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| Original Text | 日本語訳 |
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| Grey-body factors are not only essential ingredients for computing the intensity of Hawking radiation, but also serve as characteristics of black hole's geometry that are closely related to their quasinormal modes. Importantly, they tend to be more stable under small deformations of the background spacetime. In this work, we carry out a detailed analysis of grey-body factors and Hawking radiation for a spherically symmetric black hole subject to localized deformations which do not alter the Hawking temperature: near-horizon modifications to simulate possible new physics or matter fields, and far-zone perturbations to model environmental or astrophysical effects. We show that environmental deformations have only a minor impact on the grey-body factors and Hawking radiation--unless the additional potential barrier created by the environment becomes comparable in height to the primary peak associated with the black hole itself, a scenario more relevant to nonlinear dynamics. In contrast, near-horizon deformations significantly affect the Hawking spectrum, particularly in the low-frequency regime. | 灰色体因子は、ホーキング放射の強度を計算するための重要な要素であるだけでなく、ブラックホールの準正規モードと密接に関連するブラックホールの形状特性としても機能する。 重要な点として、灰色体因子は背景時空の小さな変形に対してより安定する傾向がある。 本研究では、ホーキング温度を変化させない局所変形（新しい物理場や物質場の可能性をシミュレートするための近地平線変形、および環境や天体物理学的影響をモデル化するための遠方領域摂動）を受ける球対称ブラックホールの灰色体因子とホーキング放射の詳細な解析を行う。 環境変形は、灰色体因子とホーキング放射にわずかな影響しか及ぼさないことを示す。 ただし、環境によって生成される追加のポテンシャル障壁の高さがブラックホール自体に関連する主ピークに匹敵するようになる場合は除く。 これは非線形力学により関連したシナリオである。 対照的に、地平線近くの変形は、特に低周波領域において、ホーキングスペクトルに大きな影響を与えます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We simulate the formation of Fuzzy Dark Matter (FDM) cores in the presence of a Black Hole (BH) to explore whether BHs can serve as seeds for FDM core condensation. Our analysis is based on the core-condensation via the kinetic relaxation process for random initial conditions of the FDM. In a generic scenario the BH merges with a pre-collapsed mini-cluster formed in a random location, once they share location the core-condensation starts withe the FDM density centered at the black hole that during the process acquires a profile consistent with that of the stationary solution of the FDM+BH eigenvalue problem. These results indicate that BHs can indeed act as focal points for FDM core condensation. Furthermore, we find that the central density of the resulting FDM core depends on the mass of the BH, which due to its permanent motion relative to the FDM core during the evolution, produces a smaller core density for bigger BH masses; in this way the BH mass is a parameter leading to a new diversity of central FDM core densities. As a collateral result, for our analysis we revised the construction of stationary solutions of FDM+BH and found a phenomenological formula for the FDM density that can be used to fit FDM cores around BHs. | ブラックホール（BH）存在下でのファジーダークマター（FDM）コアの形成をシミュレートし、BHがFDMコア凝縮の種として機能できるかどうかを調査する。 我々の解析は、FDMのランダム初期条件における運動学的緩和過程を介したコア凝縮に基づいている。 一般的なシナリオでは、BHはランダムな場所に形成された崩壊前のミニクラスターと合体し、両者が位置を共有すると、ブラックホールを中心とするFDM密度内でコア凝縮が始まり、その過程でFDM+BH固有値問題の定常解と整合するプロファイルを獲得する。 これらの結果は、BHが実際にFDMコア凝縮の焦点として機能できることを示している。 さらに、結果として得られるFDMコアの中心密度はBHの質量に依存することがわかりました。 BHは進化の過程でFDMコアに対して永久運動するため、BHの質量が大きいほどコア密度は小さくなります。 このように、BHの質量は、中心FDMコア密度の新たな多様性につながるパラメータです。 付随的な結果として、本解析ではFDM+BHの定常解の構成を見直し、BH周囲のFDMコアをフィッティングするために使用できるFDM密度の現象論的式を発見しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We identify a new class of time periodic attractor solutions in scalar field cosmology, which we term Cosmological Frequency Combs (CFC). These solutions arise in exponential quintessence models with a phantom matter background and exhibit coherent phase-locked oscillations in the scalar field's normalized variables. We demonstrate that such dynamics induce modulations in observables like the Hubble parameter and growth rate, offering a dynamical mechanism to even address the H0 tension exactly. Our results uncover a previously unexplored phase of cosmic acceleration, linking the concept of frequency combs to large scale cosmological evolution. | 我々はスカラー場宇宙論において、新しい種類の時間周期アトラクター解を特定し、これを宇宙論的周波数コム（CFC）と名付ける。 これらの解は、ファントム物質背景を持つ指数関数的クインテッセンス模型において現れ、スカラー場の正規化された変数においてコヒーレントな位相同期振動を示す。 我々は、このようなダイナミクスがハッブルパラメータや成長率といった観測量の変調を引き起こし、H0張力を正確に扱うことさえ可能な力学メカニズムを提供することを示す。 我々の研究結果は、これまで未踏であった宇宙の加速膨張の段階を明らかにし、周波数コムの概念と大規模宇宙論的進化を結びつけるものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We set up and perform collision rate simulations between dark matter in the form of asteroid-mass primordial black holes (PBHs) and white dwarf stars. These encounters trigger prompt detonations and could be the key to solving the ignition mystery of type Ia supernovae. Our framework is flexible enough to cover the full range of progenitor white dwarf masses, host galaxy stellar masses, galactocentric radial offsets, and cosmic time. The rate distribution pattern is consistent with exhaustive literature observational determinations for a slightly extended log-normal PBH mass spectrum. Most strikingly, the so far unexplained brightness distribution comes out without finetuning. We find no severe contradictions, except that the inferred PBH mass scale is unpredicted from first principles. | 小惑星質量の原始ブラックホール（PBH）と白色矮星という形態の暗黒物質との衝突率シミュレーションを構築し、実行する。 これらの衝突は即発爆発を引き起こし、Ia型超新星の点火の謎を解く鍵となる可能性がある。 我々の枠組みは、母体白色矮星の質量、母銀河の恒星質量、銀河中心からの半径オフセット、そして宇宙時間の全範囲をカバーできるほど柔軟である。 衝突率分布パターンは、わずかに拡張された対数正規分布のPBH質量スペクトルに対する、網羅的な文献観測結果と整合している。 最も驚くべきことは、これまで説明できなかった輝度分布が、微調整なしに得られることである。 推定されたPBH質量スケールが第一原理から予測できないことを除いて、重大な矛盾は見つからなかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a fully analytical approach to calculate the nonlinearities of the gravitational waves in the ringdown of a Kerr black hole in the eikonal limit. The corresponding quasi-normal modes are associated to the orbits of a closed circular null geodesic and the problem can be analyzed by taking the Penrose limit around it. We calculate analytically the amplitude and the phase of the quadratic quasi-normal modes as well as its dependence on the black hole spin. | 我々は、カーブラックホールのリングダウンにおける重力波の非線形性を、アイコナール極限において完全に解析的な手法で計算する。 対応する準正規モードは、閉じた円形のヌル測地線の軌道に関連付けられており、この問題は、その周囲にペンローズ極限をとることで解析できる。 我々は、2次の準正規モードの振幅と位相、そしてブラックホールスピンへの依存性を解析的に計算する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Relationality is the paradigmatic conceptual core of general-relativistic gauge field theory. It can be made manifest via the Dressing Field Method (DFM) of symmetry reduction, a systematic tool to achieve gauge-invariance by extracting the physical degrees of freedom representing relations among field variables. We review and further expand on some applications of the DFM to the very foundations of the supersymmetric framework, where it allows to build relational supersymmetric field theory and (dis)solves crucial issues. Furthermore, we elaborate on a novel approach within the relational supersymmetric field theory framework giving a unified description of fermionic matter fields and bosonic gauge fields, and thus close to Berezin's original motivation for the introduction of supergeometry in fundamental physics: a Matter-Interaction Supergeometric Unification (MISU). This new approach stands irrespective from the ultimate empirical status of standard supersymmetric field theory, about which it is agnostic. | 関係性は、一般相対論的ゲージ場理論のパラダイム的な概念的核心である。 これは、対称性縮小のドレッシング場法（DFM）によって明示化される。 これは、場の変数間の関係を表す物理的自由度を抽出することでゲージ不変性を達成する体系的な手法である。 本稿では、DFMの超対称枠組みの基礎そのものへの応用を概観し、さらに拡張する。 DFMは、関係的超対称場理論の構築を可能にし、重要な問題を（不）解決する。 さらに、関係的超対称場理論の枠組みにおける新しいアプローチ、すなわちフェルミオン物質場とボソンゲージ場の統一的な記述を与えるアプローチについて詳述する。 これは、ベレジンが基礎物理学に超幾何学を導入した当初の動機に近いものである。 物質相互作用超幾何学統一（MISU）である。 この新しいアプローチは、標準的な超対称場の理論の究極の経験的地位とは無関係であり、それについては不可知論的です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that the random adjacency matrices induced by the chronological relations and i.i.d. samples of two spacetimes coincide in law if and only if the spacetimes in question are smoothly isometric. A similar result holds for weighted spacetimes. In the smooth framework of our article, this relaxes the hypotheses of the recent Gromov reconstruction theorem in Lorentzian signature by Braun-S\"amann from a.s. isometry of the respective time separation functions to a.s. order isometry. In a probabilistic way, our result makes a key paradigm of causal set theory rigorous: spacetime can be recovered by only knowing "order" and "number" of its points. It confirms a weak version of Bombelli's conjecture; therefore, it contributes to recent efforts of formalizing the Hauptvermutung (viz. fundamental conjecture) of causal set theory. | 二つの時空の時系列関係と独立同値サンプルによって誘導されるランダム隣接行列が、問題の時空が滑らかに等長である場合に限り、法則的に一致することを示す。 重み付き時空についても同様の結果が得られる。 本論文の滑らかな枠組みにおいて、これは、ブラウン＝サマンによるロレンツシグネチャにおける最近のグロモフ再構成定理の仮説を、それぞれの時間分離関数の水平等長性から水平順序等長性へと緩和する。 確率論的に、我々の結果は因果集合論の重要なパラダイムを厳密化する。 すなわち、時空はその点の「順序」と「数」を知るだけで復元できる。 これはボンベリ予想の弱いバージョンを裏付けるものであり、したがって、因果集合論のHauptvermutung（すなわち基本予想）を形式化する最近の取り組みに貢献する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the possibility of \emph{freeze-in} dark matter production and baryogenesis in an $E_6$ extension of the Standard Model, featuring a residual $U(1)_{\psi'}$ gauge symmetry. This symmetry arises from a linear combination of $U(1)\chi$ and $U(1)_{\psi}$, both of which are subgroups of the $E_6$. The spontaneous breaking of $U(1)_{\psi'}$ symmetry governs the dynamics of a singlet fermion, which naturally serves as a freeze-in dark matter candidate. The dark matter mass arises from dimension-five operators, and a discrete symmetry ensures their stability. We show that freeze-in production from scalar decay can yield the correct relic abundance for dark matter masses between few MeV to a few hundred GeV. Simultaneously, heavy right-handed neutrinos generate light neutrino masses via the type-I seesaw and produce the observed baryon asymmetry via leptogenesis. | 我々は、残余ゲージ対称性$U(1)_{\psi'}$を特徴とする標準模型の$E_6$拡張において、\emph{凍結}暗黒物質生成とバリオン生成の可能性を調べる。 この対称性は、$E_6$の部分群である$U(1)\chi$と$U(1)_{\psi}$の線形結合から生じる。 $U(1)_{\psi'}$対称性の自発的破れは、当然ながら凍結暗黒物質の候補となるシングレットフェルミオンのダイナミクスを支配する。 暗黒物質の質量は5次元演算子から生じ、離散対称性がそれらの安定性を保証する。 我々は、スカラー崩壊による凍結生成が、数MeVから数百GeVの暗黒物質質量に対して正しい残存量を与え得ることを示す。 同時に、重い右巻きニュートリノはタイプIシーソーを介して軽いニュートリノ質量を生成し、レプトジェネシスを介して観測される重粒子非対称性を生み出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we explore how a massless Tachyon field, when non-minimally coupled to gravity, affects gravitational memory, soft theorems, and symmetries near null infinity. We set up the model using both the Jordan and Einstein frames, work out the equations of motion and study the behavior of fields at large distances with the Bondi-Sachs gauge. The Tachyon adds a ``breathing'' polarization mode to the gravitational radiation, which modifies the Bondi mass loss formula and leaves a trace in the displacement memory effect. We also derived the leading and subleading soft factors, involving the radiation of a soft graviton or a soft scalar. | 本論文では、質量ゼロのタキオン場が重力と非最小結合している場合、重力記憶、ソフト定理、およびヌル無限大近傍の対称性にどのような影響を与えるかを探求する。 ジョーダン系とアインシュタイン系の両方を用いてモデルを構築し、運動方程式を解き、ボンダイ・サックスゲージを用いて遠距離における場の挙動を研究する。 タキオンは重力放射に「呼吸」偏光モードを付加し、ボンダイ質量損失公式を修正し、変位記憶効果に痕跡を残す。 また、ソフト重力子またはソフトスカラーの放射を含む、リーディングおよびサブリーディングソフト因子を導出した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The dispersion in the speed of gravitational waves is a novel way to test the general theory of relativity and understand whether the origin of cosmic acceleration is due to any alternative theory of gravity. Several alternative theories of gravity predict dispersion in the gravitational wave signal in a frequency-dependent deviation from the speed of light at lower frequencies than accessible from current ground-based detectors. We show how a multi-band observation of gravitational wave signal combining deci-Hertz gravitational wave signal from LGWA (Lunar Gravitational Wave Antenna) with ground-based detectors such as Cosmic Explorer or Einstein Telescope, and also including LISA (Laser Interferometer Space Antenna), we can probe the energy scale associated with effective theory of modified gravity scenarios by combining only $\mathcal{O}(10)$ high signal to noise ratio (SNR) with a precision of approximately $8.6\%$. This precision will further improve with the inclusion of more events as $\sqrt{N}$. In the future, this measurement will shed light on an unexplored domain of fundamental physics and will bring deeper insights into the phenomenon of cosmic acceleration. The operation of the gravitational wave detector in the deci-Hertz frequency band is key to exploring this frontier of fundamental physics. | 重力波速度の分散は、一般相対性理論を検証し、宇宙加速の起源が何らかの代替重力理論によるものかどうかを理解するための新たな方法である。 