >8, were employed in the data simulation. Compared to previous work that utilized data from single sub-detector data (SSDD), the detection accuracy from TSDCD has shown substantial improvements, increasing from $60\%$, $60.5\%$, $84.5\%$, $94.5\%$ to $78.5\%$, $84\%$, $99.5\%$, $100\%$, and $100\%$ for sources with $MSNR$ of 4-5, 5-6, 6-7, 7-8, and >8, respectively. The ResNet model was evaluated on the first Einstein Telescope mock Data Challenge (ET-MDC1) dataset, where the model demonstrated strong performance in detecting BBH mergers, identifying 5,566 out of 6,578 BBH events, with optimal SNR starting from 1.2, and a minimum and maximum $D_{L}$ of 0.5 Gpc and 148.95 Gpc, respectively. Despite being trained only on BBH mergers without overlapping sources, the model achieved high BBH detection rates. Notably, even though the model was not trained on BNS and BHNS mergers, it successfully detected 11,477 BNS and 323 BHNS mergers in ET-MDC1, with optimal SNR starting from 0.2 and 1, respectively, indicating its potential for broader applicability. | アインシュタイン望遠鏡（ET）からの連星ブラックホール（BBH）合体を検出するPythonツールPyMergerを紹介します。 これは、ディープ・レジデュアル・ニューラル・ネットワーク・モデル（ResNet）に基づいています。 ResNetは、ETの提案された3つのサブ検出器（TSDCD）すべてからのデータを組み合わせてBBH合体を検出するために学習されました。 データシミュレーションでは、5つの異なる低周波数カットオフ（$F_{\text{low}}$）：5 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz、30 Hz、およびマッチフィルタ信号対雑音比（$MSNR$）：4～5、5～6、6～7、7～8、および>8が使用されました。 単一サブ検出器データ（SSDD）を使用したこれまでの研究と比較して、TSDCDの検出精度は大幅に向上し、MSNRが4～5、5～6、6～7、7～8、>8のソースに対して、それぞれ$60\%$、$60.5\%$、$84.5\%$、$94.5\%$から$78.5\%$、$84\%$、$99.5\%$、$100\%$、$100\%$へと向上しました。 ResNetモデルは、最初のアインシュタイン望遠鏡模擬データチャレンジ（ET-MDC1）データセットで評価され、BBH合体検出において優れた性能を示しました。 6,578件のBBHイベントのうち5,566件を識別し、最適SNRは1.2から、最小$D_{L}$は0.5 Gpc、最大$D_{L}$は148.95 Gpcでした。 重複ソースのないBBH合体のみで学習したにもかかわらず、モデルは高いBBH検出率を達成しました。 特に、モデルはBNS合体とBHNS合体で学習していないにもかかわらず、ET-MDC1で11,477件のBNS合体と323件のBHNS合体を正常に検出し、最適SNRはそれぞれ0.2と1から始まり、より広範な適用可能性を示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Accurate predictions of weak lensing observables are essential for understanding the large-scale structure of the Universe and probing the nature of gravity. In this work, we present a lightcone implementation to generate maps of the weak lensing convergence field using the COmoving Lagrangian Acceleration (COLA) method. The lightcone is constructed in spherical shells from the source to the observer following an onion representation of the Universe. We validate the COLA-generated convergence maps in General Relativity by comparing five statistics to those of maps obtained with publically available high-resolution $N$-body simulations: the power spectrum, bispectrum, probability distribution function, peak counts and Minkowski functionals. The convergence power spectrum is accurate to within $5\%$ up to $\ell\sim500$ and to within $10\%$ up to $\ell\sim750$, confirming the accuracy of this method on both linear and non-linear scales. For the probability distribution function, peak counts and Minkowski functionals, we determine the map pixel resolution