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| Original Text | 日本語訳 |
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| Early warning of gravitational waves (GWs) is essential for multi-messenger observations of binary neutron star and black hole-neutron star merger events. In this study, we investigate early warning prospects from eccentric compact binaries, whose mergers are expected to comprise a significant fraction of detected GW events in the future. Eccentric binaries exhibit oscillatory frequency evolution, causing GW frequencies to recur multiple times through their coalescence. Consequently, generating eccentric waveform templates for early warning requires specification of initial conditions. While the standard approach involves initiating waveform generation when the orbit-averaged frequency enters the detector band, we compare this with an alternative approach that uses the periastron frequency as the starting point. Our analysis shows that initializing at the periastron frequency yields an improved signal-to-noise ratio and sky localization. Additionally, including subdominant modes alongside the dominant $(2,2)$ mode leads to further improvements in sky localization. We explore the parameter space of primary mass $m_1 \in [1.4, 15] \, M_\odot$, spin $\chi_1 \in [0, 0.8]$, and eccentricity $e \leq 0.4$ across three detector configurations: O5, Voyager, and 3G. We find that in the O5 (Voyager) configuration, including eccentricity and subdominant modes, the sky localization area can be reduced by $2-80\% (2-85\%)$ at 1000 sq. deg. with increasing eccentricity from $e_5 = 0.1$ to $e_5 = 0.4$, yielding up to $41$ seconds (1 minute) of extra early warning time. For NSBH systems, subdominant modes contribute up to $70$ $(94)\%$ reduction for O5 (Voyager) scenario. In the 3G detector scenario, the sky area reduction due to eccentricity reaches $80\%$ (from $e_{2.5} = 0.1$ to $e_{2.5} = 0.4$) at 100 sq. deg., and subdominant modes enhance the reduction up to $98\%$ for NSBH systems. | 重力波（GW）の早期警報は、連星中性子星およびブラックホールと中性子星の合体現象のマルチメッセンジャー観測に不可欠です。 本研究では、将来検出される重力波現象のかなりの部分を占めると予想される、離心率の高いコンパクト連星からの早期警報の可能性を調査します。 離心率の高い連星は振動的な周波数変化を示し、重力波の周波数は合体を通じて複数回繰り返されます。 そのため、早期警報用の離心率の高い波形テンプレートを生成するには、初期条件を指定する必要があります。 標準的な手法では、軌道平均周波数が検出器帯域に入ったときに波形生成を開始しますが、本研究では近点周波数を開始点とする代替手法と比較します。 解析の結果、近点周波数で初期化することで、信号対雑音比と天空の位置特定が改善されることが示されました。 さらに、支配的な$(2,2)$モードに加えて、副支配的なモードを含めることで、天空の特定がさらに改善されます。 主質量$m_1 \in [1.4, 15]、M_\odot$、スピン$\chi_1 \in [0, 0.8]$、離心率$e \leq 0.4$のパラメータ空間を、O5、ボイジャー、3Gの3つの検出器構成にわたって調査しました。 離心率と副支配的なモードを含むO5（ボイジャー）構成では、離心率が$e_5 = 0.1$から$e_5 = 0.4$に増加すると、天空の特定領域は1000平方度で$2-80\%（2-85\%）$減少し、最大$41$秒（1分）の早期警戒時間が追加されることが分かりました。 NSBHシステムの場合、サブドミナントモードはO5（ボイジャー）シナリオで最大$70$ $(94)\%$の低減に寄与します。 3G検出器シナリオでは、離心率による天空面積の減少は100平方度で$80\%$（$e_{2.5} = 0.1$から$e_{2.5} = 0.4$）に達し、サブドミナントモードはNSBHシステムでこの低減を最大$98\%$まで促進します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| At the extreme densities in neutron stars, a phase transition to deconfined quark matter is anticipated. Yet masses, radii and tidal deformabilities offer only indirect measures of a first-order phase transition, requiring many detections to resolve or being ineffective observables if the discontinuity exists at lower densities. We report on a smoking-gun gravitational-wave signature of a first-order transition: the resonant tidal excitation of an interface mode. Using relativistic perturbation theory with an equation-of-state family informed by chiral effective field theory, we show that such a resonance may be detectable with next-generation interferometers and possibly already with LIGO A+ for sufficiently loud events. | 中性子星の極限密度では、非閉じ込めクォーク物質への相転移が予測される。 