いくつかの代替重力理論は、現在の地上検出器で測定可能な周波数よりも低い周波数において、光速からの周波数依存偏差で重力波信号の分散を予測している。 本研究では、LGWA（月重力波アンテナ）からのデシヘルツ重力波信号と、コズミック・エクスプローラーやアインシュタイン望遠鏡などの地上検出器、さらにLISA（レーザー干渉計宇宙アンテナ）を含む重力波信号のマルチバンド観測により、わずか$\mathcal{O}(10)$の高い信号対雑音比（SNR）と約$8.6\%$の精度を組み合わせることで、修正重力シナリオの有効理論に関連するエネルギースケールを調べることができることを示す。 この精度は、$\sqrt{N}$ としてより多くのイベントを含めることでさらに向上します。 将来的には、この測定は基礎物理学の未開拓領域に光を当て、宇宙の加速現象へのより深い洞察をもたらすでしょう。 デシヘルツ周波数帯での重力波検出器の運用は、この基礎物理学のフロンティアを探求する鍵となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Assuming a minimal $\Lambda$CDM cosmology with three massive neutrinos, the joint analysis of Planck cosmic microwave background data, DESI baryon acoustic oscillations, and distance moduli measurements of Type Ia supernovae from the Pantheon+ sample sets an upper bound on the total neutrino mass, $\sum m_\nu \lesssim 0.06$-$0.07$ eV, that lies barely above the lower limit from oscillation experiments. These constraints are mainly driven by mild differences in the inferred values of the matter density parameter across different probes that can be alleviated by introducing additional background-level degrees of freedom (e.g., by dynamical dark energy models). However, in this work we explore an alternative possibility. Since both $\Omega_\mathrm{m}$ and massive neutrinos critically influence the growth of cosmic structures, we test whether the neutrino mass tension may originate from the way matter clusters, rather than from a breakdown of the $\Lambda$CDM expansion history. To this end, we introduce the growth index $\gamma$, which characterizes the rate at which matter perturbations grow. Deviations from the standard $\Lambda$CDM value ($\gamma \simeq 0.55$) can capture a broad class of models, including non-minimal dark sector physics and modified gravity. We show that allowing $\gamma$ to vary significantly relaxes the neutrino mass bounds to $\sum m_\nu \lesssim 0.13$-$0.2$ eV, removing any tension with terrestrial constraints without altering the inferred value of $\Omega_\mathrm{m}$. However, this comes at the cost of departing from standard growth predictions: to have $\sum m_\nu \gtrsim 0.06$ eV one needs $\gamma > 0.55$, and we find a consistent preference for $\gamma > 0.55$ at the level of $\sim 2\sigma$. This preference increases to $\sim 2.5$-$3\sigma$ when a physically motivated prior $\sum m_\nu \ge 0.06$ eV from oscillation experiments is imposed. | 3つの質量ニュートリノを持つ極小$\Lambda$CDM宇宙論を仮定し、プランク宇宙マイクロ波背景放射データ、DESI重粒子音響振動、およびパンテオン+サンプルのIa型超新星の距離係数測定を統合解析することにより、ニュートリノ全質量の上限$\sum m_\nu \lesssim 0.06$-$0.07$ eVが設定される。 これは振動実験による下限をわずかに上回る。 これらの制約は主に、異なるプローブ間で推定される物質密度パラメータの値がわずかに異なることに起因しており、これは背景レベルの自由度（例えば、動的ダークエネルギーモデル）を追加することで緩和できる。 しかし、本研究では別の可能性を検討する。 $\Omega_\mathrm{m}$と質量を持つニュートリノはどちらも宇宙構造の成長に決定的な影響を与えるため、ニュートリノ質量張力が$\Lambda$CDM膨張史の破綻ではなく、物質のクラスター化の仕方に起因しているかどうかを検証する。 この目的のために、物質摂動の成長速度を特徴付ける成長指標$\gamma$を導入する。 標準的な$\Lambda$CDM値（$\gamma \simeq 0.55$）からの偏差は、非極小ダークセクター物理や修正重力を含む広範なモデルを捉えることができる。 我々は、$\gamma$ を変化させることを許容すると、ニュートリノ質量の上限が $\sum m_\nu \lesssim 0.13$-$0.2$ eV に大幅に緩和され、推定された $\Omega_\mathrm{m}$ の値を変えることなく、地球上の制約との緊張が解消されることを示す。 しかし、これは標準的な成長予測から逸脱するという代償を伴う。 $\sum m_\nu \gtrsim 0.06$ eV にするには $\gamma > 0.55$ が必要であり、$\sim 2\sigma$ のレベルで $\gamma > 0.55$ が一貫して優先されることがわかった。 この優先性は、振動実験から得られた物理的に動機付けられた事前分布 $\sum m_\nu \ge 0.06$ eV を課すと、$\sim 2.5$-$3\sigma$ に増加する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the complete set of covariant equations that govern the locally rotationally symmetric torsion spacetimes sourced by Weyssenhoff fluid in Einstein-Cartan-Sciama-Kibble gravity. Using these equations, we can explore in detail the peculiar relationship between conformal structure and torsion. We develop a comprehensive scheme to categorize these torsional spacetimes into distinct classes. We explicitly analyze the properties of each class and obtain novel analytical solutions to the gravitational field equations. | 我々は、アインシュタイン-カルタン-シアマ-キブル重力において、ワイセンホフ流体に由来する局所回転対称なねじれ時空を支配する共変方程式の完全な集合を提示する。 これらの方程式を用いることで、共形構造とねじれの間の特異な関係を詳細に探究することができる。 我々は、これらのねじれ時空を明確なクラスに分類するための包括的な枠組みを構築する。 各クラスの性質を明示的に解析し、重力場方程式に対する新たな解析解を得る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the influence of Born-Infeld (BI) nonlinear electrodynamics on magnetic field configurations, photon orbits, and black hole shadows for Schwarzschild black holes immersed in magnetic fields. Assuming that the BI magnetic fields are asymptotically uniform and aligned with the polar axis, we solve the nonlinear magnetic field equations numerically using pseudospectral methods. Our analysis shows that nonlinear electromagnetic effects become prominent near the event horizon, particularly in the polar regions, where the magnetic field strength is significantly enhanced. This enhancement leads to closed photon orbits on the meridional plane becoming prolate, with noticeable stretching along the polar axis. Simulations of black hole images reveal that, at high observer inclinations, the shadow, which is circular in the Maxwell limit, becomes increasingly elongated along the polar direction as the nonlinear effects increase. | 我々は、磁場中に置かれたシュワルツシルトブラックホールについて、ボルン・インフェルト（BI）非線形電磁気学が磁場構成、光子軌道、およびブラックホールシャドウに与える影響を調査する。 BI磁場が漸近的に均一で極軸と一致すると仮定し、擬スペクトル法を用いて非線形磁場方程式を数値的に解く。 解析の結果、非線形電磁気効果は事象の地平線付近、特に磁場強度が著しく増大する極領域で顕著になることが示された。 この増強により、子午面上の閉じた光子軌道は長球状になり、極軸に沿って顕著に伸びる。 ブラックホール像のシミュレーションにより、観測者の傾斜角が大きい場合、マクスウェル限界では円形であるシャドウは、非線形効果が増大するにつれて極方向に沿って次第に細長くなることが明らかになった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Kinetic misalignment, one of the most compelling scenarios for the non-thermal generation of axion dark matter, is generally accompanied by axion fragmentation, a process in which the energy of the axion condensate is transferred to its perturbations. The dynamics of fragmentation, at least in the context of dark matter production, have so far been studied semi-analytically using perturbation theory. In this work, we present the first classical lattice simulation of kinetic axion fragmentation in the context of dark matter production, focusing on parameters relevant to the QCD axion. Our findings indicate that the non-perturbative dynamics captured by the lattice lead to a significantly broader spectrum of axion fluctuations, with a sustained transfer of energy to mildly relativistic modes and with smaller occupation numbers compared to the linear approximation. As a consequence, the final dark matter abundance is typically O(1) lower than in the linear approximation, which is itself O(1) lower than the zero-mode-only prediction. This broadening and suppression of the spectrum could have a significant impact on axion mini-halo formation, one of the main experimental handles on kinetic fragmentation. | アクシオン暗黒物質の非熱的生成に関する最も説得力のあるシナリオの一つである運動学的不整合は、通常、アクシオンのフラグメンテーションを伴う。 このプロセスでは、アクシオン凝縮体のエネルギーがその摂動へと移行する。 フラグメンテーションのダイナミクスは、少なくとも暗黒物質生成の観点からは、これまで摂動論を用いて半解析的に研究されてきた。 本研究では、QCDアクシオンに関連するパラメータに焦点を当て、暗黒物質生成の観点からのアクシオンの運動学的フラグメンテーションの古典格子シミュレーションを初めて提示する。 我々の知見は、格子によって捉えられた非摂動的なダイナミクスが、線形近似と比較してより小さな占有数で、弱相対論的モードへの持続的なエネルギー移行を伴う、はるかに広いスペクトルのアクシオン変動をもたらすことを示している。 その結果、最終的な暗黒物質存在比は、線形近似の場合よりも典型的にはO(1)低くなり、線形近似自体もゼロモードのみの予測よりもO(1)低くなります。 このスペクトルの広がりと抑制は、運動学的破砕の主要な実験的指標の一つであるアクシオンミニハロー形成に大きな影響を与える可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In scalar-tensor theories with derivative interactions, backgrounds spontaneously break local Lorentz invariance. We study the motion of perturbations of the scalar, "phonons", on these anisotropic time-dependent backgrounds in curved spacetimes. The phonons propagate on null geodesics of an effective acoustic spacetime which has its own metric and a connection featuring non-metricity with respect to the metric defined by gravity. These acoustic geodesics correspond to motion with four-acceleration in the usual spacetime. We indicate the differences and duality between the phonons' canonical four-momenta and four-velocities, and the analogies with photons in media. For an arbitrary moving observer, we covariantly define the phonon's energy, relative phase velocity, effective refraction index and mass tensor. We point out that true instabilities (ghosts, gradient) are observer independent, being identified by the acoustic metric's signature and determinant. However, apparent instabilities, such as complex phonon energies, can stem from an ill-posed Cauchy problem in certain observer frames. Negative phonon energies appear for supersonic observers, not signaling true instabilities, but leading to Cherenkov radiation. We extend this local picture to a global foliation, deriving the condition for a spatial slice to be a Cauchy surface for a well-posed initial value problem. This Hamiltonian is bounded if the foliation's comoving observer is subsonic. Otherwise, for a Killing vector timelike in both metrics, an alternative conserved charge that bounds motion exists. The action for perturbations yields an acoustically conserved asymmetric energy-momentum tensor (EMT), not conserved in the usual spacetime. Yet, with a timelike acoustic Killing vector, this EMT forms a current conserved in both the acoustic and usual spacetimes, with the acoustic Hamiltonian functional as its conserved charge. | 微分相互作用を伴うスカラー-テンソル理論においては、背景が自発的に局所ローレンツ不変性を破る。 我々は、曲がった時空におけるこれらの異方的な時間依存背景上におけるスカラー「フォノン」の摂動の運動を研究する。 フォノンは、独自の計量と、重力によって定義される計量に対して非計量性を特徴とする接続を持つ有効音響時空のヌル測地線上を伝播する。 これらの音響測地線は、通常の時空における4元加速度の運動に対応する。 我々は、フォノンの標準的な4元運動量と4元速度の間の相違点と双対性、そして媒質中の光子との類似性を示す。 任意の運動観測者に対して、フォノンのエネルギー、相対位相速度、有効屈折率、および質量テンソルを共変的に定義する。 真の不安定性（ゴースト、勾配）は観測者に依存せず、音響計量のシグネチャと行列式によって識別されることを指摘する。 しかし、複素フォノンエネルギーなどの見かけ上の不安定性は、特定の観測フレームにおける不適正なコーシー問題に起因する可能性がある。 超音速観測者には負のフォノンエネルギーが現れるが、これは真の不安定性を示すものではなく、チェレンコフ放射につながる。 この局所的な描像を大域的な葉脈構造に拡張し、空間スライスが適正な初期値問題に対してコーシー面となる条件を導出する。 このハミルトニアンは、葉脈構造の共動観測者が亜音速である場合に有界となる。 そうでない場合、両方の計量において時空的なキリングベクトルに対しては、運動を制限する別の保存電荷が存在する。 摂動に対する作用は、通常の時空では保存されない、音響的に保存される非対称エネルギー運動量テンソル（EMT）をもたらす。 しかし、時間的な音響キリングベクトルを持つこのEMTは、音響時空と通常の時空の両方で保存される電流を形成し、音響ハミルトニアンはその保存電荷として機能します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Diffeomorphism invariance breaking has been investigated in the literature in several contexts, including emergent General Relativity (GR). If GR emerges from an underlying theory without diffeomorphism invariance, there may be small violations of this symmetry at low energies. Since such small violations should not cause instabilities in cosmological evolution, it is a suitable framework for examining such symmetry-breaking effects. In this paper, the cosmological evolution with broken diffeomorphism invariance is investigated in the (modified) FLRW spacetime in the effective theory framework. The GR Lagrangian is augmented with all diffeomorphism-breaking but Lorentz-invariant terms in the leading order, namely, those involving two derivatives. The magnitudes of (minor) violations are kept general modulo the conditions for a healthy linearized theory. The analytic solutions of the scale factor in the full non-linear theory for the single-component universes are attempted; the radiation and vacuum solutions are found analytically, whereas the matter solution is worked out numerically since an analytic solution does not exist in the required form. It is observed that the solutions smoothly connect to those of GR in the limit of vanishing symmetry-breaking. The more realistic, two-component, and three-component universes are numerically studied, and no signs of unhealthy behavior are observed: minor diffeomorphism-violating modifications to GR at the level of two derivatives do not cause instabilities in the basic cosmological evolution. | 微分同相不変性の破れは、創発的一般相対論（GR）を含む様々な文脈において文献で研究されてきた。 もしGRが微分同相不変性を持たない基礎理論から出現した場合、低エネルギーにおいてこの対称性の小さな破れが存在する可能性がある。 このような小さな破れは宇宙進化において不安定性を引き起こさないはずなので、GRはそのような対称性の破れの効果を調べるのに適した枠組みである。 本論文では、有効理論の枠組みにおいて、（修正された）FLRW時空における微分同相不変性の破れを伴う宇宙進化を調べる。 GRラグランジアンには、微分同相不変性を破るがローレンツ不変なすべての項、すなわち2つの微分を含む項が主要位数で追加される。 （小さな）破れの大きさは、健全な線形化理論の条件を法として一般化される。 完全非線形理論におけるスケール因子の解析解を一成分宇宙に対して試みた。 放射解と真空解は解析的に求まるが、物質解は要求された形では解析解が存在しないため数値的に求めた。 これらの解は、対称性の破れがゼロとなる極限において一般相対論の解と滑らかに接続されることが観察された。 より現実的な二成分宇宙および三成分宇宙を数値的に研究したが、不健全な挙動の兆候は観察されなかった。 