required for COLA to capture the statistical features of the $N$-body convergence maps. Our validation tests provide a baseline for the convergence map specifications at which we can trust COLA for each statistic considered. Using these map specifications, we extend our analyses to two representative theories of Modified Gravity, and demonstrate their imprints on the five convergence statistics considered. This work represents a step towards precise weak lensing predictions under both General Relativity and Modified Gravity with reduced computational cost, providing a robust framework to explore the nature of gravity using field-level inference. | 弱重力レンズ観測量の正確な予測は、宇宙の大規模構造を理解し、重力の性質を探る上で不可欠です。 本研究では、COmoving Lagrangian Acceleration (COLA) 法を用いて弱重力レンズ収束場のマップを生成するための光円錐実装を提示します。 光円錐は、宇宙のタマネギ表現に従って、光源から観測者までの球殻内に構築されます。 COLAによって生成された一般相対論における収束マップを、公開されている高解像度のN体シミュレーションで得られたマップの5つの統計値（パワースペクトル、バイスペクトル、確率分布関数、ピークカウント、ミンコフスキー関数）と比較することにより検証します。 収束パワースペクトルの精度は、$\ell\sim500$ まで $5\%$ 以内、$\ell\sim750$ まで $10\%$ 以内であり、線形スケールと非線形スケールの両方でこの手法の精度を確認しました。 確率分布関数、ピークカウント、ミンコフスキー関数について、COLA が $N$ 体収束マップの統計的特徴を捉えるために必要なマップピクセル解像度を決定しました。 検証テストは、各統計量について COLA を信頼できる収束マップ仕様のベースラインを提供します。 これらのマップ仕様を用いて、解析を 2 つの代表的な修正重力理論に拡張し、検討した 5 つの収束統計量への影響を示します。 本研究は、計算コストを削減しながら、一般相対論と修正重力理論の両方において正確な弱レンズ効果予測を実現するための一歩であり、場レベルの推論を用いて重力の性質を探求するための堅牢な枠組みを提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quantum Improved Regular Kerr (QIRK) black hole is a rotating regular black hole model constructed based on the asymptotic safety method. The model eliminates the ring singularity and prevents the formation of closed timelike curves, while retaining well-defined thermodynamic properties. Given these properties, probing the observable features of the QIRK black hole is important. In this work, we numerically determine the region of parameter space in which the QIRK spacetime remains regular, admits an event horizon, and is free of closed timelike curves. Subsequently, we simulate images of a QIRK black hole surrounded by a thin accretion disk. We find the primary effect of the quantum correction parameter, $\widetilde{\omega}$, is a systematic reduction in the overall observed intensity, with only subtle effects on the image geometry. Using observational data from the Event Horizon Telescope (EHT) for Sgr A* and M87*, we further constrain the parameters of the QIRK black hole. Moreover, since there exist QIRK parameters that are free of singularities and can admit closed timelike curves, we investigate the images of CTCs under these conditions. These results reveal the distinctive observational features of the QIRK spacetime and provide a quantitative basis for assessing its viability as an astrophysical candidate. | 量子改良正則カー（QIRK）ブラックホールは、漸近安全性法に基づいて構築された回転正則ブラックホールモデルである。 このモデルは、リング特異点を排除し、閉じた時間的曲線の形成を防ぎながら、明確に定義された熱力学的特性を保持する。 これらの特性を考慮すると、QIRKブラックホールの観測可能な特徴を調べることは重要である。 本研究では、QIRK時空が正則性を維持し、事象の地平線を許容し、閉じた時間的曲線が存在しないパラメータ空間の領域を数値的に決定する。 次に、薄い降着円盤に囲まれたQIRKブラックホールの像をシミュレーションする。 