しかし、質量、半径、潮汐変形率は一次相転移の間接的な尺度に過ぎず、それらを解明するには多くの検出が必要となるか、あるいは低密度で不連続性が存在する場合には有効な観測量とはならない。 我々は、一次転移の決定的な重力波シグネチャー、すなわち界面モードの共鳴潮汐励起について報告する。 カイラル有効場理論に基づく状態方程式族を用いた相対論的摂動論を用いて、このような共鳴は次世代干渉計で検出可能であり、十分に大きな事象であればLIGO A+で既に検出可能である可能性があることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The cosmological behavior associated to a U(N)-symmetry reduced sector of the loop-quantum-gravity truncation known as the two-vertex model is further explored in this work. We construct convenient frame bases that encode the whole classical phase space of the twisted geometry associated to the graph. We show that the polyhedra of the twisted geometry suffer under evolution an homothetic expansion, which strengthens the correspondence to the Robertson-Walker geometry. | 本研究では、2頂点模型として知られるループ量子重力切断のU(N)対称性縮小セクターに関連する宇宙論的挙動をさらに探求する。 グラフに関連付けられたツイスト幾何学の古典位相空間全体を符号化する便利なフレーム基底を構築する。 ツイスト幾何学の多面体は進化によって相似展開を受けることを示し、これがロバートソン・ウォーカー幾何学との対応を強化する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we derive upper limits on the physical energy-density fraction today of cosmological gravitational waves, denoted by $\Omega_{\rm{gw}}h^{2}$, by combining \emph{Planck} \& ACT \& SPT CMB data with DESI BAO data. In the standard cosmological model, we establish 95\% CL upper limits of $\Omega_{\rm{gw}}h^{2} < 1.0 \times 10^{-6}$ for adiabatic initial conditions and $\Omega_{\rm{gw}}h^{2} < 2.7 \times 10^{-7}$ for homogeneous initial conditions. In light of dynamical dark energy, we get $\Omega_{\rm{gw}}h^{2} < 7.2 \times 10^{-7}$ (adiabatic) and $\Omega_{\rm{gw}}h^{2} < 2.4 \times 10^{-7}$ (homogeneous). We also project the sensitivity achievable with LiteBIRD \& CMB Stage-IV measurements of CMB and CSST observations of BAO, forecasting 68\% CL uncertainties of $\sigma = 2.4 \times 10^{-7}$ (adiabatic) and $\sigma = 0.9 \times 10^{-7}$ (homogeneous) for ${\Omega_{\rm{gw}}h^{2}}$. The constraints provide critical benchmarks for exploring the cosmological origins of gravitational waves within the frequency band $f \gtrsim 10^{-15}$\,Hz and potentially enable joint analysis with direct gravitational-wave detection sensitive to this regime. | 本研究では、\emph{Planck} \& ACT \& SPT CMBデータとDESI BAOデータを組み合わせることで、現在の宇宙論的重力波の物理的エネルギー密度比（$\Omega_{\rm{gw}}h^{2}$と表記）の上限を導出する。 標準宇宙論モデルにおいて、断熱初期条件では$\Omega_{\rm{gw}}h^{2} < 1.0 \times 10^{-6}$、一様初期条件では$\Omega_{\rm{gw}}h^{2} < 2.7 \times 10^{-7}$の95% CL上限を確立する。 動的ダークエネルギーを考慮すると、$\Omega_{\rm{gw}}h^{2} < 7.2 \times 10^{-7}$（断熱）および$\Omega_{\rm{gw}}h^{2} < 2.4 \times 10^{-7}$（均質）が得られる。 また、LiteBIRD \& CMB Stage-IVによるCMB測定とCSSTによるBAO観測で達成可能な感度を予測し、${\Omega_{\rm{gw}}h^{2}}$について、68\% CL不確かさとして、$\sigma = 2.4 \times 10^{-7}$（断熱）および$\sigma = 0.9 \times 10^{-7}$（均質）を予測する。 これらの制約は、周波数帯域$f \gtrsim 10^{-15}$\,Hz内の重力波の宇宙論的起源を探るための重要なベンチマークを提供し、この領域に敏感な重力波の直接検出との共同解析を可能にする可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study two-point functions of symmetric traceless local operators in the bulk of de Sitter spacetime. We derive the K\"all\'en-Lehmann spectral decomposition for any spin and show that unitarity implies its spectral densities are nonnegative. In addition, we recover the K\"all\'en-Lehmann decomposition in Minkowski space by taking the flat space limit. Using harmonic analysis and the Wick rotation to Euclidean Anti de Sitter, we derive an inversion formula