すなわち、二成分レベルでの一般相対論への微分同相写像を破る小さな修正は、基本的な宇宙進化において不安定性を引き起こさない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We report on work using a newly developed code, SpheriCo.jl, that computes the gravitational collapse of a spherical scalar field, where the scalar can be either a classical field, or a quantum field operator. By utilising summation-by-parts methods for the numerical derivatives we are able to simulate the collapse longer than was possible previously due to enhanced numerical stability. We present a suite of tests for the code that tests its accuracy and stability, both for the classical and quantum fields. We are able to observe critical behavior of gravitational collapse for the classical setup, in agreement with expected results. The code is also used to compute two-point correlation functions, with results that hint at a non-trivial correlation across the horizon of Hawking quanta. | 我々は、新たに開発されたコードSpheriCo.jlを用いた研究を報告する。 このコードは、球状スカラー場の重力崩壊を計算する。 ここで、スカラーは古典場または量子場演算子のいずれかである。 数値微分に部分和法を用いることで、数値安定性の向上により、これまでよりも長い時間、崩壊をシミュレートすることが可能になった。 我々は、古典場と量子場の両方について、このコードの精度と安定性をテストする一連のテストを提示する。 古典場の設定において、重力崩壊の臨界挙動を観測することができ、これは予想通りの結果と一致する。 このコードは2点相関関数の計算にも使用され、その結果はホーキング量子の地平線を越えた非自明な相関を示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study spatially-flat dynamical dark energy parametrizations, $w(z)$CDM, with redshift-dependent dark energy equation of state parameter $w(z)$ expressed using three different quadratic and other polynomial forms (as functions of $1-a$, where $a$ is the scale factor), without and with a varying cosmic microwave background (CMB) lensing consistency parameter $A_L$. We use Planck CMB anisotropy data (P18 and lensing) and a large, mutually-consistent non-CMB data compilation that includes Pantheon+ type Ia supernova, baryon acoustic oscillation (BAO), Hubble parameter ($H(z)$), and growth factor ($f\sigma_8$) measurements, but not recent DESI BAO data. The six $w(z)$CDM ($+A_L$) parametrizations show higher consistency between the CMB and non-CMB data constraints compared to the XCDM ($+A_L$) and $w_0 w_a$CDM ($+A_L$) cases. Constraints from the most-restrictive P18+lensing+non-CMB data compilation on the six $w(z)$CDM ($+A_L$) parametrizations indicate that dark energy dynamics is favored over a cosmological constant by $\gtrsim 2\sigma$ when $A_L = 1$, but only by $\gtrsim 1\sigma$ when $A_L$ is allowed to vary (and $A_L>1$ at $\sim2\sigma$ significance). Non-CMB data dominate the P18+lensing+non-CMB compilation at low $z$ and favor quintessence-like dark energy. At high $z$ P18+lensing data dominate, favoring phantom-like dark energy with significance from $1.5\sigma$ to $2.9 \sigma$ when $A_L = 1$, and from $1.1\sigma$ to $1.8\sigma$ when $A_L$ varies. These results suggest that the observed excess weak lensing smoothing of some of the Planck CMB anistropy multipoles is partially responsible for the $A_L = 1$ cases $\gtrsim 2\sigma$ evidence for dark energy dynamics over a cosmological constant. | 我々は、空間的に平坦な動的ダークエネルギーパラメータ化$w(z)$CDMを、赤方偏移に依存するダークエネルギー状態方程式パラメータ$w(z)$を3つの異なる二次形式およびその他の多項式形式（$1-a$の関数として、ここで$a$はスケールファクタ）で表し、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）レンズ効果整合パラメータ$A_L$を変化させた場合と変化させた場合について研究する。 プランクCMB異方性データ（P18およびレンズ効果）と、パンテオン+型Ia超新星、重粒子音響振動（BAO）、ハッブルパラメータ（$H(z)$）、および成長因子（$f\sigma_8$）の測定値を含む大規模で相互に整合した非CMBデータ集積を使用するが、最近のDESI BAOデータは使用しない。 6つの$w(z)$CDM($+A_L$)パラメタリゼーションは、XCDM($+A_L$)および$w_0 w_a$CDM($+A_L$)の場合と比較して、CMBデータと非CMBデータ制約間の整合性が高いことを示しています。 6つの$w(z)$CDM($+A_L$)パラメタリゼーションに対する最も制限の厳しいP18+レンズ効果+非CMBデータコンパイルからの制約は、$A_L = 1$の場合にはダークエネルギーダイナミクスが宇宙定数よりも$\gtrsim 2\sigma$だけ有利であることを示していますが、$A_L$が変化してもよい場合（そして$\sim2\sigma$の有意性で$A_L>1$の場合）には、その有利さは$\gtrsim 1\sigma$だけ有利です。 低$z$では、非CMBデータがP18+レンズ効果+非CMB合成において優勢であり、クインテッセンス型のダークエネルギーを支持する。 高$z$では、P18+レンズ効果が優勢であり、ファントム型のダークエネルギーを支持する。 その有意性は、$A_L = 1$の場合に$1.5\sigma$から$2.9\sigma$、$A_L$が変化する場合は$1.1\sigma$から$1.8\sigma$である。 これらの結果は、プランクCMB異方性多重極の一部で観測されている過剰な弱レンズ効果による平滑化が、宇宙定数を超えるダークエネルギーダイナミクスの証拠となる$A_L = 1$の場合の$\gtrsim 2\sigma$に部分的に影響していることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study the performance of the spatially-flat dynamical dark energy (DE) $w_0w_a$CDM parameterization, with redshift-dependent DE fluid equation of state parameter $w(z) = w_0 + w_a z/(1+z)$, with and without a varying CMB lensing consistency parameter $A_L$, against Planck cosmic microwave background (CMB) data (P18 and lensing) and a combination of non-CMB data composed of baryonic acoustic oscillation (BAO) measurements that do not include DESI BAO data, Pantheon+ type Ia supernovae (SNIa) observations, Hubble parameter [$H(z)$] measurements, and growth factor ($f\sigma_8$) data points. From our most restrictive data set, P18+lensing+non-CMB, for the $w_0w_a$CDM+$A_L$ parameterization, we obtain $w_0=-0.879\pm 0.060$, $w_a=-0.39^{+0.26}_{-0.22}$, the asymptotic limit $w(z\to\infty) = w_0+w_a=-1.27^{+0.20}_{-0.17}$, and $A_L=1.078^{+0.036}_{-0.040}$ (all $1\sigma$ errors). This joint analysis of CMB and non-CMB data favors DE dynamics over a cosmological constant at $\sim 1\sigma$ and $A_L>1$ at $\sim 2\sigma$, i.e. more smoothing of the Planck CMB anisotropy data than is predicted by the best-fit model. For the $w_0w_a$CDM parameterization with $A_L=1$ the evidence in favor of DE dynamics is larger, $\sim 2\sigma$, suggesting that at least part of the evidence for DE dynamics comes from the excess smoothing of the Planck CMB anisotropy data. For the $w_0w_a$CDM parameterization with $A_L=1$, there is a difference of $2.8\sigma$ between P18 and non-CMB cosmological parameter constraints and $2.7\sigma$ between P18+lensing and non-CMB constraints. When $A_L$ is allowed to vary these tensions reduced to $1.9\sigma$ and $2.1\sigma$ respectively. Our P18+lensing+non-CMB data compilation positively favors the $w_0w_a$CDM parameterization without and with a varying $A_L$ parameter over the flat $\Lambda$CDM model, and $w_0w_a$CDM+$A_L$ is also positively favored over $w_0w_a$CDM. | 我々は、赤方偏移依存のDE流体状態方程式パラメータ$w(z) = w_0 + w_a z/(1+z)$を用いた空間的に平坦な動的ダークエネルギー(DE)$w_0w_a$CDMパラメータ化の性能を、CMBレンズ効果整合パラメータ$A_L$の変動の有無にかかわらず、プランク宇宙マイクロ波背景放射(CMB)データ(P18およびレンズ効果)、およびDESI BAOデータを含まないバリオン音響振動(BAO)測定、パンテオン+型Ia超新星(SNIa)観測、ハッブルパラメータ[$H(z)$]測定、および成長係数($f\sigma_8$)データポイントからなる非CMBデータの組み合わせに対して研究する。 最も制限の厳しいデータセットであるP18+レンズ効果+非CMBから、$w_0w_a$CDM+$A_L$パラメータ化に対して、$w_0=-0.879\pm 0.060$、$w_a=-0.39^{+0.26}_{-0.22}$、漸近極限$w(z\to\infty) = w_0+w_a=-1.27^{+0.20}_{-0.17}$、そして$A_L=1.078^{+0.036}_{-0.040}$が得られる（すべて1\sigma誤差）。 このCMBデータと非CMBデータの統合解析では、$\sim 1\sigma$では宇宙定数よりもDEダイナミクスが、$\sim 2\sigma$では$A_L>1$が宇宙定数よりも優位であることが示され、つまり、プランクCMB異方性データの平滑化が最良適合モデルで予測されるよりも大きいことが示唆される。 $A_L=1$の$w_0w_a$CDMパラメータ化では、DEダイナミクスを支持する証拠がより大きく、$\sim 2\sigma$となり、DEダイナミクスの証拠の少なくとも一部はプランクCMB異方性データの過剰な平滑化に由来することを示唆している。 $A_L=1$の$w_0w_a$CDMパラメータ化では、P18宇宙論パラメータ制約と非CMB宇宙論パラメータ制約の間には$2.8\sigma$の差があり、P18+レンズ効果と非CMB宇宙論パラメータ制約の間には$2.7\sigma$の差がある。 $A_L$ が変動することを許容すると、これらの張力はそれぞれ $1.9\sigma$ と $2.1\sigma$ に減少しました。 P18+レンズ効果+非CMBデータの統合により、$w_0w_a$CDM パラメータ化は、変動する $A_L$ パラメータの有無にかかわらず、平坦な $\Lambda$CDM モデルよりも有利であることが示されました。 また、$w_0w_a$CDM+$A_L$ も、$w_0w_a$CDM よりも有利であることが示されました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The hybrid metric-Palatini gravity with Lagrangian density $L =R+f(\mathcal{R},\mathcal{R}_{\mu\nu}\mathcal{R}^{\mu\nu})$ is considered, where $R$ is the metric Ricci scalar and $\mathcal{R}_{\mu\nu}$ is the Palatini Ricci tensor. Contrary to the standard hybrid metric-Palatini theory, because of the term $\mathcal{R}_{\mu\nu}\mathcal{R}^{\mu\nu}$ in the action, the model can not be analytically transformed to a scalar-tensor theory. However, on top of a maximally symmetric space-times like the FRW universe, there is a way to solve for a metric compatible connection which we will follow in this paper. The cosmological implications of the resulting model will then be fully considered. The best fit values of the model and cosmological parameters will be obtained by confronting the model with the recent observational data on the Hubble parameter. We will see that the observational data can be explained very good in this model, but, significant deviations from the standard $\Lambda$CDM model could be seen in derivatives of the Hubble parameter $q$, $j$ and $s$. We will perform a statefinder analysis for the model and show that its behavior differs from that of the $\Lambda$CDM model. Also, we will consider the recently proposed $Om$ diagnostics to categorize the dark energy type of the model and obtain the $\omega$-varying alternative of the model that mimics the Hubble flow. | ラグランジアン密度 $L =R+f(\mathcal{R},\mathcal{R}_{\mu\nu}\mathcal{R}^{\mu\nu})$ を持つハイブリッド計量-パラティーニ重力を考察する。 ここで $R$ は計量リッチ・スカラー、$\mathcal{R}_{\mu\nu}$ はパラティーニ・リッチ・テンソルである。 標準的なハイブリッド計量-パラティーニ理論とは異なり、作用における項 $\mathcal{R}_{\mu\nu}\mathcal{R}^{\mu\nu}$ のため、このモデルは解析的にスカラー-テンソル理論に変換することはできない。 しかし、FRW 宇宙のような最大対称時空の上に、計量適合接続を解く方法があり、本論文ではそれに従う。 次に、得られたモデルの宇宙論的意味合いを徹底的に検討する。 モデルと宇宙論的パラメータの最適な適合値は、ハッブルパラメータに関する最近の観測データとモデルを対比させることで得られる。 このモデルでは観測データが非常によく説明できるが、ハッブルパラメータの微分$q$、$j$、$s$において標準的な$\Lambda$CDMモデルからの大きな逸脱が見られることがわかる。 このモデルに対して状態探索解析を行い、その挙動が$\Lambda$CDMモデルとは異なることを示す。 また、最近提案された$Om$診断法を用いてモデルのダークエネルギー型を分類し、ハッブルフローを模倣する$\omega$変動モデルの代替モデルを得る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a comprehensive study of the quasinormal modes of a new class of nonlocal static and spherically symmetric black hole (BH) solutions within the framework of the revised Deser-Woodard theory of gravity. These solutions are constructed as linear perturbations of the Schwarzschild spacetime and are characterized by an inverse power-law behavior of the lapse metric function. We derive the radial profiles of the effective potentials corresponding to scalar, electromagnetic and axial gravitational fluctuations on the BH background. Using the WKB method, complemented by Pad\'e approximants to regularize the trend of the effective potential near its peak, we compute the complex quasinormal mode frequencies associated with each type of perturbation. Our results are examined from both mathematical and physical perspectives, and are substantiated with references to existing literature. In particular, we compare the numerical outcomes with the predictions of the Schwarzschild metric to quantify deviations from the framework of general relativity. When all types of perturbations are combined, the relative deviations of the fundamental modes can reach up to $\sim 12\%$. Finally, we discuss the possibility to place observational bounds in the BH parameter space, based on the predicted sensitivities of future gravitational wave detectors. | 我々は、改訂版デザー・ウッダード重力理論の枠組みを用いて、新しい種類の非局所静的かつ球対称なブラックホール（BH）解の準正規モードについて包括的な研究を行う。 これらの解は、シュワルツシルト時空の線型摂動として構築され、減衰計量関数の逆べき乗則挙動を特徴とする。 BH背景におけるスカラー、電磁気、および軸重力変動に対応する有効ポテンシャルの動径方向プロファイルを導出する。 有効ポテンシャルのピーク付近の傾向を正規化するためにパド近似を補完したWKB法を用いて、各タイプの摂動に関連する複素準正規モード周波数を計算する。 我々の結果は数学的および物理的観点から検証され、既存の文献を参照して裏付けられている。 特に、数値結果をシュワルツシルト計量の予測と比較し、一般相対論の枠組みからの偏差を定量化する。 あらゆる種類の摂動を合わせると、基本モードの相対偏差は最大$\sim 12\%$に達する可能性がある。 最後に、将来の重力波検出器の予測感度に基づいて、BHパラメータ空間に観測的限界を設定する可能性について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| It is shown that both, standard general relativity (GR) and Chern-Simons (CS) gravity, the latter containing chiral gravitational anomaly terms, seed the production of pairs of entangled gravitons in a multi-mode squeezed state. This involves the interaction of gravitons with the axionic cloud surrounding a superradiant Kerr (rotating) black hole background. The order of magnitude of the squeezing effect, specifically the number of graviton excitations in the squeezed vacuum, is estimated in the non-relativistic limit, relevant for the superradiance process. It is found analytically that the squeezing from the GR process of annihilation of two axions into two gravitons, dominates, by many orders of magnitude, that coming from the axion decay into two gravitons, induced by the higher-derivative CS term. It is also shown that significant squeezing effects are produced in the case of long-lived axionic clouds, whose lifetimes are much longer than the timescale for which superradiance is effective. | 標準的な一般相対論（GR）とチャーン・サイモンズ重力（CS）の両方（後者はカイラル重力異常項を含む）が、マルチモードスクイーズ状態におけるエンタングルした重力子対の生成の種となることが示される。 これは、超放射カー（回転）ブラックホール背景を取り囲むアクシオン雲と重力子の相互作用を伴う。 スクイーズ効果の大きさ、特にスクイーズ真空中の重力子励起数は、超放射過程に関連する非相対論的極限で推定される。 解析的に、2つのアクシオンが2つの重力子に消滅するGR過程によるスクイーズが、高次微分のCS項によって引き起こされるアクシオンが2つの重力子に崩壊することによるスクイーズを数桁も上回ることがわかった。 また、長寿命のアクシオン雲の場合、その寿命が超放射が有効な時間スケールよりもはるかに長いため、顕著なスクイージング効果が生じることも示されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the anisotropic Bianchi I and Bianchi II models in vacuum in the framework of deformed commutation relations (DCRs). Working in a parametrisation of the spatial metric by a volume and two anisotropy variables, we propose modified Poisson brackets that for the volume alone reproduce the bounce dynamics of effective loop quantum cosmology (LQC), with additional modifications for anisotropy degrees of freedom. We derive effective Friedmann equations and observe cosmological bounces both in Bianchi I and Bianchi II. For Bianchi II, we find that the cosmological bounce now interacts with the usual reflection seen in the Kasner indices in various interesting ways, in close similarity again with what had been seen in LQC. This suggests that the DCR framework could model more general quantum-gravity inspired bounce scenarios in a relatively straightforward way. | 我々は、真空中の異方性ビアンキI型およびビアンキII型模型を、変形交換関係（DCR）の枠組みを用いて研究する。 