量子補正パラメータ$\widetilde{\omega}$の主な効果は、観測される全体的な強度の系統的な減少であり、像の形状にはわずかな影響しか及ぼさないことがわかった。 イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）によるSgr A*とM87*の観測データを用いて、QIRKブラックホールのパラメータをさらに制限する。 さらに、特異点を持たず、閉じた時間的曲線を許容するQIRKパラメータが存在するため、これらの条件下でのCTCの像を調べる。 これらの結果は、QIRK時空の独特の観測的特徴を明らかにし、天体物理学的候補としての実現可能性を評価するための定量的な根拠を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The fundamental nature of dark matter (DM) remains unknown, with significant uncertainties in its density profile. DM environments surrounding massive binary black holes (BBHs) modify their orbital dynamics, thereby altering gravitational wave (GW) emissions. For BBH systems at the Galactic Center, dynamical friction induced by DM spikes could produce detectable deviations in GW spectra, potentially observable by future space-based detectors. To address the uncertainties in the Galactic Center's DM profile, we systematically examine two scenarios: the generalized Navarro-Frenk-White (gNFW) profile and its post-spike modification. We investigate the evolutionary effects of DM dynamical friction and accretion on the eccentricity and semi-latus rectum of secondary black holes (BHs) in elliptical orbits. By constructing orbital models with varying initial eccentricities across the mass-semi-latus rectum parameter space and utilizing 30 years of simulated pulsar timing array data from the Square Kilometer Array (SKA), we identify detectable parameter regimes of DM effects and employ these GW observational signatures to constrain different DM density profiles. Our analysis reveals that among gNFW profiles ($\gamma=2,1.5,1,0.5$), only $\gamma=2$ produces significant detectable signatures. The formation of DM spikes further enhances these observable waveform deviations for all gNFW slopes. | 暗黒物質（DM）の根本的な性質は未だ解明されておらず、その密度プロファイルには大きな不確実性が存在する。 大質量連星ブラックホール（BBH）を取り巻くDM環境は、BBHの軌道ダイナミクスを変化させ、それによって重力波（GW）の放射を変化させる。 銀河中心のBBH系では、DMスパイクによって引き起こされる動的摩擦によって重力波スペクトルに検出可能な偏差が生じ、将来の宇宙検出器によって観測される可能性がある。 銀河中心のDMプロファイルの不確実性に対処するため、我々は一般化ナバロ・フレンク・ホワイト（gNFW）プロファイルとそのスパイク後の修正という2つのシナリオを体系的に検証する。 我々は、楕円軌道上の二次ブラックホール（BH）の離心率と半緯度直角に対するDMの動的摩擦と集積の進化的影響を調査する。 質量-半緯度直角パラメータ空間にわたって初期離心率を変化させた軌道モデルを構築し、平方キロメートルアレイ（SKA）の30年間の模擬パルサータイミングアレイデータを利用することで、DM効果の検出可能なパラメータ領域を特定し、これらの重力波観測シグネチャーを用いて異なるDM密度プロファイルを制約した。 解析の結果、gNFWプロファイル（$\gamma=2,1.5,1,0.5$）のうち、$\gamma=2$のみが有意な検出可能なシグネチャーを生成することが明らかになった。 DMスパイクの形成は、すべてのgNFW勾配において、これらの観測可能な波形偏差をさらに増大させる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Binary neutron star (BNS) mergers can be sources of ultrahigh-energy (UHE) cosmic rays and potential emitters of UHE neutrinos. The upcoming and current radio neutrino detectors like the Giant Radio Array for Neutrino Detection (GRAND), IceCube-Gen2 Radio, and the Radio Neutrino Observatory in Greenland (RNO-G) are projected to reach the required sensitivities to search for these neutrinos. In particular, in conjunction with the next-generation of gravitational wave (GW) detectors like Cosmic Explorer (CE) and Einstein Telescope (ET), GW-triggered stacking searches can be performed