to compute the spectral densities. Using the inversion formula, we relate the analytic structure of the spectral densities to the late-time boundary operator content. We apply our technical tools to study two-point functions of composite operators in free and weakly coupled theories. In the weakly coupled case, we show how the K\"all\'en-Lehmann decomposition is useful to find the anomalous dimensions of the late-time boundary operators. We also derive the K\"all\'en-Lehmann representation of two-point functions of spinning primary operators of a Conformal Field Theory on de Sitter. | 我々は、ド・ジッター時空の大部分における対称なトレースレス局所作用素の2点関数を研究する。 任意のスピンに対するK\"all\'en-Lehmannスペクトル分解を導出し、ユニタリー性はそのスペクトル密度が非負であることを示す。 さらに、平坦空間極限をとることで、ミンコフスキー空間におけるK\"all\'en-Lehmann分解を回復する。 調和解析とユークリッド反ド・ジッターへのウィック回転を用いて、スペクトル密度を計算するための反転公式を導出する。 この反転公式を用いて、スペクトル密度の解析的構造と後期境界作用素内容とを関連付ける。 この技術的ツールを、自由理論および弱結合理論における合成作用素の2点関数の研究に適用する。 弱結合の場合、K\"all\'en-Lehmann分解が後期境界作用素の異常次元を求めるのにどのように役立つかを示します。 また、ド・ジッター上の共形場理論の回転する主作用素の2点関数のK\"all\'en-Lehmann表現を導出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Extreme mass-ratio inspirals (EMRIs), in which a solar mass compact object is whirling around a supermassive black hole, act as precise tracers of the spacetime geometry and astrophysical environment around the supermassive black hole. These systems are highly sensitive to even the smallest deviations from the vacuum general relativity scenario. However, detecting these signals requires highly accurate waveform modeling up to the first post-adiabatic order, incorporating self-force effects, system parameters, and environmental influences. In this paper, we focus on the impact of dark matter on gravitational waveforms. Cold dark matter in galactic centers can be redistributed by the gravitational pull of a supermassive black hole, forming a dense, spike-like profile. When an EMRI evolves in such an environment, the interaction between the binary and the surrounding dark matter can leave distinctive imprints on the emitted waveform, and thus offer a novel way to probe the nature and distribution of dark matter. We specifically examine how dark matter modifies the background spacetime. By treating these modifications perturbatively, we present a framework to incorporate dark matter environmental effects into gravitational waveform modeling at the first post-adiabatic order. | 太陽質量程度のコンパクト天体が超大質量ブラックホールの周りを旋回する極限質量比インスパイラル（EMRI）は、超大質量ブラックホール周囲の時空構造と天体物理学的環境の正確なトレーサーとして機能する。 これらのシステムは、真空一般相対論のシナリオからのわずかなずれにも非常に敏感である。 しかし、これらの信号を検出するには、自己力効果、システムパラメータ、環境の影響を考慮した、第一ポスト断熱次数までの高精度波形モデリングが必要である。 本論文では、暗黒物質が重力波形に与える影響に焦点を当てる。 銀河中心の冷たい暗黒物質は、超大質量ブラックホールの重力によって再分布し、高密度のスパイク状のプロファイルを形成する可能性がある。 このような環境でEMRIが発達すると、連星と周囲の暗黒物質との相互作用によって放射波形に特徴的な痕跡が残り、暗黒物質の性質と分布を調べる新たな方法が提供される。 我々は特に、暗黒物質が背景時空をどのように変化させるかを調べる。 これらの変化を摂動論的に扱うことで、暗黒物質の環境効果を第一ポスト断熱オーダーで重力波形モデリングに組み込む枠組みを提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The next-generation Very Large Array (ngVLA) is intended to be the premier centimeter-wavelength facility for astronomy and astrophysics, building on the substantial scientific legacies of the Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) and the Very Long Baseline Array (VLBA). The ngVLA would open a new window on the Universe through ultra-sensitive imaging of thermal line and continuum emission to milliarcsecond resolution, while delivering unprecedented broad-band continuum imaging and polarimetry of non-thermal emission. The ngVLA would provide a critical electromagnetic complement