空間計量を体積と2つの異方性変数でパラメータ化し、体積のみに対して有効ループ量子宇宙論（LQC）のバウンスダイナミクスを再現する修正ポアソン括弧を提案する。 これは、異方性自由度に関して追加の修正を加えたものである。 我々は有効フリードマン方程式を導出し、ビアンキI型およびビアンキII型の両方で宇宙論的バウンスを観測する。 ビアンキII型では、宇宙論的バウンスがカスナー指数で見られる通常の反射と様々な興味深い方法で相互作用することが分かった。 これは、LQCで観測されたものと非常によく似ている。 これは、DCRの枠組みが、より一般的な量子重力に着想を得たバウンスシナリオを比較的簡単にモデル化できることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a new class of inflationary attractors in metric-affine gravity. Such class features a non-minimal coupling $\tilde\xi \, \Omega(\phi)$ with the Holst invariant $\tilde{\cal R}$ and an inflaton potential proportional to $\Omega(\phi)^2$. The attractor behaviour of the class takes place with two combined strong coupling limits. The first limit is realized at large $\tilde\xi$, which makes the theory equivalent to a $\tilde{\cal R}^2$ model. Then, the second limit considers a very small Barbero-Immirzi parameter which leads the inflationary predictions of the $\tilde{\cal R}^2$ model towards the ones of Starobinsky inflation. Because of the analogy with the renown $\xi$-attractors, we label this new class as $\tilde\xi$-attractors. | 計量アフィン重力におけるインフレーションアトラクターの新しいクラスを提案する。 このクラスは、ホルスト不変量 $\tilde{\cal R}$ との非最小結合 $\tilde\xi \, \Omega(\phi)$、および $\Omega(\phi)^2$ に比例するインフレーションポテンシャルを特徴とする。 このクラスのアトラクター挙動は、2つの強結合極限の組み合わせによって生じる。 最初の極限は大きな $\tilde\xi$ で実現され、理論は $\tilde{\cal R}^2$ モデルと等価になる。 次に、2番目の極限は、非常に小さな Barbero-Immirzi パラメータを考慮し、$\tilde{\cal R}^2$ モデルのインフレーション予測を Starobinsky インフレーションの予測に近づける。 有名な $\xi$ アトラクターとの類似性から、この新しいクラスを $\tilde\xi$ アトラクターと呼ぶ。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Many searches for continuous gravitational waves face significant computational challenges due to the need to explore large parameter spaces characterized by unknown parameters. Parameter-space metrics are used to predict the relative loss of signal power when the searched parameters differ from the true signal parameters. In this paper we present generalized parameter-space metrics for the $\mathcal{F}$-statistic (a detection statistic used in many searches) that improve upon previous idealized metrics by incorporating realistic effects such as data gaps and varying noise floors. We derive a new marginalized $\mathcal{F}$-statistic metric that is more accurate than the previous averaged $\mathcal{F}$-statistic metric, especially for short coherent segments. We also derive a more accurate semi-coherent metric that properly accounts for the signal-power variability over segments. We provide numerical tests illustrating that the new generalized metrics provide more accurate mismatch predictions than previous expressions. More accurate metrics can result in a reduced number of templates needed for a given search, a feature that could improve the sensitivity of future searches. | 連続重力波の探索の多くは、未知のパラメータで特徴付けられる広大なパラメータ空間を探索する必要があるため、計算上の大きな課題に直面しています。 パラメータ空間メトリクスは、探索パラメータが真の信号パラメータと異なる場合に、信号電力の相対的な損失を予測するために使用されます。 本論文では、データギャップやノイズフロアの変動などの現実的な効果を組み込むことで、従来の理想化されたメトリクスを改良した、多くの探索で使用される検出統計量である$\mathcal{F}$統計量の一般化パラメータ空間メトリクスを提示します。 特に短いコヒーレントセグメントの場合、従来の平均$\mathcal{F}$統計量メトリクスよりも正確な、新しい周辺化$\mathcal{F}$統計量メトリクスを導出します。 また、セグメント間の信号電力変動を適切に考慮した、より正確なセミコヒーレントメトリクスも導出します。 我々は、新しい一般化メトリクスが以前の表現よりも正確な不一致予測を提供することを示す数値テストを提供します。 より正確なメトリクスは、特定の検索に必要なテンプレートの数を削減することにつながり、将来の検索の感度を向上させる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| There is ample evidence that the bulk dual of a $T\overline{T}$ deformed holographic CFT is a gravitational system with a finite area cutoff boundary. For states dual to black holes, the finite cutoff surface cannot be moved beyond the event horizon. We overcome this by considering an extension of the $T\overline{T}$ deformation with a boundary cosmological constant and a prescription for a sequence of flows that successfully pushes the cutoff boundary past the event horizon and arbitrarily close to the black hole singularity. We show how this sequence avoids the complexification of the deformed boundary energies. The approach to the singularity is reflected on the boundary by the approach of the deformed energies to an accumulation point in the limit of arbitrarily large distance in deformation space. We argue that this sequence of flows is automatically implemented by the gravitational path integral given only the values of the initial ADM charges and the area of the finite cutoff surface, suggesting a similar automatic boundary mechanism that keeps all the deformed energies real at arbitrary values of the deformation parameter. This leads to a natural definition of a deformed boundary canonical ensemble partition function that sums over the entire spectrum and remains real for any value of the deformation parameter. We find that this partition function displays Hagedorn growth at the scale set by the deformation parameter, which we associate to the region near the inner horizon in the bulk dual. | $T\overline{T}$ 変形されたホログラフィック CFT のバルク双対は、有限面積のカットオフ境界を持つ重力系であるという十分な証拠がある。 ブラックホールの双対状態の場合、有限のカットオフ面は事象の地平線を越えて移動できない。 我々は、境界宇宙定数を用いた $T\overline{T}$ 変形の拡張と、カットオフ境界を事象の地平線を越えてブラックホール特異点に任意に近づける一連の流れの規定を考慮することで、この問題を克服する。 我々は、この一連の流れが、変形された境界エネルギーの複素化をどのように回避するかを示す。 特異点への接近は、変形空間における任意の大きな距離の極限における集積点への変形エネルギーの接近によって境界に反映される。 我々は、この一連の流れは、初期のADM電荷の値と有限カットオフ面の面積のみを与えられた重力経路積分によって自動的に実現されると主張し、変形パラメータの任意の値においてすべての変形エネルギーを実数に保つ同様の自動境界メカニズムを示唆している。 これは、スペクトル全体にわたって和をとり、変形パラメータの任意の値に対して実数を維持する変形境界正準アンサンブル分割関数の自然な定義につながる。 この分割関数は、変形パラメータによって設定されるスケールにおいてHagedorn成長を示すことがわかり、これはバルク双対における内部地平線近くの領域に関連付ける。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study the periodic orbits of massive particles around two quantum-corrected black holes proposed in effective quantum gravity, and explore the quantum gravity effect on both the particle orbits and the associated gravitational wave signals. First, we analyze the geodesic motion of the massive particle around the black holes. We then study two important types of bound orbits of the massive particles, the marginally bound orbit and the innermost stable circular orbit. We find that, for the first black hole, increasing the quantum parameter $\zeta$ leads to larger orbital radii and reduced angular momenta for both orbits. In contrast, the second black hole shows $\zeta$-independent orbital radii and angular momenta. By analyzing the effective potential, we determine the allowed range of the energy and the angular momentum for bound orbits, with $\zeta$-dependence only for the first black hole. We further investigate periodic orbits with a fixed energy for both black holes, revealing that the parameter $\zeta$ similarly affects the orbits, although its effect is negligible in the second black hole. Finally, we calculate the gravitational waves emitted by the periodic orbits. The results demonstrate that increasing $\zeta$ leads to a significant phase delay for the first black hole, while only inducing a subtle phase advance for the second one. Therefore, we conclude that the first black hole can be distinguished from the Schwarzschild one through gravitational wave observations, whereas the second one cannot be effectively distinguished when the quantum correction is weak. | 本論文では、有効量子重力理論で提案されている2つの量子補正ブラックホールを回る質量粒子の周期軌道を研究し、粒子軌道とそれに伴う重力波信号の両方に対する量子重力効果を探求する。 まず、ブラックホールを回る質量粒子の測地線運動を解析する。 次に、質量粒子の2つの重要な束縛軌道、すなわち限界束縛軌道と最内安定円軌道を研究する。 最初のブラックホールの場合、量子パラメータ$\zeta$を増加させると、両方の軌道の軌道半径が大きくなり、角運動量が減少することがわかった。 対照的に、2番目のブラックホールは、軌道半径と角運動量が$\zeta$に依存しない。 有効ポテンシャルを解析することにより、束縛軌道のエネルギーと角運動量の許容範囲を決定し、$\zeta$依存性は最初のブラックホールのみに現れる。 さらに、両方のブラックホールについて、エネルギーを固定した周期軌道を調べ、パラメータ$\zeta$が軌道に同様に影響を及ぼすことを明らかにした。 ただし、2つ目のブラックホールではその影響は無視できる。 最後に、周期軌道から放出される重力波を計算した。 その結果、$\zeta$の増加は、1つ目のブラックホールでは顕著な位相遅延をもたらすのに対し、2つ目のブラックホールではわずかな位相前進しか引き起こさないことがわかった。 したがって、1つ目のブラックホールは重力波観測によってシュワルツシルトブラックホールと区別できるが、量子補正が弱い場合、2つ目のブラックホールは効果的に区別できないと結論付けた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A magnetic field enables the interconversion of photons and gravitons, yet the process is usually analysed only at the level of classical wave equations. We revisit photon-graviton conversion in a quantum field theoretic framework, allowing us to track the evolution of arbitrary quantum states. Treating the photons as squeezed coherent states and the gravitons as the squeezed vacuum expected for primordial gravitational waves, we derive analytic expressions for the conversion probability and show that it can be significantly enhanced compared to the conventional estimate. We further demonstrate that the conversion both swaps preexisting entanglement and generates genuinely new entanglement between the electromagnetic and gravitational sectors, which is impossible in any classical description. Detecting such nonclassical correlations would constitute compelling evidence for the quantization of gravity and offers a novel pathway toward graviton detection. | 磁場は光子と重力子の相互変換を可能にするが、この過程は通常、古典波動方程式のレベルでしか解析されていない。 我々は量子場の理論的枠組みにおいて光子-重力子変換を再検討し、任意の量子状態の発展を追跡できるようにする。 光子をスクイーズドコヒーレント状態、重力子を原始重力波に期待されるスクイーズド真空として扱い、変換確率の解析的表現を導出し、従来の推定値と比較して大幅に向上することを示す。 さらに、この変換によって既存のエンタングルメントが交換されるだけでなく、電磁セクターと重力セクターの間に真に新しいエンタングルメントが生成されることを示す。 これは古典的な記述では不可能である。 このような非古典的な相関を検出できれば、重力の量子化の説得力のある証拠となり、重力子検出への新たな道筋が開かれる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore the construction of diverse regular spacetimes (black holes and defects) in General Relativity (GR) using a generic parametrised density profile (the Dekel-Zhao profile), which includes, for specific parameter choices, various well-known examples usually studied in the context of dark matter halos. Our solutions, in the Schwarzschild gauge, include new regular black holes as well as non-singular solutions representing spacetime defects. For a sub-class of metrics, a TOV equation approach with a chosen equation of state works. The status of the energy conditions and the issue of geodesic completeness are explored in detail. We also provide possible Lagrangian density constructions for the matter energy-momentum tensors. Further, we study the shadow radius of the new regular black holes, and compare our findings with available observational results from the EHT collaboration. Finally, for the defect solution, we present a model for a stable star (a gravastar) by explicit use of the junction conditions and obtain relevant consequences highlighting its characteristic features. | 一般相対論（GR）における多様な正則時空（ブラックホールと欠陥）の構築を、一般的なパラメータ化された密度プロファイル（Dekel-Zhaoプロファイル）を用いて探求する。 このプロファイルには、特定のパラメータ選択に対して、通常暗黒物質ハローの文脈で研究される様々なよく知られた例が含まれる。 シュワルツシルトゲージにおける我々の解は、新しい正則ブラックホールと時空欠陥を表す非特異解を含む。 メトリクスのサブクラスに対して、選択された状態方程式を用いたTOV方程式アプローチが機能する。 エネルギー条件の現状と測地線完全性の問題について詳細に探求する。 また、物質エネルギー運動量テンソルに対する可能なラグランジアン密度構成も提供する。 さらに、新しい正則ブラックホールの影の半径を研究し、我々の発見をEHTコラボレーションによる利用可能な観測結果と比較する。 最後に、欠陥の解決のために、接合条件を明示的に用いて安定した恒星（重力星）のモデルを提示し、その特徴を強調する関連する結論を得る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work revisits the Euclidean Dynamical Triangulation (DT) approach to non-perturbative quantum gravity in three dimensions. Inspired by a recent combinatorial study by T. Budd and L. Lionni of a subclass of 3-sphere triangulations constructed from trees, called the \emph{triple-tree} class, we present a Monte Carlo investigation of DT decorated with a pair of spanning trees, one spanning the vertices and the other the tetrahedra of the triangulation. The complement of the pair of trees in the triangulation can be viewed as a bipartite graph, called the \emph{middle graph} of the triangulation. In the triple-tree class, the middle graph is restricted to be a tree, and numerical simulations have displayed a qualitatively different phase structure compared to standard DT. Relaxing this restriction, the middle graph comes with two natural invariants, namely the number of connected components and loops. Introducing corresponding coupling constants in the action, allows one to interpolate between the triple-tree class and unrestricted tree-decorated DT. Simulations of this extended model confirm the existence of a new phase, referred to as the \emph{triple-tree phase}, besides the familiar crumpled and branched polymer phases of DT. A statistical analysis of the phase transitions is presented, showing hints that the branched polymer to triple-tree phase transition is continuous. | 本研究では、3次元における非摂動論的量子重力に対するユークリッド動的三角分割（DT）アプローチを再検討する。 T. BuddとL. Lionniによる、木から構成される3球面三角形分割のサブクラス（\emph{三角木}クラスと呼ばれる）に関する最近の組合せ論的研究に着想を得て、我々は、三角形分割の頂点を張る木と四面体を張る木のペアで装飾されたDTのモンテカルロ解析を示す。 三角形分割における一対の木の補グラフは、三角形分割の\emph{中間グラフ}と呼ばれる二部グラフとして見ることができる。 三角木クラスでは、中間グラフは木に制限されており、数値シミュレーションでは標準的なDTと比較して質的に異なる位相構造が示されている。 この制限を緩和すると、中間グラフには、連結成分の数とループという2つの自然な不変量が付随する。 作用に対応する結合定数を導入することで、三重ツリークラスと無制限のツリー装飾DTの間を補間することが可能になります。 この拡張モデルのシミュレーションにより、DTのよく知られたしわくちゃのポリマー相と分岐ポリマー相に加えて、\emph{三重ツリー相}と呼ばれる新しい相の存在が確認されました。 相転移の統計解析が示され、分岐ポリマーから三重ツリーへの相転移が連続的であることが示唆されています。 |