with the UHE neutrino detectors. In this work, we explore the prospects of such searches by implementing in our analysis an upper distance limit based on the sky-localization capabilities of the GW detectors from which meaningful triggers can be collected. We find that if each GW burst is associated with a total isotropic-equivalent energy of $\sim 10^{50} - 10^{51}$ erg emitted in UHE neutrinos, along with a corresponding beaming fraction of $1$%, GRAND and IceCube-Gen2 Radio have a large probability ($\sim 99$%) to detect a coincident neutrino event using the joint combination of CE+ET in a timescale of less than 15 years of operation for our fiducial choice of parameters. In case of nondetections, the parameter spaces can be constrained at $3\sigma$ level in similar timescales of operation. We also highlight and discuss the prospects of such joint radio neutrino detector network, their importance, and their role in facilitating synergic GW and neutrino observations in the next era of multimessenger astrophysics. | 中性子星連星（BNS）合体は、超高エネルギー（UHE）宇宙線の発生源となり、UHEニュートリノの潜在的な放出源となる可能性があります。 巨大電波ニュートリノ検出アレイ（GRAND）、IceCube-Gen2 Radio、グリーンランド電波ニュートリノ観測所（RNO-G）といった、現在および将来建設予定の電波ニュートリノ検出器は、これらのニュートリノを探索するために必要な感度を達成すると予測されています。 特に、コズミック・エクスプローラー（CE）やアインシュタイン望遠鏡（ET）といった次世代重力波（GW）検出器と組み合わせることで、UHEニュートリノ検出器を用いた重力波トリガースタッキング探索が可能になります。 本研究では、重力波検出器の天空位置特定能力に基づいて、意味のあるトリガーを収集できる距離の上限を解析に導入することにより、このような探索の可能性を探ります。 各重力波バーストが超高エネルギーニュートリノとして放出される全等方性等価エネルギー $\sim 10^{50} - 10^{51}$ erg と、それに対応するビーミング率 $1$% を伴っている場合、GRAND と IceCube-Gen2 Radio は、我々の信頼すべきパラメータ選択において、15 年未満の運用期間内に CE+ET の併用により同時発生ニュートリノ事象を検出する高い確率 ($\sim 99$%) を持つことがわかった。 検出されない場合でも、同様の運用期間においてパラメータ空間は $3\sigma$ レベルに制限できる。 また、このような共同電波ニュートリノ検出器ネットワークの展望、その重要性、そして次世代のマルチメッセンジャー天体物理学における重力波とニュートリノの相乗観測を促進する上での役割についても強調し、議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The detection of weak forces is a central problem in physics and engineering, ranging in importance from fundamental pursuits such as precision tests of gravity, gravitational-wave detection, and searches for dark matter, to applications such as force microscopy. These pursuits require a low-mass mechanical force transducer with a high quality factor, whose motion can be measured in a quantum-noise-limited manner. Here we study the ultimate example of such a transducer: a single trapped electron. We propose and analyze in detail a new scheme for high-sensitivity continuous force detection using a single trapped electron whose motion is coupled to a microwave cavity field via image currents induced in an antenna. We derive the fundamental and technical limits to the sensitivity of this scheme and show that despite the disparity in size between that of a single electron and the wavelength of the microwave field, it is possible to continuously monitor the charge's zero-point motion and use it as a force detector with a sensitivity as low as $6\times 10^{-27}\ \mathrm{N} / \sqrt{\mathrm{Hz}}$ in the gigahertz regime. This sensitivity improves on the state-of-the-art by four orders of magnitude and thus paves the way to novel precision experiments. | 弱い力の検出は物理学と工学における中心的な課題であり、その重要性は、重力の精密な検証、重力波の検出、暗黒物質の探索といった基礎研究から、力顕微鏡法といった応用研究にまで及びます。 