to a suite of particle detectors and gravitational-wave observatories, as well as space- and ground-based telescopes operating from infrared to gamma-ray wavelengths, hence enabling multi-messenger and multi-band astronomy and astrophysics. Current construction plans call for the ngVLA to leverage some of the physical infrastructure of both the VLA and the VLBA, potentially drawing on overlapping personnel and information infrastructure. Multiple options can be envisioned for a VLA+VLBA to ngVLA transition. In order to assess risks and benefits of possible transition plans, the ngVLA project established the VLA+VLBA to ngVLA Transition Advisory Group (TAG). The primary deliverable from the TAG is a ``VLA+VLBA to ngVLA Transition Option Concepts'' report (this report) that includes a prioritized list of transition options. | 次世代超大型干渉計（ngVLA）は、カール・G・ジャンスキー超大型干渉計（VLA）と超長基線干渉計（VLBA）の確固たる科学的成果を基盤として、天文学および天体物理学における最高峰のセンチメートル波長帯施設となることを目指しています。 ngVLAは、熱線および連続波放射をミリ秒角分解能で超高感度に撮像するとともに、非熱線放射のこれまでにない広帯域連続波撮像と偏光測定を実現することで、宇宙への新たな窓を開くことになります。 ngVLAは、赤外線からガンマ線までの波長で運用される宇宙および地上の望遠鏡に加え、一連の粒子検出器や重力波観測装置に重要な電磁波観測装置を補完し、マルチメッセンジャーおよびマルチバンド天文学および天体物理学を可能にします。 現在の建設計画では、ngVLAはVLAとVLBAの物理インフラの一部を活用し、人員と情報インフラの重複を活用することが求められています。 VLA+VLBAからngVLAへの移行には複数の選択肢が考えられます。 ngVLAプロジェクトでは、移行計画のリスクとメリットを評価するために、VLA+VLBAからngVLAへの移行諮問グループ（TAG）を設立しました。 TAGの主な成果物は、「VLA+VLBAからngVLAへの移行オプションのコンセプト」報告書（本報告書）であり、これには移行オプションの優先順位リストが含まれています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Modern optomechanical systems employ increasingly sophisticated quantum-mechanical states of light to probe and manipulate mechanical motion. Squeezed states are now used routinely to enhance the sensitivity of gravitational-wave interferometers to small external forces, and they are also used in feedback-based trapping and damping experiments on the same interferometers to enhance the achievable cooling of fluctuations in the differential test mass mode (arXiv:2102.12665). In this latter context, an accurate accounting of the true test mass motion, incorporating all sources of loss, the effect of feedback control, and the influence of classical force and sensing noises, is paramount. We work within the two-photon formalism to provide such an accounting, which extends a previously described decomposition of the quantum-mechanical noise of the light field (arxiv:2105.12052). This decomposition provides insight, rooted in physically motivated parameters, into the optimal squeezed state and feedback control configuration that should be employed to achieve the lowest fluctuations. We apply this formalism to feedback damping experiments in current and possible future gravitational-wave interferometers -- LIGO A+, LIGO Voyager, Cosmic Explorer (CE), and CE Voyager -- and discuss how these multi-degree-of-freedom systems might be compared to a single degree-of-freedom oscillator. We find that, for the oscillator definition used most commonly in the literature so far, occupation numbers below 1 are possible in these interferometers over a frequency range comparable to the bandwidth of the trapped and cooled oscillator. We also discuss several technical issues in cooling experiments with gravitational-wave detectors | 現代の光機械システムは、ますます高度化する光の量子力学的状態を用いて、機械的運動を探索および操作しています。 スクイーズド状態は現在、重力波干渉計の小さな外力に対する感度を高めるために日常的に使用されており、また、同じ干渉計を用いたフィードバック制御によるトラッピングおよびダンピング実験においても、差動テスト質量モードにおける変動の冷却効果を高めるために使用されています (arXiv:2102.12665)。 この後者の文脈においては、すべての損失源、フィードバック制御の効果、および古典的な力とセンシングノイズの影響を考慮した、真のテスト質量運動の正確な考慮が最も重要です。 