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| General Relativity (GR) quantitatively accounts for the anomalous perihelion precession observed in several planets' orbits, with Mercury exhibiting the most significant deviation from Newtonian predictions. In the present work, I carry out an in-depth study comparing methods for calculating perihelion advance of inner planets using two methods, one based on the rotation of the Laplace-Runge-Lentz vector and the other on the evolution of the perihelion longitude. I show that, although the two methods predict almost identical perihelion advances for inner planets according to classical gravitational theory and the general relativity model, they give divergent results for the asteroid Icarus. Comparing numerical calculations of Icarus'perihelion advance with those predicted by Einstein's formula leads to the conclusion that only the method based on the Laplace-Runge-Lenz vector offers a consistent explanation for the behavior of Icarus' perihelion advance. By incorporating the hypothetical planet Vulcan into the Newtonian gravitational model and analyzing its influence on the perihelion advances of the inner planets, I find that carefully selecting Vulcan's mass and orbital parameters yields a delicate balance between its semi-major axis and mass necessary to simultaneously match the observed perihelion advances of the inner planets. Vulcan, orbiting at a semi-major axis of 0.545 AU and possessing about one-third the mass of Mercury, could exert gravitational effects on Earth and Mars comparable to those predicted by GR. This Vulcan would cause an effect on Icarus' perihelion advance approximately nine times greater than the relativistic effect. Thus, precise observational data of Icarus's orbital dynamics offers a definitive means to either rule out this specific Vulcan hypothesis or, conversely, indicate the necessity of further refinement of GR's applications. | 一般相対性理論（GR）は、いくつかの惑星の軌道で観測される異常な近日点歳差運動を定量的に説明するが、水星はニュートン力学の予測から最も大きく逸脱している。 本研究では、ラプラス・ルンゲ・レンツ・ベクトルの回転に基づく方法と近日点経度の進化に基づく方法の2つの方法を用いて、内惑星の近日点前進を計算する方法を詳細に比較する。 古典重力理論と一般相対性理論モデルによれば、2つの方法は内惑星の近日点前進をほぼ同一と予測するが、小惑星イカロスについては異なる結果を示すことを示す。 イカロスの近日点前進の数値計算とアインシュタインの公式による予測値を比較した結果、ラプラス・ルンゲ・レンツ・ベクトルに基づく方法のみがイカロスの近日点前進の挙動を首尾一貫して説明できるという結論に至った。 仮想惑星バルカンをニュートン重力モデルに組み込み、それが内惑星の近日点前進に与える影響を分析した結果、バルカンの質量と軌道パラメータを慎重に選択することで、観測された内惑星の近日点前進と同時に一致するのに必要な軌道長半径と質量の間の微妙なバランスが得られることがわかった。 バルカンは0.545 AUの軌道を公転し、水星の約3分の1の質量を持ち、一般相対性理論によって予測されるものと同等の重力影響を地球と火星に及ぼす可能性がある。 このバルカンは、イカロスの近日点前進に相対論的効果の約9倍の影響を及ぼすと考えられます。 したがって、イカロスの軌道力学に関する正確な観測データは、この特定のバルカン仮説を否定するか、逆に一般相対性理論の適用をさらに改良する必要があることを示す決定的な手段となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It is known that the axion-photon coupling can lead to quantum stimulated emission of photons and classic exponential amplification of electromagnetic (EM) fields at half the axion mass frequency, when the axion density or the coupling constant is sufficiently large. In this work, we studied the EM photon cloud induced from an axion cloud around a Kerr black hole in the first order of the coupling constant classically. In the presence of a static EM background (like Wald extended solution) valid in realistic astrophysical environment, we found that an EM photon cloud emerges, oscillating at the same frequency as the axion cloud and growing exponentially in accordance with the axion cloud when the superradiant condition for the axion field is satisfied. Notably, the first-order study indicates that this photon cloud exists with no threshold for the coupling constant. The evolution of the EM photon cloud with time and azimuthal angle is obtained analytically while the cross-sectional distribution is solved numerically. Intriguingly, the induced EM field exhibits significantly different symmetries in contrast to the background EM field, which may serve as an indication of the existence of both an axion cloud and axion-photon coupling. Furthermore, in the near horizon region, the induced EM field has some overlap with the photon region as expected. | アクシオン-光子結合は、アクシオン密度または結合定数が十分に大きい場合、アクシオン質量周波数の半分で光子の量子誘導放出と電磁場の古典的な指数関数的増幅をもたらすことが知られています。 本研究では、カーブラックホールの周りのアクシオン雲から誘起される電磁光子雲を、結合定数の一次で古典的に研究しました。 現実的な天体物理学的環境で有効な静的電磁背景（ワルド拡張解など）の存在下では、アクシオン場の超放射条件が満たされる場合、アクシオン雲と同じ周波数で振動し、アクシオン雲に応じて指数関数的に成長する電磁光子雲が出現することを発見しました。 特に、一次の研究は、この光子雲が結合定数の閾値なしで存在することを示しています。 電磁光子雲の時間と方位角に対する変化は解析的に得られ、断面積分布は数値的に解かれる。 興味深いことに、誘起電磁場は背景電磁場とは著しく異なる対称性を示し、これはアクシオン雲とアクシオン-光子結合の両方の存在を示唆している可能性がある。 さらに、近地平線領域では、予想通り、誘起電磁場は光子領域といくらか重なり合っている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Energy conditions are crucial for understanding why exotic phenomena such as traversable wormholes and closed timelike curves remain elusive. In this paper, we prove the Double Smeared Null Energy Condition (DSNEC) for the fermionic free theory in 4-dimensional flat Minkowski space-time, extending previous work on the same energy condition for the bosonic case [1][2] by adapting Fewster and Mistry's method [3] to the energy-momentum tensor $T_{++}$. A notable difference from previous works lies in the presence of the $\gamma_0 \gamma_+$ matrix in $T_{++}$, causing a loss of symmetry. This challenge is addressed by making use of its square-root matrix. We provide explicit analytic results for the massless case as well as numerical insights for the mass-dependence of the bound in the case of Gaussian smearing. | エネルギー条件は、通過可能なワームホールや閉じた時間的曲線といったエキゾチックな現象がなぜ捉えにくいのかを理解する上で極めて重要である。 本論文では、4次元平坦ミンコフスキー時空におけるフェルミオン自由理論の二重スミアリングヌルエネルギー条件（DSNEC）を証明する。 これは、ボソンの場合の同じエネルギー条件に関する先行研究 [1][2] を、Fewster と Mistry の方法 [3] をエネルギー運動量テンソル $T_{++}$ に適用することにより拡張する。 先行研究との顕著な違いは、$T_{++}$ に $\gamma_0 \gamma_+$ 行列が存在し、対称性の喪失を引き起こす点にある。 この課題は、その平方根行列を利用することで解決する。 質量ゼロの場合の明示的な解析的結果と、ガウス分布の場合の境界の質量依存性に関する数値的知見を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the statistical properties of the physical action $S$ for random graphs, by treating the number of neighbors at each vertex of the graph (degree), as a scalar field. For each configuration (run) of the graph we calculate the Lagrangian of the degree field by using a lattice quantum field theory(LQFT) approach. Then the corresponding action is calculated by integrating the Lagrangian over all the vertices of the graph. We implement an evolution mechanism for the graph by removing one edge per a fundamental quantum of time, resulting in different evolution paths based on the run that is chosen at each evolution step. We calculate the action along each of these evolution paths, which allows us to calculate the probability distribution of $S$. We find that the distribution approaches the normal(Gaussian) form as the graph becomes denser, by adding more edges between its vertices. The maximum of the probability distribution of the action corresponds to graph configurations whose spacing between the values of $S$ becomes zero $\Delta S=0$, corresponding to the least-action (Hamilton) principle, which gives the path that the physical system follows classically. In addition, we calculate the fluctuations(variance) of the degree field showing that the graph configurations corresponding to the maximum probability of $S$, which follow the Hamilton's principle, have a balanced structure between regular and irregular graphs. | ランダムグラフの物理的作用$S$の統計的性質を、グラフの各頂点における近傍の数（次数）をスカラー場として扱うことで調べる。 グラフの各構成（ラン）について、格子量子場理論（LQFT）アプローチを用いて次数場のラグランジアンを計算する。 次に、グラフのすべての頂点にわたってラグランジアンを積分することで、対応する作用を計算する。 グラフの進化メカニズムを実装するために、基本量子時間ごとに1つの辺を削除し、各進化ステップで選択されるランに基づいて異なる進化パスを生成する。 これらの進化パスのそれぞれに沿って作用を計算することで、$S$の確率分布を計算することができる。 グラフの頂点間に辺が追加され、密度が高くなるにつれて、分布は正規分布（ガウス分布）に近づくことがわかる。 作用の確率分布の最大値は、$S$の値の間隔がゼロ$\Delta S=0$となるグラフ構成に対応し、これは最小作用（ハミルトン）原理に対応し、物理系が古典的に辿る経路を与える。 さらに、次数場の変動（分散）を計算し、ハミルトン原理に従う$S$の最大確率に対応するグラフ構成が、正規グラフと不正規グラフの間のバランスの取れた構造を持つことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave (GW) astronomy has opened a new window on the Universe, allowing to obtain constraints on dark energy and gravity independent from other electromagnetic waves observations, such as large scale structure (LSS). For the purpose of investigating the consistency between different observations the effective field theory (EFT) of dark energy is a useful tool, allowing to derive model and parametrization independent consistency relations (CR) between the effective gravitational constant, the slip parameter, the gravitational and electromagnetic luminosity (EM) distance, and the speed of GWs. We test the constant brading CR, which is also satisfied by general relativity, by comparing for the first time the constraints obtained from LSS observations with those from GW events with and without electromagnetic counterparts, confirming the validity of the CR at the current level of experimental uncertainty. The event GW170817 and its electromagnetic counterpart provides a constraint of the effective gravitational constant with an accuracy comparable with LSS constraints, while the analysis of GW events without electromagnetic counterpart are consistent, but do not have a constraining power comparable to LSS observations. Beside allowing to test the consistency between independent observations, the CRs can be used to estimate the effective gravitational coupling with GWs at high redshift, where other observations are not available. | 重力波天文学は宇宙への新たな窓を開き、大規模構造（LSS）などの他の電磁波観測に依存しない、ダークエネルギーと重力に関する制限値を得ることを可能にした。 異なる観測間の整合性を調査するために、ダークエネルギーの有効場理論（EFT）は有用なツールであり、有効重力定数、滑りパラメータ、重力光度距離と電磁光度距離（EM）距離、そして重力波の速度の間に、モデルやパラメータ化に依存しない無矛盾関係（CR）を導くことを可能にする。 我々は、一般相対論でも満たされる定数ブレーディングCRを、LSS観測から得られた制限値と、電磁波対応物の有無にかかわらず重力波事象から得られた制限値を初めて比較することにより検証し、現在の実験的不確かさのレベルにおいてCRの妥当性を確認した。 GW170817事象とその電磁波対応事象は、LSS制約に匹敵する精度で有効重力定数の制約を与える。 一方、電磁波対応事象のない重力波事象の解析は一貫性はあるものの、LSS観測に匹敵する制約力はない。 CRは、独立した観測間の一貫性を検証できるだけでなく、他の観測が利用できない高赤方偏移における重力波との有効重力結合を推定するためにも使用できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The large variety and number of dark energy (DE) theories make it impractical to perform detailed analyses on a case-by-case basis, which has motivated proposals to ``parameterize" theories to reduce the size of theory space. The leading approach to do this is the effective field theory of dark energy (EFTofDE), which can describe general Horndeski-type theories with a small number of observationally accessible time-dependent functions. However, the EFTofDE primarily works for linear perturbations, and extending it to obtain a fully non-linear description of DE theories, which is critical for theories with screening mechanisms, is challenging. In this paper, we present a general method for reconstructing the non-linear DE Lagrangian from the background expansion history and certain linear-perturbation quantities, building upon the EFTofDE framework. Using numerical examples, we demonstrate that this method is applicable to a wide range of single-scalar-field dark energy and modified gravity theories, including quintessence, scalar-tensor theory, $k$-essence, and generalized cubic Galileon with shift symmetry. For each of these theories, we discuss the validity of the method and factors affecting its results. While this method involves solving differential equations, we find that the initial conditions are not important for quintessence, scalar-tensor theory and $k$-essence, while for shift-symmetric cubic Galileon, the generic tracker solution can help transform differential equations into algebraic equations. This offers a useful framework to connect cosmological observations at the background and linear-perturbation levels to the underlying non-linear dynamics of dark energy, and will enable cosmological simulations to analyze and examine DE theories systematically and in much greater detail. | ダークエネルギー（DE）理論は多種多様で数が多いため、ケースバイケースで詳細な解析を行うことは現実的ではありません。 そのため、理論空間を縮小するために理論を「パラメータ化」する提案がなされてきました。 このための主要なアプローチは、ダークエネルギーの有効場理論（EFTofDE）であり、これは、少数の観測的にアクセス可能な時間依存関数を用いて一般的なHorndeski型理論を記述することができます。 しかし、EFTofDEは主に線形摂動に対して有効であり、遮蔽機構を持つ理論にとって重要なDE理論の完全な非線形記述を得るために拡張することは困難です。 