これらの研究には、量子ノイズ限界下で運動を測定可能な、高Q値を有する低質量の機械式力変換器が必要です。 本研究では、そのような変換器の究極の例である単一捕捉電子を研究します。 単一捕捉電子の運動は、アンテナに誘起されるイメージ電流を介してマイクロ波空洞場と結合しており、これを用いた高感度連続力検出のための新しい方式を提案し、詳細に解析します。 この方式の感度に関する基本的かつ技術的な限界を導出し、単一電子の大きさとマイクロ波場の波長の差にもかかわらず、電荷の零点運動を連続的に監視し、ギガヘルツ領域において最低$6\times 10^{-27}\ \mathrm{N} / \sqrt{\mathrm{Hz}}$の感度を持つ力検出器として使用できることを示します。 この感度は最先端技術を4桁上回るものであり、新たな精密実験への道を開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We calculate the power spectrum of cosmological perturbations originated from quantum vacuum fluctuations in bouncing scenarios proposed in Ref.~\cite{chamseddine2014cosmology} in the framework of mimetic cosmology. We show that all physically relevant models produce scale invariant spectral indices, and amplitudes compatible with observations provided that the bounce occurs at length scales $t_0$ inside the physically reasonable interval $10^5 l_p < t_0 < 10^9 l_p$. We also show that by slightly modifying the scalar field potential proposed in Ref.~\cite{chamseddine2014cosmology}, we can also obtain the observed red-tilted spectral index, with the same amplitude constraints. Hence, mimetic cosmology provides reasonable bouncing cosmological models without the need of any background quantum effect. | 我々は、Ref.~\cite{chamseddine2014cosmology}で提案されたバウンスシナリオにおける量子真空揺らぎに起因する宇宙論的摂動のパワースペクトルを、模倣宇宙論の枠組みを用いて計算する。 物理的に関連するすべてのモデルは、バウンスが物理的に妥当な区間$10^5 l_p < t_0 < 10^9 l_p$内の長さスケール$t_0$で発生する限り、スケール不変のスペクトル指数と観測結果と整合する振幅を生成することを示す。 また、Ref.~\cite{chamseddine2014cosmology}で提案されたスカラー場ポテンシャルをわずかに修正することで、同じ振幅制約の下で、観測される赤方傾斜スペクトル指数も得られることを示す。 したがって、模倣宇宙論は、背景量子効果を必要とせずに、妥当なバウンス宇宙論モデルを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We perform the dynamical system analysis of a cosmological model in the energy-momentum squared gravity (EMSG) of the form $f(T_{\mu\nu} T^{\mu\nu})=\alpha\ln({\lambda}T_{\mu\nu} T^{\mu\nu})$, which is known as energy-momentum log gravity (EMLG). In particular, we show that the analytical cosmological solution of EMLG presented by Akarsu {\it et al.} (Eur. Phys. J. C 79:846, 2019) is a future attractor. It includes new terms in the right-hand side of the Einstein field equations, which yield constant inertial mass density and provide a dynamical dark energy with a density passing below zero at large redshifts, accommodating a mechanism for screening $\Lambda$ in the past for $\alpha<0$, suggested for alleviating some cosmological tensions. We show that the second law of thermodynamics requires $\alpha\leq0$ that allows the screening mechanism to take place. We also show that the model gives rise to an entire class of new stable late-time solutions with $H\rightarrow\sqrt{(\Lambda+2\alpha)/3}$ as $a\rightarrow\infty$, where the new term is due to the constant effective inertial mass density that arises from EMLG contribution of dust, whereas $H\rightarrow\sqrt{\Lambda/3}$ as $a\rightarrow\infty$ in the $\Lambda$CDM model. We also show the existence of new interesting features and trajectories that are absent in $\Lambda$CDM with or without spatial curvature. | 我々は、エネルギー運動量対数重力（EMLG）として知られる、$f(T_{\mu\nu} T^{\mu\nu})=\alpha\ln({\lambda}T_{\mu\nu} T^{\mu\nu})$ の形をとるエネルギー運動量二乗重力（EMSG）宇宙論モデルの力学系解析を行う。 