我々は、2光子形式を用いて、光場の量子力学的ノイズのこれまでに記載された分解を拡張し、このような考慮を提供します (arxiv:2105.12052)。 この分解は、物理的に根拠のあるパラメータに基づき、変動を最小にするために採用すべき最適なスクイーズ状態とフィードバック制御構成についての知見を提供する。 我々はこの形式論を、現在および将来の重力波干渉計（LIGO A+、LIGO Voyager、Cosmic Explorer (CE)、およびCE Voyager）におけるフィードバック減衰実験に適用し、これらの多自由度系を単自由度振動子とどのように比較できるかを議論する。 これまでの文献で最も一般的に用いられている振動子の定義では、これらの干渉計では、捕捉・冷却された振動子の帯域幅に匹敵する周波数範囲において、1未満の占有数が可能であることがわかった。 また、重力波検出器を用いた冷却実験におけるいくつかの技術的問題についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently it has been shown that the third law of black hole mechanics can be violated: an exactly extremal Reissner-Nordstrom black hole can form in finite time in gravitational collapse of matter with a large charge to mass ratio. However, it has also been proved that this cannot happen if the matter satisfies a ``supersymmetric'' lower bound on its energy in terms of its charge. This paper proves an analogous result for black holes with a negative cosmological constant. The result states that a supersymmetric Kerr-Newman-anti de Sitter black hole cannot form in gravitational collapse of charged matter satisfying the supersymmetric bound. The results for zero or negative cosmological constant are extended to apply to two-sided black holes: it is proved that an initially non-extremal black hole cannot evolve to a supersymmetric black hole in finite time, irrespective of whether or not the initial black hole was formed in gravitational collapse. | 最近、ブラックホール力学の第三法則が破られる可能性があることが示されました。 すなわち、質量電荷比の大きい物質の重力崩壊において、有限時間内に厳密に極限的なライスナー・ノルドストローム・ブラックホールが形成される可能性があるということです。 しかし、物質が電荷に関してエネルギーの「超対称性」下限を満たす場合、これは起こり得ないことも証明されています。 本論文は、負の宇宙定数を持つブラックホールについて同様の結果を証明します。 この結果は、超対称性下限を満たす荷電物質の重力崩壊において、超対称カー・ニューマン・反ド・ジッター・ブラックホールは形成されないことを示しています。 ゼロまたは負の宇宙定数の場合の結果は、両面ブラックホールにも適用できるように拡張され、初期の非極限ブラックホールは、初期のブラックホールが重力崩壊で形成されたかどうかにかかわらず、有限時間内に超対称ブラックホールに進化できないことが証明されました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We systematically perform numerical-relativity simulations for equal-mass binary neutron star mergers for the models varying the thermal index $\Gamma_{\rm th}$ with three different equations of state (EOSs) of the neutron stars (NSs), which are consistent with current multimessenger observational data and state-of-the-art theoretical calculations, and two different binary total mass ($m_0=2.7\ \text{and}\ 2.9~M_\odot$). By varying the value of $\Gamma_{\rm th}$ within the hybrid EOS framework, we investigate the thermal effects on the merger dynamics, gravitational waves (GWs), and the dynamical mass ejection process. We find that the choice of the constant $\Gamma_{\rm th}$ can change the outcome of the remnant for specific EOSs and $m_0$. We also show that the dynamical ejecta mass is affected by the $\Gamma_{\rm th}$ value in a different way for different EOSs: for a stiff EOS the ejecta mass is high when $\Gamma_{\rm th}$ is small, while for softer EOSs the largest ejecta is achieved when $\Gamma_{\rm th} = 1.3$--$1.4$. While the inspiral motion does not depend on the $\Gamma_{\rm th}$ value, the postmerger phase evolution is highly affected by that. We show that the dominant peak frequency $f_2$ of the postmerger GW spectrum monotonically decreases as the $\Gamma_{\rm th}$ increases. We find that the universal relations between NS macroscopic properties and postmerger GW frequencies are subject to non-negligible thermal uncertainties, which can obscure the universal relation between the tidal deformability and $f_2$. | 我々は、熱指数$\Gamma_{\rm th}$を変化させたモデルを用いて、等質量連星中性子星合体の数値相対論シミュレーションを系統的に実施した。 