本論文では、EFTofDEの枠組みを基盤として、背景展開履歴と特定の線形摂動量から非線形DEラグランジアンを再構築する一般的な手法を提示します。 数値例を用いて、この手法が、クインテッセンスを含む、広範囲の単一スカラー場ダークエネルギー理論および修正重力理論に適用できることを示します。 スカラーテンソル理論、$k$-エッセンス、そしてシフト対称性を持つ一般化3次ガリレオン理論について論じる。 これらの理論それぞれについて、本手法の妥当性と結果に影響を与える要因について議論する。 この手法は微分方程式を解くものであるが、クインテッセンス、スカラーテンソル理論、$k$-エッセンスの場合、初期条件は重要ではないことがわかった。 一方、シフト対称3次ガリレオンの場合、一般化トラッカー解法は微分方程式を代数方程式に変換するのに役立つ。 これは、背景レベルおよび線形摂動レベルでの宇宙論的観測を、ダークエネルギーの根底にある非線形ダイナミクスに結び付けるための有用な枠組みを提供し、宇宙論的シミュレーションによってDE理論を体系的かつより詳細に分析・検証することを可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyse the role of the crossed product and the modular (Tomita) dynamics in the transition of type $III$ to type $II_{\infty}$ v.Neumann algebras which was recently observed in papers by Witten et al. In a preceding paper we argued that type $II_{\infty}$ v.Neumann algebras display certain features which we attributed to quantum gravity effects. We claim that the action of the modular evolution on the quantum fluctuations can be understood as an aspect of quantum gravity. We mention in this context the work of Sakharov on induced gravity. Furthermore we analyse the change of the properties of projectors and partial isometries in the transition from type $III$ to type $II_{\infty}$. | 我々は、Wittenらの論文で最近観察されたタイプ$III$からタイプ$II_{\infty}$ v.Neumann代数への転移における交差積とモジュラー（富田）ダイナミクスの役割を解析する。 先行論文では、タイプ$II_{\infty}$ v.Neumann代数は量子重力効果に起因する特定の特徴を示すと主張した。 モジュラー進化の量子揺らぎへの作用は、量子重力の一側面として理解できると主張する。 この文脈において、サハロフの誘導重力に関する研究に言及する。 さらに、タイプ$III$からタイプ$II_{\infty}$への転移における射影子と部分等長変換の性質の変化を解析する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The effective field theory (EFT) of dark energy provides a unified model independent theoretical framework to study the effects of dark energy and modified gravity. We show that applying the EFT to Horndeski theories it is possible to derive consistency relations (CR) between physically observable quantities, valid for different classes of theories defined by the brading parameter behavior, while leaving the other property functions free. As expected, the CRs are also valid for general relativity, and relate the effective gravitational constant, the slip parameter, the gravitational and electromagnetic waves (EMW) luminosity distances, the speed of gravitational waves (GW) and the sound speed. Inspired by the form of the CRs for no-brading and constant brading theories, we propose a generalized phenomenological consistency condition. We apply the CRs to map the large scale structure observational constraints on the effective gravitational constant and the slip parameter to GW-EMW distance ratio constraints. The CRs allow to probe the value of the effective gravitational constant and the slip parameter with multimessenger observations, independently from large scale structure observations. | ダークエネルギーの有効場理論（EFT）は、ダークエネルギーと修正重力の効果を研究するための、統一的なモデル非依存の理論的枠組みを提供する。 EFTをホーンデスキー理論に適用することで、ブレーディングパラメータの振る舞いによって定義される様々な理論クラスに有効な、物理的に観測可能な量間の無矛盾関係（CR）を導出することが可能であり、他の特性関数は自由に設定できることを示す。 予想通り、CRは一般相対論にも有効であり、有効重力定数、滑りパラメータ、重力波と電磁波（EMW）の光度距離、重力波（GW）の速度、音速を関連付ける。 無ブレーディング理論と定数ブレーディング理論のCRの形に着想を得て、一般化された現象論的無矛盾条件を提案する。 我々はCRを適用し、有効重力定数と滑りパラメータに対する大規模構造観測による制限を、重力波-電磁波距離比による制限にマッピングする。 CRは、大規模構造観測とは独立に、マルチメッセンジャー観測によって有効重力定数と滑りパラメータの値を調べることを可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently Hollands, Wald and Zhang proposed a new formula for the entropy of a dynamical black hole. We lift this construction to the dynamical cosmological event horizon of an asymptotically de Sitter spacetime. By introducing a nontrivial correction term in the formula for the entropy, we generalize Gibbons and Hawking's "first law of event horizons" to non-stationary eras. We also develop the non-stationary physical process first law between two arbitrary horizon cross-sections for the cosmological event horizon. | 最近、Hollands、Wald、Zhangは、動的ブラックホールのエントロピーに関する新しい公式を提案した。 我々はこの構成を、漸近的ド・ジッター時空の動的宇宙論的事象の地平線へと拡張する。 エントロピーの公式に非自明な補正項を導入することにより、ギボンズとホーキングの「事象の地平線の第一法則」を非定常時代に一般化する。 また、任意の2つの地平線断面積間の非定常物理過程の第一法則を、宇宙論的事象の地平線に対して展開する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze the stationary, uncharged, rotating, vacuum solution to Weyl conformal gravity. We elucidate the causal and ergoregion structure of the spacetimes found in the parameter space of the metric for positive mass. These are then compared to the corollary Kerr, Kerr-de Sitter, and Kerr-Anti-de Sitter solutions to general relativity. Additionally, we investigate and derive the extremal limits for both the horizons and ergosurfaces of the spacetimes. | ワイル共形重力の定常、非荷電、回転、真空解を解析する。 正質量計量のパラメータ空間に見られる時空の因果構造とエルゴ領域構造を明らかにする。 次に、これらを一般相対論の系であるカー解、カー・ド・ジッター解、カー・反ド・ジッター解と比較する。 さらに、時空の地平とエルゴ面の両方について極限を調べ、導出する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Some recent pulsar observations cannot naturally fit into the conventional picture of neutron stars: the compact objects associated with HESS J1731-347 and XTE J1814-338 have too small radii at the low-mass regime, while the secondary component of GW190814 is too massive for neutron stars to be compatible with constraints from the GW170817 event. In this study, we demonstrate that all these anomalous observations and tensions, together with other conventional ones such as recent NICER observations of PSR J0740+6620, J0030+0451, and PSR J0437-4715, can be naturally explained simultaneously by a new general type of hybrid stars that are self-bound and radially stable in the slow phase transition context, and by some subsets even in the rapid phase transition context also. As a proof of concept, we use hybrid quark stars, inverted hybrid stars, and hybrid strangeon stars as benchmark examples to explicitly demonstrate the advantage and feasibility of slow stable self-bound hybrid stars in relieving all tensions related to compact stars' masses, radii, and tidal deformabilities. | 最近のパルサー観測の中には、従来の中性子星の描像に自然に当てはまらないものもある。 HESS J1731-347とXTE J1814-338に関連するコンパクト天体は低質量領域では半径が小さすぎる一方、GW190814の二次成分は質量が大きすぎるため、GW170817イベントの制約と中性子星が両立しない。 本研究では、これらの異常な観測と緊張、そして最近のNICERによるPSR J0740+6620、J0030+0451、PSR J0437-4715の観測といった従来の観測と緊張が、緩やかな相転移の文脈において自己束縛され、径方向に安定な新しい一般的なタイプの混成星、そして急速な相転移の文脈においても一部のサブセットによって同時に自然に説明できることを実証する。 概念実証として、ハイブリッドクォーク星、反転ハイブリッド星、ハイブリッドストレンジオン星をベンチマーク例として用い、低速で安定な自己束縛ハイブリッド星が、コンパクト星の質量、半径、潮汐変形能に関連するすべての緊張を緩和する上での利点と実現可能性を明確に実証します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider background fields within the gravitational sector of the Standard-Model Extension (SME) in a cosmological setting. Our analysis is divided into two parts. The first part addresses the consistency of nondynamical backgrounds in scenarios where diffeomorphism invariance is explicitly broken. Focusing on gravitational systems that admit Killing vector fields and possess a priori symmetries, we demonstrate that potential discrepancies between Riemannian geometry and dynamical equations can be avoided. The second part presents a direct application of various techniques developed by decomposing the modified Einstein equations along normal and tangential directions of the (3+1) decomposition. We show that nondynamical backgrounds can lead to accelerated cosmological expansion without requiring a cosmological constant, thereby opening new avenues for interpreting dark energy. | 我々は、宇宙論的設定における標準模型拡張（SME）の重力セクター内の背景場を考察する。 解析は2つの部分に分かれている。 第1部では、微分同相不変性が明示的に破れるシナリオにおける非力学的背景の整合性について考察する。 キリングベクトル場を許容し、先験的対称性を持つ重力系に焦点を当て、リーマン幾何学と力学方程式の間の潜在的な矛盾を回避できることを示す。 第2部では、修正アインシュタイン方程式を(3+1)分解の法線方向と接線方向に沿って分解することによって開発された様々な手法を直接適用する。 我々は、非力学的背景が宇宙定数を必要とせずに加速宇宙膨張をもたらし得ることを示し、それによって暗黒エネルギーの解釈に新たな道を開く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore the scenario that the observable universe emerged from the vicinity of a negative mass ring singularity, and all content of the universe travels at the same group velocity close to the speed of light on a geodesic trajectory along the axis of rotation of the singularity. In appropriate coordinate parametrization and evaluated on the trajectory, we find that the metric tensor in the vicinity of the trajectory exhibits a conformal scale factor $a(\eta)$ with contraction and subsequent expansion properties that solve the horizon problem. We then introduce a static flow of gravitating radiation along the trajectory (perturbatively with respect to the mass scale of the singularity) to model a homogeneous radiation dominated universe. Solving the Einstein field equations with a physically motivated ansatz of metric perturbation then reveals that the effective conformal scale factor indeed grows asymptotically with the same power law as expected in a conventional radiation dominated universe. | 観測可能な宇宙は負質量のリング特異点の近傍から出現し、宇宙のすべての内容が特異点の回転軸に沿った測地線軌道上を光速に近い同じ群速度で移動するというシナリオを検討する。 適切な座標パラメータ化と軌道上での評価により、軌道近傍の計量テンソルは、収縮とそれに続く膨張特性を持つ共形スケール因子$a(\eta)$を示し、地平線問題を解決することがわかった。 次に、軌道に沿った重力輻射の静的流れ（特異点の質量スケールに関して摂動的に）を導入し、均質な輻射が支配的な宇宙をモデル化する。 物理的に動機付けられた計量摂動の仮定を用いてアインシュタイン場の方程式を解くと、実効共形スケール因子は、従来の放射が支配的な宇宙で予想されるのと同じべき乗則に従って漸近的に増加することが明らかになる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational-wave astronomy provides a promising avenue for the discovery of new physics beyond general relativity as it probes extreme curvature and ultra-relativistic dynamics. However, in the absence of a compelling alternative to general relativity, it is difficult to carry out an analysis that allows for a wide range of deviations. To that end, we introduce a Gaussian process framework to search for deviations from general relativity in gravitational-wave signals from binary black hole mergers with minimal assumptions. We employ a kernel that enforces our prior beliefs that - if gravitational waveforms deviate from the predictions of general relativity - the deviation is likely to be localised in time near the merger with some characteristic frequency. We demonstrate this formalism with simulated data and apply it to events from Gravitational-Wave Transient Catalog 3. We find no evidence for a deviation from general relativity. We limit the fractional deviation in gravitational-wave strain to as low as 7% (90% credibility) of the strain of GW190701_203306. | 重力波天文学は、極端な曲率や超相対論的ダイナミクスを探求するため、一般相対性理論を超える新しい物理学の発見への有望な道筋を提供します。 しかし、一般相対性理論に代わる説得力のある理論が存在しない状況では、幅広い偏差を許容する解析を行うことは困難です。 そこで、我々はガウス過程の枠組みを導入し、最小限の仮定で連星ブラックホール合体からの重力波信号における一般相対性理論からの偏差を探索します。 我々は、重力波形が一般相対性理論の予測から逸脱する場合、その偏差は合体近傍で時間的に局在し、ある特徴的な周波数を持つ可能性が高いという事前の確信を強化するカーネルを使用します。 我々はこの形式主義をシミュレーションデータで実証し、重力波トランジェントカタログ3のイベントに適用しました。 その結果、一般相対性理論からの逸脱の証拠は見つかりませんでした。 重力波歪みの分数偏差を、GW190701_203306の歪みの7%（信頼度90%）まで低く制限します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this Letter, we simulate the collision between outflows from the tidal disruption of a 1M$_\odot$ main sequence star around a $10^6$M$_\odot$ black hole and an initially spherically symmetric circumnuclear cloud. We launch super-Eddington outflows self-consistently by simulating the disruption of stars on both bound and unbound initial orbits using general relativistic smoothed particle hydrodynamics. We find shocks formed as early as $\sim 10~$days after the initial stellar disruption produce prompt radio emission. The shock radius ($\approx~10^{17}$~cm), velocity ($\sim 0.15$c) and total energy ($\sim 10^{51}$ erg) in our simulations match those inferred from radio observations of tidal disruption events (TDEs). We ray-trace to produce synthetic radio images and spectra to compare with the observations. While the TDE outflow is quasi-spherical, the synchrotron emitting region is aspherical but with reflection symmetry above and below the initial orbital plane. Our synthetic spectra show continuous decay in peak frequency, matching prompt radio TDE observations. Our model supports the hypothesis that synchrotron radio flares from TDEs result from the collision between outflows and the circumnuclear material. | 本稿では、10^6Mブラックホールを周回する1M$_\odot$主系列星の潮汐破壊から生じるアウトフローと、初期球対称な核周雲との衝突をシミュレーションする。 一般相対論的平滑化粒子流体力学を用いて、束縛軌道および非束縛軌道の両方における星の破壊をシミュレーションすることにより、自己無撞着に超エディントン・アウトフローを発生させる。 初期の星の破壊からわずか$\sim 10~$日後に形成された衝撃波が即発電波放射を生成することを明らかにした。 シミュレーションにおける衝撃波の半径（$\approx~10^{17}$cm）、速度（$\sim 0.15$c）、および全エネルギー（$\sim 10^{51}$erg）は、潮汐破壊事象（TDE）の電波観測から推定されたものと一致する。 レイトレーシングにより合成電波画像とスペクトルを生成し、観測結果と比較しました。 TDEのアウトフローは準球状ですが、シンクロトロン放射領域は非球状ですが、初期軌道面の上下で反射対称性があります。 合成スペクトルはピーク周波数の連続的な減衰を示し、即発電波TDEの観測結果と一致しています。 