特に、Akarsu {\it et al.} (Eur. Phys. J. C 79:846, 2019) によって提示されたEMLGの解析的宇宙論解が未来アトラクターであることを示す。 このモデルは、アインシュタイン場の方程式の右辺に新しい項を追加し、一定の慣性質量密度を与え、大きな赤方偏移で密度がゼロを下回る動的ダークエネルギーを与える。 これは、過去に$\alpha<0$のときに$\Lambda$を遮蔽するメカニズムを包含し、宇宙論的緊張を緩和すると示唆されている。 熱力学第二法則は、遮蔽メカニズムが働くことを可能にする$\alpha\leq0$を必要とすることを示す。 また、このモデルは、$H\rightarrow\sqrt{(\Lambda+2\alpha)/3}$が$a\rightarrow\infty$となる、一連の新しい安定な後期解を生み出すことも示す。 ここで、新しい項はEMLGにおけるダストの寄与から生じる一定の有効慣性質量密度によるものである。 一方、$\Lambda$CDMモデルでは、$H\rightarrow\sqrt{\Lambda/3}$が$a\rightarrow\infty$となる。 また、空間曲率の有無にかかわらず$\Lambda$CDMには存在しない、新しい興味深い特徴と軌跡の存在も示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate exact solutions of the Einstein field equations in higher-dimensional, spatially homogeneous Bianchi type-I spacetimes, introducing a real parameter $\lambda$ that correlates the expansion rates of external and internal spaces. Extending beyond Robertson--Walker spacetime, our approach includes positive and negative correlations, suggesting a broader and isotropic/anisotropic cosmological model space. Positively correlated dimensions manifest as a cosmological constant at late times, while at early times, they mimic stiff-fluid-like dark energy that dilutes faster than radiation, paralleling early dark energy models. This suggests a pathway for alleviating the Hubble tension by tailoring higher-dimensional dynamics to reduce the sound horizon. When anisotropic expansion is allowed, these models achieve isotropization more efficiently than predicted by Wald's cosmic no-hair theorem. Negative correlations, in contrast, yield a higher-dimensional steady-state universe where the shear scalar remains constant, effectively emulating a negative cosmological constant. These distinct behaviors arise from a simple signature change: positive correlation accelerates shear scalar decay, while negative correlation stabilizes it. We demonstrate that the solutions admit analytic continuation from the Lorentzian to Euclidean regime ($t \to -i\tau$), revealing a wormhole-like topology that connects two asymptotic regions via a throat, with $\lambda \to -\lambda$. | 我々は、高次元で空間的に一様なビアンキI型時空におけるアインシュタイン場の方程式の厳密解を、外部空間と内部空間の膨張速度を相関させる実パラメータ$\lambda$を導入して調べる。 ロバートソン-ウォーカー時空を超えて拡張することで、我々のアプローチは正と負の相関を含み、より広範で等方性/異方性の宇宙論モデル空間を示唆する。 正に相関した次元は、後期には宇宙定数として現れるが、初期には、初期のダークエネルギーモデルに類似し、放射よりも速く希釈される硬い流体のようなダークエネルギーを模倣する。 これは、高次元ダイナミクスを調整して音の地平線を縮小することにより、ハッブル張力を軽減する経路を示唆している。 異方的な膨張が許容される場合、これらのモデルは、ワルドの宇宙無毛定理によって予測されるよりも効率的に等方化を達成する。 対照的に、負の相関は、シアスカラーが一定のままである高次元の定常宇宙をもたらし、事実上、負の宇宙定数を模倣する。 これらの異なる挙動は、単純なシグネチャの変化から生じる。 正の相関はシアスカラーの崩壊を加速し、負の相関はそれを安定化させる。 我々は、これらの解がローレンツ領域からユークリッド領域（$t \to -i\tau$）への解析接続を許すことを証明し、2つの漸近領域をスロートを介して接続するワームホールのような位相、$\lambda \to -\lambda$を明らかにする。 |