このシミュレーションでは、中性子星（NS）の3つの異なる状態方程式（EOS）（現在のマルチメッセンジャー観測データおよび最先端の理論計算と整合）と、2つの異なる連星全質量（$m_0=2.7\ \text{および}\ 2.9~M_\odot$）を用いた。 ハイブリッドEOSフレームワーク内で$\Gamma_{\rm th}$の値を変化させることで、合体ダイナミクス、重力波（GW）、および動的質量放出プロセスへの熱効果を調べた。 定数$\Gamma_{\rm th}$の選択によって、特定のEOSおよび$m_0$における残骸の結果が変化することがわかった。 また、EOSの種類によって、動的放出質量が$\Gamma_{\rm th}$値によって異なる影響を受けることも示します。 硬いEOSでは、$\Gamma_{\rm th}$が小さいときに放出質量は大きくなりますが、柔らかいEOSでは、$\Gamma_{\rm th}$ = 1.3～1.4のときに放出質量が最大になります。 インスパイラル運動は$\Gamma_{\rm th}$値に依存しませんが、合体後の相変化は$\Gamma_{\rm th}$値に大きく影響されます。 合体後の重力波スペクトルの支配的なピーク周波数$f_2$は、$\Gamma_{\rm th}$が増加するにつれて単調に減少することを示します。 NS巨視的性質と合体後の重力波周波数との間の普遍的な関係は、無視できない熱的不確定性の影響を受け、潮汐変形能と$f_2$との間の普遍的な関係を不明瞭にする可能性があることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Neutron stars are compact, relativistic bodies that host several extremes of modern physics. An exciting development in recent years has been the opportunity to probe this exotic physics by observing compact-binary coalescences using sensitive gravitational-wave and electromagnetic instruments. To maximise the science inferred from these measurements, we require models that accurately represent the physics. In this study, we consider the post-Newtonian approximation to general relativity for the modelling of neutron-star dynamics, with a particular view to model dynamical tides at the late stages of binary inspiral. We develop the post-Newtonian perturbation equations for a non-rotating star and show that the perturbation problem is Hermitian and therefore derives from a fundamental Lagrangian. Establishing this Lagrangian system leads to a conserved symplectic product and canonical energy for the perturbations. We determine the orthogonality condition for the post-Newtonian oscillation modes, which in turn forms the foundation of a mode-sum representation often used for dynamical tides. Finally, we demonstrate that the perturbation formulation is unique. | 中性子星は、現代物理学のいくつかの極限状態を包含するコンパクトな相対論的天体です。 近年の刺激的な発展は、高感度重力波・電磁波観測装置を用いてコンパクト連星合体を観測することにより、この特異な物理を探究する機会が得られたことです。 これらの測定から得られる科学を最大限に高めるためには、物理を正確に表現するモデルが必要です。 本研究では、中性子星のダイナミクスをモデル化するために、一般相対論に対するポストニュートン近似を考察し、特に連星スパイラル後期における力学的潮汐をモデル化することを目指します。 回転しない星に対するポストニュートン摂動方程式を展開し、摂動問題がエルミートであり、したがって基本ラグランジアンから導かれることを示します。 このラグランジアン系を確立することで、摂動に対するシンプレクティック積と正準エネルギーが保存されることが示されます。 ポストニュートン振動モードの直交性条件を決定し、これが力学的潮汐によく用いられるモード和表現の基礎となる。 最後に、摂動定式化が一意であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The dispersion measure (DM) analysis of extragalactic fast radio bursts (FRBs) has accounted for all cosmic baryons but remains limited by systematic uncertainties from various parameter degeneracies. We show that the prominent degeneracy between the baryon density ($\Omega_{\rm b}$) and the Hubble constant ($H_0$) can be disentangled through an independent $H_0$ value uniquely inferred from the absolute luminosity distance measurements of gravitational-wave (GW) standard sirens. By combining $104$ localized FRBs with $47$ GW events, we obtain a robust, late-Universe measurement of \ob $=0.0488\pm0.0064$ ($1\sigma$), in concordance with early-Universe observations of CMB + BBN. Notably, incorporating GW data helps not only avoid biases induced by the $H_0$ tension, but also mitigate those from the parameters of diffuse baryon fraction and DM distribution models. Although the current precision ($\sim 13\%$) is limited by sample size, the growing detections of both FRBs and GWs will make their synergy a powerful probe of low-redshift cosmology. | 銀河系外高速電波バースト（FRB）の分散測度（DM）解析は、宇宙に存在する全ての重粒子を説明できるものの、様々なパラメータの縮退による系統的不確実性によって依然として限界がある。 