このモデルは、TDEからのシンクロトロン電波フレアはアウトフローと核周物質の衝突によって生じるという仮説を支持しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The origins of merging compact binaries observed by gravitational-wave detectors remains highly uncertain. Several astrophysical channels may contribute to the overall merger rate, with distinct formation processes imprinted on the structure and correlations in the underlying distributions of binary source parameters. In the absence of confident theoretical models, the current understanding of this population mostly relies on simple parametric models that make strong assumptions and are prone to misspecification. Recent work has made progress using more flexible nonparametric models, but detailed measurement of the multidimensional population remains challenging. In pursuit of this, we present PixelPop-a high resolution Bayesian nonparametric model to infer joint distributions and parameter correlations with minimal assumptions. PixelPop densely bins the joint parameter space and directly infers the merger rate in each bin, assuming only that bins are coupled to their nearest neighbors. We demonstrate this method on mock populations with and without bivariate source correlations, employing several statistical metrics for information gain and correlation significance to quantify our nonparametric results. We show that PixelPop correctly recovers the true populations within posterior uncertainties and offers a conservative assessment of population-level features and parameter correlations. Its flexibility and tractability make it a useful data-driven tool to probe gravitational-wave populations in multiple dimensions. | 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、依然として極めて不明確である。 いくつかの天体物理学的経路が、連星源パラメータの分布の構造と相関に刻み込まれた明確な形成過程を経て、全体的な合体率に寄与している可能性がある。 信頼性の高い理論モデルが存在しない中で、この種族に関する現在の理解は、主に、強い仮定に基づき、誤った特定化を起こしやすい単純なパラメトリックモデルに依存している。 最近の研究では、より柔軟なノンパラメトリックモデルを用いることで進歩が見られるが、多次元の種族の詳細な測定は依然として困難である。 この課題を解決するため、我々は、最小限の仮定で結合分布とパラメータ相関を推定する高解像度ベイズノンパラメトリックモデル、PixelPop を提示する。 PixelPop は、結合パラメータ空間を密にビン化し、各ビンが最も近い隣接するビンと結合しているという仮定のみで、各ビンにおける合体率を直接推定する。 我々は、二変量ソース相関の有無にかかわらず、模擬集団に対してこの手法を実証し、情報利得と相関の有意性に関するいくつかの統計的指標を用いて、ノンパラメトリックな結果を定量化する。 PixelPopは、事後不確実性の範囲内で真の集団を正しく復元し、集団レベルの特徴とパラメータ相関について保守的な評価を提供することを示す。 その柔軟性と扱いやすさにより、PixelPopは多次元で重力波集団を調査するための有用なデータ駆動型ツールとなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The planned space-based gravitational wave detector, LISA, will provide a fundamentally new means of studying the orbital alignment of close white dwarf binaries. However, due to the inherent symmetry of their gravitational wave signals, a fourfold degeneracy arises in the transverse projections of their angular momentum vectors. In this paper, we demonstrate that by incorporating timing information from electromagnetic observations, such as radial velocity modulations and light curves, this degeneracy can be reduced to twofold. | 計画中の宇宙重力波検出器LISAは、近接白色矮星連星の軌道配列を研究するための根本的に新しい手段を提供する。 しかし、これらの連星の重力波信号が本質的に対称性を持つため、角運動量ベクトルの横方向投影には4倍の縮退が生じる。 本論文では、視線速度変調や光度曲線といった電磁気観測からのタイミング情報を組み込むことで、この縮退を2倍にまで低減できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a relativistic quantum communication channel between two localized qubit systems, mediated by a relativistic quantum field, that can achieve the theoretical maximum for the quantum capacity in arbitrary curved spacetimes using the Unruh-DeWitt detector formalism. Using techniques from algebraic quantum field theory, we express the quantum capacity of the quantum communication channel purely in terms of the correlation functions of the field and the causal propagator for the wave equation. Consequently, the resulting quantum channel, and hence the quantum capacity, are by construction manifestly covariant, respect the causal structure of spacetime, and are independent of the details of the background geometry, topology, and the choice of Hilbert space (quasifree) representations of the field. | 我々は、相対論的量子場を媒介とする2つの局在量子ビット系間の相対論的量子通信路を構築し、Unruh-DeWitt検出器形式を用いて任意の曲がった時空における量子容量の理論的最大値を達成する。 代数的量子場の理論の手法を用いて、量子通信路の量子容量を、場の相関関数と波動方程式の因果伝播関数のみで表現する。 その結果、得られる量子通信路、ひいては量子容量は、構成上、明らかに共変であり、時空の因果構造を尊重し、背景幾何学、位相、および場のヒルベルト空間（準自由）表現の選択の詳細とは独立である。 |
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| Formation channels of merging compact binaries imprint themselves on the distributions and correlations of their source parameters, but current understanding of this population is hindered by simplified parametric models. We overcome such limitations using PixelPop [Heinzel et al. (2025)]-our Bayesian nonparametric multidimensional population model. We analyze data from the first three LIGO-Virgo-KAGRA observing runs and make high resolution, minimally modeled measurements of the pairwise distributions of binary black hole masses, redshifts, and spins. We find no evidence that the mass spectrum evolves over redshift and show that such measurements are fundamentally limited by the detector horizon. We find support for correlations of the spin distribution with binary mass ratio and redshift, but at reduced significance compared to overly constraining parametric models. Confident data-driven conclusions about population-level correlations with flexible models like PixelPop will require more informative gravitational-wave catalogs. | 合体するコンパクト連星の形成経路は、その源パラメータの分布と相関に影響を与えるが、この種族の理解は、現在、単純化されたパラメトリックモデルによって妨げられている。 我々は、我々のベイズ非パラメトリック多次元種族モデルであるPixelPop [Heinzel et al. (2025)] を用いて、こうした限界を克服する。 LIGO-Virgo-KAGRAによる最初の3回の観測ランのデータを分析し、連星ブラックホールの質量、赤方偏移、スピンのペアワイズ分布について、高解像度かつ最小限のモデル化による測定を行った。 質量スペクトルが赤方偏移にわたって変化するという証拠は見つからず、このような測定は基本的に検出器の地平線によって制限されることを示す。 スピン分布と連星質量比および赤方偏移との相関関係を支持する証拠も得られたが、過度に制約的なパラメトリックモデルと比較すると、その有意性は低下した。 PixelPopのような柔軟なモデルを用いて、集団レベルの相関関係についてデータに基づいた確実な結論を導き出すには、より情報量の多い重力波カタログが必要になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cauchy-characteristic matching (CCM) is a numerical-relativity technique that solves Einstein's equations on an effectively infinite computational domain, thereby eliminating systematic errors associated with artificial boundary conditions. Whether CCM can robustly handle fully nonlinear, dynamical spacetimes, such as binary black hole (BBH) mergers, has remained an open question. In this work, we provide a positive answer by presenting nine successful CCM simulations of BBHs; and demonstrate a key application of this method: computing late-time tails. Our results pave the path for systematic studies of late-time tails in BBH systems, and for producing highly accurate waveforms essential to next-generation gravitational-wave detectors. | コーシー特性マッチング（CCM）は、数値相対論的手法であり、事実上無限の計算領域上でアインシュタイン方程式を解き、人為的な境界条件に関連する系統的誤差を排除します。 CCMが連星ブラックホール（BBH）合体のような完全に非線形で動的な時空をロバストに扱えるかどうかは、未解決の問題です。 本研究では、BBHの9つのCCMシミュレーションに成功することで、この疑問に明確な答えを示します。 また、この手法の重要な応用である後期時間尾の計算を実証します。 私たちの研究結果は、BBH系における後期時間尾の系統的研究、そして次世代重力波検出器に不可欠な高精度波形の生成への道を開くものです。 |
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| The gravitational wave event GW230529 was the first compact binary merger observation reported in the fourth observing run of the LIGO--Virgo--KAGRA observatory network. The more massive component of the GW230529 source binary was inferred to contain a compact object in the lower mass gap, a purported gap between the most massive neutron stars and least massive black holes based on compact object observations in the Milky Way. However, the properties of the mass-gap object, such as its exact mass and spin, remain unresolved due to statistical uncertainties. To investigate the properties of the GW230529 source binary, we perform parameter estimation on a suite of simulated gravitational wave systems with similar parameters. We vary the intrinsic properties of the simulated systems, the detector noise properties, the signal-to-noise ratios, and the waveform model used in recovery. We find that the low signal-to-noise ratio of GW230529 is the key reason for the ambiguity in determining whether the mass of the primary object in the binary is consistent with a low-mass black hole or a high-mass neutron star, since the priors for the masses and spins have a significant impact on the posterior distribution. The inclusion of tidal effects in the waveform model also contributes to the observed degeneracies in the posteriors. We show that a higher signal-to-noise ratio in future observations of mass-gap gravitational wave sources will increase the precision of the measurements and allow us to determine whether the components are black holes or neutron stars. | 重力波イベントGW230529は、LIGO-Virgo-KAGRA観測ネットワークの第4回観測で報告された最初のコンパクト連星合体観測である。 GW230529源連星の質量の大きい成分は、銀河系におけるコンパクト天体の観測に基づき、最も質量の大きい中性子星と最も質量の小さいブラックホールとの間の隙間とされる低質量ギャップにコンパクト天体を含むと推定された。 しかし、この質量ギャップ天体の正確な質量やスピンなどの特性は、統計的不確実性のために未解明のままである。 GW230529源連星の特性を調査するため、我々は類似のパラメータを持つ一連のシミュレーション重力波システムに対してパラメータ推定を行った。 シミュレーションシステムの固有特性、検出器のノイズ特性、信号対雑音比、および回復に使用した波形モデルを変化させた。 GW230529の低い信号対雑音比が、連星の主天体の質量が低質量ブラックホールと高質量中性子星のどちらに該当するかを決定できない主な原因であることがわかった。 これは、質量とスピンの事前分布が事後分布に大きな影響を与えるためである。 波形モデルに潮汐効果を取り入れることも、事後分布で観測される縮退に寄与している。 質量ギャップ重力波源の今後の観測において、より高い信号対雑音比を実現することで測定精度が向上し、構成要素がブラックホールか中性子星かを決定できるようになることを示す。 |
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| We study the entanglement entropy of a massive scalar field in the background of the Einstein universe. We determine numerically the structure of the UV-divergent terms. We study analytically the IR term that originates in the long-range correlations arising from the field zero mode on the sphere. We compare with previous results for a scalar field in a dS or AdS background. | アインシュタイン宇宙の背景における質量を持つスカラー場のエンタングルメント・エントロピーを調べる。 UV発散項の構造を数値的に決定する。 球面上の場の零モードから生じる長距離相関に由来するIR項を解析的に調べる。 dSまたはAdS背景におけるスカラー場に関するこれまでの結果と比較する。 |
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| Systems of two black holes with unbound orbits can produce a diverse array of gravitational wave signals with rich morphology. This parameter space encompasses both hyperbolic orbit scattering events and dynamical captures, including zoom-whirl orbits with multiple flybys and direct plunge mergers. These signals challenge traditional parameter estimation infrastructure, which is largely optimized for quasicircular inspiral binaries. In this work we discuss the adaptation of the Rapid Iterative FiTting (RIFT) algorithm to this problem using the TEOBResumSDALI waveform model which can simulate generic orbits. We present results from a study of simulated signals emulating a scatter and plunge event, utilizing the design sensitivity of the forthcoming Cosmic Explorer interferometer. Our analysis demonstrates that RIFT accurately recovers the mass, spins, and hyperbolic orbit parameters: the system energy and angular momentum defined at a fiducial initial separation. | 非束縛軌道を持つ2つのブラックホール系は、多様な形態を持つ多様な重力波信号を生成する可能性がある。 このパラメータ空間は、双曲軌道散乱事象と動的捕捉事象の両方を包含し、これには複数回のフライバイを伴うズーム・ワール軌道や直接の突入合体が含まれる。 これらの信号は、主に準円形インスパイラル連星向けに最適化されている従来のパラメータ推定基盤の課題となる。 本研究では、一般的な軌道をシミュレートできるTEOBResumSDALI波形モデルを用いて、Rapid Iterative FiTting (RIFT)アルゴリズムをこの問題に適用する方法について議論する。 本稿では、近々導入されるCosmic Explorer干渉計の設計感度を利用し、散乱および突入事象をエミュレートしたシミュレーション信号の研究結果を示す。 我々の解析は、RIFTが質量、スピン、双曲軌道パラメータ（システムエネルギーと角運動量）を正確に復元することを実証しました。 これは、基準となる初期分離において定義されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper presents the study of dark-energy compact stars in the context of modified Rastall teleparallel gravity. It is the first time that dark energy celestial phenomena have been explored in this modified gravitational theory. Employing the torsion-based functions, $f(T)$ and $h(T)$, we analyzed their effects in a spherically symmetric spacetime chosen as the interior geometry, while using the Schwarzschild geometry as an outer spacetime. In this study, we explored various dark energy stellar properties, including dark energy pressure components, energy conditions, and equation of state components. Our findings reveal that the observed negative behavior of these stellar properties served as compelling evidence, validating the presence of dark energy in stellar configurations. Detailed investigations of the energy conditions, pressure profiles, sound speeds, TOV equation, adiabatic index, gradients, mass function, compactness, and redshift function forecasts a comprehensive assessment, affirming the acceptability and realism of the investigated stellar configuration. | 本論文は、修正ラスタルテレパラレル重力理論の文脈におけるダークエネルギーコンパクト星の研究を示す。 この修正重力理論においてダークエネルギー天体現象が探究されたのは今回が初めてである。 ねじれに基づく関数$f(T)$と$h(T)$を用いて、内部幾何学として球対称時空を選択し、外部時空としてシュワルツシルト幾何学を用いた場合におけるそれらの効果を解析した。 本研究では、ダークエネルギー圧力成分、エネルギー条件、状態方程式成分など、ダークエネルギーの様々な恒星特性を調べた。 得られた結果は、これらの恒星特性の観測された負の振る舞いが、恒星配置におけるダークエネルギーの存在を裏付ける説得力のある証拠となったことを明らかにした。 