我々は、重粒子密度（$\Omega_{\rm b}$）とハッブル定数（$H_0$）の間の顕著な縮退が、重力波標準サイレンの絶対光度距離測定から独自に推定される独立した$H_0$値によって分離できることを示す。 $104$個の局在FRBと$47$個の重力波イベントを組み合わせることで、\ob $=0.0488\pm0.0064$（$1\sigma$）という、宇宙後期におけるロバストな測定値が得られ、これはCMB + BBNの初期宇宙観測結果と一致する。 特に、重力波データの取り込みは、$H_0$張力によって引き起こされるバイアスを回避するだけでなく、拡散重粒子比やDM分布モデルのパラメータに起因するバイアスを軽減するのにも役立ちます。 現在の精度（$\sim 13\%$）はサンプル数によって制限されていますが、FRBと重力波の検出数の増加に伴い、それらの相乗効果は低赤方偏移宇宙論の強力な探査手段となるでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove a splitting theorem for globally hyperbolic, weighted spacetimes with metrics and weights of regularity $C^1$ by combining elliptic techniques for the negative homogeneity $p$-d'Alembert operator from our recent work in the smooth setting with the concept of line-adapted curves introduced here. Our results extend the Lorentzian splitting theorem proved for smooth globally hyperbolic spacetimes by Galloway -- and variants of its weighted counterparts by Case and Woolgar--Wylie -- to this low regularity setting. | 我々は、負同次性p-ダランベール作用素に対する楕円的手法を滑らかな設定における我々の最近の研究と組み合わせることにより、計量と重みが正則性$C^1$である大域的に双曲的な重み付き時空に対する分割定理を証明する。 我々の結果は、滑らかな大域的に双曲的な時空に対してギャロウェイによって証明されたローレンツ分割定理、およびケースとウールガー-ワイリーによって証明されたその重み付き対応物の変種を、この低正則性設定に拡張するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We give a novel formulation of classical double copy in the mini-superspace of static, spherically symmetric black holes where the map between the solutions of general relativity and Maxwell's theory can be realized in Boyer-Lindsquit coordinates. By employing the reduced action principle, we show that the double copy structure can be generalized to Lovelock gravities and quasi-topological gravities. However, the gravitational solutions are mapped to the purely electric solutions of Maxwell's theory with a difference: instead of a direct match between the Kerr-Schild scalar in the gravity side and the scalar potential in the gauge theory side, the scalar potential becomes a polynomial in the Kerr-Schild scalar, giving rise to a generalization of the Kerr-Schild double copy. We calculate the Regge-Teitelboim surface charges and prove that the mass of the black hole solution is identified with the electric charge corresponding to the Coulomb part of the gauge theory solution in the same way it does in the case of general relativity. | 静的球対称ブラックホールのミニ超空間における古典的な二重コピーの新しい定式化を与える。 この定式化では、一般相対論とマクスウェル理論の解の間の写像がボイヤー・リンツキット座標で実現される。 作用縮減原理を用いることで、二重コピー構造がラブロック重力と準位相重力に一般化できることを示す。 しかし、重力解はマクスウェル理論の純電気的解に写像されるが、重力側のカー・シルト・スカラーとゲージ理論側のスカラーポテンシャルが直接一致するのではなく、スカラーポテンシャルがカー・シルト・スカラーの多項式となり、カー・シルト二重コピーの一般化が生じるという違いがある。 レッゲ・タイテルボイム表面電荷を計算し、ブラックホール解の質量が、一般相対論の場合と同様に、ゲージ理論解のクーロン部分に対応する電荷と同一視されることを証明します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we systematically investigate the optical appearance of a Schwarzschild black hole illuminated by three geometrically thin accretion disk models under varying observational inclination angles. Based on the geometric relationship between the black hole and observer, we first divide the accretion disk into co-side and counter-side semi-disks. We then analyze light ray trajectories, and calculate the total number of orbits and transfer functions for both semi-disks. The results reveal distinct inclination-dependence of lensed regions on different semi-disks: as inclination increases, the lensed region contracts for the counter-side semi-disk while expanding for the co-side one. Furthermore, through explicit specification of the emission