エネルギー条件、圧力プロファイル、音速、TOV方程式、断熱指数、勾配、質量関数、コンパクトネス、赤方偏移関数の詳細な調査により、包括的な評価が予測され、調査対象の恒星配置の妥当性と現実性が確認されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We extend the framework of spontaneous baryogenesis by investigating the generation of baryon asymmetry when the inflaton, $\theta$, is minimally coupled with a complex spectator scalar field $\phi$, as $\theta^2|\phi|^2$. To do so, we also consider $\phi$ non-minimally coupled with the Ricci scalar curvature $R$ through a Yukawa-like interaction. We do not consider further interactions of the spectator field with the fermions of the Standard Model, considering it \emph{de facto} as a dark scalar field. In evaluating the violation of the baryon-number conservation during the reheating epoch, in a perfectly homogeneous and isotropic universe, we follow a semiclassical approach, where $\theta$, $\phi$ and gravity are considered as classical fields, whereas the fermions are quantized. We solve the equations of motion for the inflaton and spectator fields, respectively at first and zero-order in perturbation theory, neglecting at first stage the expansion of the universe. Afterwards, we quantify how the spectator field modifies the inflationary dynamics and thus find the baryon asymmetry produced via the inflaton decays into fermion-antifermion pairs by computing the corresponding decay amplitudes. We therefore obtain small first order correction to standard spontaneous baryogenesis and finally discuss the mass-mixing between fermions. Accordingly, the effects of considering the universe expansion are accounted, showing when the coupling between $\phi$ and $R$ becomes noticeable in altering the overall baryon asymmetry. | 我々は、インフレーション$\theta$が複素スペクテイタースカラー場$\phi$と最小結合し、$\theta^2|\phi|^2$となる場合のバリオン非対称性の生成を調べることにより、自発的バリオン生成の枠組みを拡張する。 そのために、$\phi$がリッチスカラー曲率$R$と湯川型相互作用を介して非最小結合していることも考慮する。 スペクテイター場は事実上ダークスカラー場とみなし、標準模型のフェルミオンとの更なる相互作用は考慮しない。 完全に均質かつ等方的な宇宙において、再加熱期における重粒子数保存則の破れを評価するにあたり、我々は半古典的アプローチに従う。 このアプローチでは、$\theta$、$\phi$、重力は古典場とみなし、フェルミオンは量子化される。 摂動論において、インフラトン場とスペクテイター場の運動方程式をそれぞれ1次と0次の項で解き、第一段階では宇宙の膨張を無視する。 その後、スペクテイター場がインフレーションダイナミクスをどのように変化させるかを定量化し、対応する崩壊振幅を計算することで、インフラトンがフェルミオン-反フェルミオン対に崩壊することによって生じる重粒子の非対称性を求める。 これにより、標準的な自発的バリオン生成に対する小さな1次の補正が得られ、最後にフェルミオン間の質量混合について議論する。 したがって、宇宙の膨張を考慮した場合の効果が考慮され、全体の重粒子非対称性を変化させる際に$\phi$と$R$の結合がいつ顕著になるかが示されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cosmography is a widely applied method to infer kinematics of the Universe at small cosmological scales while remaining agnostic about the theory of gravity at play. Usually cosmologists invoke the Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) metric in cosmographic analyses, however generalised approaches allow for analyses outside of any assumed geometrical model. These methods have great promise to be able to model-independently map the cosmic neighborhood where the Universe has not yet converged to isotropy. In this regime, anisotropies can bias parameter inferences if they are not accounted for, and thus must be included for precision cosmology analyses, even when the principle aim is to infer the background cosmology. In this paper, we develop a method to predict the dipole in luminosity distances that arises due to nearby inhomogeneities. This is the leading-order correction to the standard isotropic distance-redshift law. Within a very broad class of general-relativistic universe models, we provide an interpretation of the dipole in terms of the gradients in expansion rate and density which is free from any underlying background cosmology. We use numerical relativity simulations, with improved initial data methods, alongside fully relativistic ray tracing to test the power of our prediction. We find our prediction accurately captures the dipole signature in our simulations to within ~10% for redshifts $z\lesssim 0.07$ in reasonably smooth simulations. In the presence of more non-linear density fields, we find this reduces to $z\lesssim 0.02$. This represents up to an order of magnitude improvement with respect to what is achieved by naive, local cosmography-based predictions. Our paper thus addresses important issues regarding convergence properties of anisotropic cosmographic series expansions that would otherwise limit their applicability to very narrow redshift ranges. | 宇宙論的宇宙論は、宇宙論的スケールにおける宇宙の運動学を推論するために広く応用されている手法であり、重力理論の適用については不可知のままである。 通常、宇宙論者は宇宙論的解析においてフリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）計量を用いるが、一般化されたアプローチは、想定される幾何学的モデルにとらわれない解析を可能にする。 これらの手法は、宇宙がまだ等方性に収束していない宇宙近傍をモデルに依存せずにマッピングできるという大きな可能性を秘めている。 この領域では、異方性を考慮しないとパラメータ推論にバイアスが生じる可能性があるため、背景宇宙論の推論を主な目的とする場合でも、精密宇宙論解析には異方性を考慮する必要がある。 本論文では、近傍の不均一性によって生じる光度距離の双極子を予測する方法を開発する。 これは、標準的な等方性距離-赤方偏移法則に対する主要次補正である。 一般相対論的宇宙モデルの非常に広範なクラスにおいて、我々は膨張率と密度の勾配に基づく双極子の解釈を提示する。 これは、いかなる背景宇宙論にも依存しない。 我々は、数値相対論シミュレーション、改良された初期データ法、および完全相対論的光線追跡を用いて、我々の予測の有効性を検証した。 その結果、我々の予測は、十分に滑らかなシミュレーションにおいて、赤方偏移$z\lesssim 0.07$に対して、シミュレーションにおける双極子の特徴を約10%以内で正確に捉えていることがわかった。 より非線形な密度場が存在する場合、この精度は$z\lesssim 0.02$まで低下することがわかった。 これは、単純な局所宇宙論に基づく予測によって達成されるものと比較して、最大1桁の改善を意味する。 したがって、本論文は、非等方的な宇宙論級数展開の収束特性に関する重要な問題に取り組んでいる。 これらの問題は、そうでなければ適用範囲を非常に狭い赤方偏移の範囲に限定してしまうであろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigated universal relations for compact stars rotating at the Keplerian (mass-shedding) limit, which is highly relevant for understanding the rapidly rotating objects formed in the aftermath of a neutron star-neutron star merger. Our analysis is based on a set of nucleonic EoS featuring systematic variations in the symmetry energy slope parameter $L_{\rm sym}$ and the isoscalar skewness parameter $Q_{\rm sat}$, varied within ranges that are broadly consistent with current laboratory and astrophysical constraints. The global observable properties of isolated maximally rotating stars are examined, focusing on the mass-radius relation, moment of inertia, quadrupole moment, and the Keplerian (maximum) rotation frequency, as well as their variations in the $L_{\rm sym}$-$Q_{\rm sat}$ parameter space. Next, we demonstrate that, in the limit of Keplerian rotation, universal relations remain valid across the same set of EoSs characterized by varying $L_{\rm sym}$ and $Q_{\rm sat}$. In particular, we present explicit results for the moment of inertia and quadrupole moment as functions of compactness, as well as for the moment of inertia - quadrupole moment relation. All of these relations exhibit excellent universality, with deviations typically within a few percent and rarely exceeding 10\% across a wide range of parameters. These findings support the applicability of $I$-Love-$Q$-type universal relations in observational modeling of maximally rotating compact stars and the gravitational wave emitted by them, when accounting for significant variation in the symmetry energy and high-density behavior of the nuclear EoS. | 我々は、ケプラー限界（質量放出限界）で回転するコンパクト星の普遍的な関係式を調べた。 これは、中性子星‐中性子星合体の後に形成される高速回転天体の理解に非常に重要である。 我々の解析は、対称性エネルギー傾斜パラメータ$L_{\rm sym}$とアイソスカラー歪度パラメータ$Q_{\rm sat}$の系統的変動を特徴とする一連の核EoSに基づいており、これらの変動は、現在の実験室および天体物理学的制約と概ね一致する範囲内で変化している。 孤立した最大回転星のグローバルな観測可能な特性を、質量半径関係、慣性モーメント、四重極モーメント、ケプラー限界（最大）回転周波数、およびそれらの$L_{\rm sym}$-$Q_{\rm sat}$パラメータ空間における変動に焦点を当てて調べた。 次に、ケプラー回転の極限において、$L_{\rm sym}$と$Q_{\rm sat}$を変化させることで特徴付けられる同じEoSの集合全体にわたって、普遍的な関係式が成立することを示す。 特に、コンパクトネスの関数としての慣性モーメントと四重極モーメント、および慣性モーメントと四重極モーメントの関係について、明確な結果を示す。 これらの関係式はすべて優れた普遍性を示し、広い範囲のパラメータにわたって、通常は数%以内の偏差で、10%を超えることはめったにない。 これらの知見は、核EoSの対称性エネルギーと高密度挙動の大きな変動を考慮した上で、最大回転コンパクト星とそこから放射される重力波の観測モデリングにおいて、$I$-Love-$Q$型の普遍的な関係式が適用可能であることを裏付けている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| One striking feature of binary black hole (BBH) mergers observed in the first decade of gravitational-wave astronomy is an excess of events with component masses around $35\,\mathrm{M}_{\odot}$. Multiple formation channels have been proposed to explain this excess. To distinguish among these channels, it is essential to examine their predicted population-level distributions across additional parameters. In this work, we focus on BBH mergers near the $35\,\mathrm{M}_{\odot}$ peak and infer the population distributions of primary mass ($m_1$), mass ratio ($q$), effective spin ($\chi_{\rm eff}$), and redshift ($z$). We observe a gradual increase in the merger rate with $m_1$, rising by a factor of $3$ from $20\,\mathrm{M}_{\odot}$ to a peak around $34\,\mathrm{M}_{\odot}$, followed by a sharp, order-of-magnitude decline by $50\,\mathrm{M}_{\odot}$. This population also shows a weak preference for equal-mass mergers and has a $\chi_{\rm eff}$ distribution skewed toward positive values, with a median of zero excluded at approximately $90\%$ confidence. We find no significant $q-\chi_{\rm eff}$ correlation in the $35\, \mathrm{M}_{\odot}$ peak population, suggesting that lower-mass systems ($m_1<20\,\mathrm{M}_{\odot}$) likely drive the $q-\chi_{\rm eff}$ anti-correlation observed in the full BBH merger catalog. The redshift evolution of the merger rate is consistent with the cosmic star formation rate. We compare our findings with predictions from a wide range of formation channels. We find that common variants of the pair-instability supernova scenario, as well as hierarchical merger models, are incompatible with the observed features of the $35\,\mathrm{M}_{\odot}$ population. Ultimately, none of the formation channels we consider can explain all or even most of the features observed in this population. The ''mid-thirties'' of black hole mergers are in crisis. | 重力波天文学の最初の10年間に観測された連星ブラックホール（BBH）合体の顕著な特徴の一つは、成分質量が$35\,\mathrm{M}_{\odot}$付近の事象の過剰である。 この過剰を説明するために、複数の形成経路が提案されている。 これらの経路を区別するためには、追加のパラメータにわたって予測される種族レベルの分布を調べることが不可欠である。 本研究では、$35\,\mathrm{M}_{\odot}$ピーク付近のBBH合体に焦点を当て、主質量（$m_1$）、質量比（$q$）、有効スピン（$\chi_{\rm eff}$）、および赤方偏移（$z$）の種族分布を推定する。 合体率は$m_1$とともに徐々に増加し、$20\,\mathrm{M}_{\odot}$から$3$倍に増加して$34\,\mathrm{M}_{\odot}$付近でピークに達し、その後$50\,\mathrm{M}_{\odot}$で急激に一桁減少することが観測されます。 この集団はまた、等質量合体に対する弱い選好を示し、正の値に偏った$\chi_{\rm eff}$分布を示し、中央値0は約$90\%$の信頼度で除外されます。 35, \mathrm{M}_{\odot}$のピーク集団には有意な$q-\chi_{\rm eff}$相関は見られなかった。 これは、より低質量の系（$m_1<20,\mathrm{M}_{\odot}$）が、BBH合体カタログ全体で観測された$q-\chi_{\rm eff}$反相関を引き起こしている可能性が高いことを示唆している。 合体速度の赤方偏移変化は、宇宙の星形成速度と整合している。 我々は、この発見を、様々な形成チャネルからの予測と比較した。 その結果、対不安定性超新星シナリオの一般的な変種や階層的合体モデルは、35, \mathrm{M}_{\odot}$集団の観測された特徴と矛盾することがわかった。 結局のところ、私たちが検討する形成経路のどれも、この種族で観測される特徴のすべて、あるいはほとんどを説明することはできません。 ブラックホールの合体の「30年代半ば」は危機に瀕しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Intermediate mass ratio inspirals (IMRIs) of binary black holes with mass ratios $10^{-4}\lesssim q \lesssim 0.1$ are astrophysically interesting sources of gravitational waves. Mergers of intermediate-mass black holes (IMBHs) with stellar-mass black holes would be IMRIs, so their detection can help us probe the formation mechanisms of IMBHs. They can also help us perform precise tests of general relativity due to the presence of strong higher-order mode emission. We perform a search for aligned-spin IMRIs within the data of the two LIGO detectors in the third observing run (O3) of the LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) collaboration, including higher modes in the template banks for the first time. We use the IAS-HM pipeline for our search and construct template banks in the range $1/100 < q<1/18$ using the SEOBNRv5HM waveform model. Our banks retain a similar level of effectualness for IMRPhenomXHM and BHPTNRSur2dq1e3 waveforms, making our search results relatively robust against waveform systematics. We show that the sensitivity volume of the search increases by up to $\sim 500\%$ upon inclusion of higher modes. We do not find any significant candidates with inverse false alarm rate (IFAR) $> 1$ year in the O3 data. This gives us upper limits on the IMRI merger rate in the local Universe, ranging from $\sim 30$ to $10^3$ Gpc$^{-3}$ yr$^{-1}$ depending on the masses of the black holes in the binary. These constraints are consistent with rate predictions in the literature. Our projections indicate that we would be able to detect IMRIs or constrain some of their proposed formation channels in the fourth (O4) and fifth (O5) observing runs. | 質量比が $10^{-4}\lesssim q \lesssim 0.1$ の連星ブラックホールの中間質量比インスパイラル（IMRI）は、天体物理学的に興味深い重力波源です。 中間質量ブラックホール（IMBH）と恒星質量ブラックホールの合体もIMRIとなるため、その検出はIMBHの形成メカニズムの解明に役立ちます。 また、強い高次モード放射が存在するため、一般相対性理論の精密な検証にも役立ちます。 LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）共同研究の第3回観測ラン（O3）において、2台のLIGO検出器のデータを用いて、初めてテンプレートバンクに高次モードを含め、整列スピンIMRIの探索を行いました。 探索にはIAS-HMパイプラインを用い、SEOBNRv5HM波形モデルを用いて$1/100 < q<1/18$の範囲でテンプレートバンクを構築した。 このバンクはIMRPhenomXHMおよびBHPTNRSur2dq1e3波形に対して同程度の有効性を維持しており、探索結果は波形の系統的変化に対して比較的ロバストである。 高次モードを含めると、探索の感度体積は最大$\sim 500\%$増加することを示す。 O3データにおいて、逆誤警報率（IFAR）$> 1$年を示す有意な候補は発見されなかった。 これにより、局所宇宙におけるIMRI合体率の上限が与えられ、連星系内のブラックホールの質量に応じて$\sim 30$から$10^3$ Gpc$^{-3}$ yr$^{-1}$の範囲となる。 これらの制約は、文献における合体率予測と整合している。 私たちの予測によれば、第4回（O4）および第5回（O5）の観測で、IMRIsを検出したり、その形成経路のいくつかを制限したりできる可能性があると示唆されています。 |