profiles of the three models, we present optical images for both optically thin and thick disk scenarios at different inclinations. The results demonstrate that: (i) the bright rings in all three models become progressively compressed and deviate from circularity as inclination increases; (ii) for thick disks, partial rings are obscured and the overall intensity is lower than thin disks. These results may advance our understanding of general black hole imaging processes and provide a new approach to test gravitational theories through optical morphology studies. | 本論文では、観測傾斜角を変化させながら、3つの幾何学的に薄い降着円盤モデルによって照らされたシュバルツシルトブラックホールの光学的な外観を系統的に調査する。 ブラックホールと観測者の幾何学的関係に基づき、まず降着円盤を共側と反側の半円盤に分割する。 次に光線の軌跡を解析し、両方の半円盤の軌道の総数と伝達関数を計算する。 その結果、異なる半円盤上のレンズ効果領域の傾斜角依存性が明確に示される。 傾斜角が増加すると、反側半円盤ではレンズ効果領域が縮小し、共側半円盤ではレンズ効果領域が拡大する。 さらに、3つのモデルの放射プロファイルを明示的に指定することにより、異なる傾斜角における光学的に薄い円盤シナリオと厚い円盤シナリオの両方の光学画像を示す。 結果は、(i) 3つのモデルすべてにおいて、明るいリングは傾斜角が増加するにつれて次第に圧縮され、円形から外れることを示しています。 (ii) 厚いディスクでは、部分的なリングが隠され、全体的な強度は薄いディスクよりも低くなります。 これらの結果は、ブラックホールの一般的な撮像プロセスに関する理解を深め、光学形態学的研究を通じて重力理論を検証するための新たなアプローチを提供する可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Regular and spherically symmetric black holes that solve the singularity problems of the Schwarzschild solution are phenomenologically viable at large distance but usually suffer from the Cauchy horizon instability. To overcome this drawback, we extended the analysis to include hyperbolic and toroidal horizon topologies within the framework of static, topologically maximally symmetric spacetimes. We show that both hyperbolic and toroidal black holes can be constructed without Cauchy horizons and without curvature singularities, thereby avoiding the mass inflation instability. These solutions exhibit asymptotic flatness in a generalized quasi-Minkowskian sense. The phenomenological aspects of these solutions are also studied by examining their thermodynamical properties, the photon sphere, and the effective potentials, ensuring consistency with observable properties such as black hole shadows. Lastly, we investigate a reconstruction technique within a scalar-tensor gravity framework, illustrating how the discussed metrics can arise from well-defined scalar field dynamics. Our investigation presents a viable pathway for constructing physically realistic, regular black holes in both General Relativity and modified gravity, broadening the landscape of singularity-free spacetimes and offering models that may better reflect the nature of strong gravitational fields in astrophysical and cosmological settings. | シュワルツシルト解の特異点問題を解く正則および球対称ブラックホールは、遠距離でも現象的に実現可能であるが、通常はコーシー地平線不安定性に悩まされる。 この欠点を克服するために、静的かつ位相的に最大対称な時空の枠組みにおいて、双曲型およびトーラス型の地平線位相を含むように解析を拡張した。 双曲型およびトーラス型のブラックホールはどちらもコーシー地平線および曲率特異点なしに構成でき、質量インフレーション不安定性を回避できることを示す。 これらの解は、一般化された準ミンコフスキー的な意味で漸近平坦性を示す。 これらの解の現象論的側面は、熱力学的特性、光子球、および有効ポテンシャルを調べることによっても研究され、ブラックホールシャドウなどの観測可能な特性との整合性が確保されている。 最後に、スカラー-テンソル重力の枠組みにおける再構成手法を研究し、議論されているメトリクスが、明確に定義されたスカラー場のダイナミクスからどのように生じるかを示します。 本研究は、一般相対論と修正重力理論の両方において、物理的に現実的な正則ブラックホールを構築するための実行可能な道筋を提示し、特異点のない時空のランドスケープを広げ、天体物理学および宇宙論の設定における強い重力場の性質をよりよく反映する可能性のあるモデルを提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we propose a new black hole solution, namely, a Hayward-like metric incorporating corrections due to non-commutativity by taking into account $\partial_r\wedge\partial_\theta$ Moyal twist. We begin by deriving this solution using the non-commutative gauge theory framework. The general properties of the metric are then analyzed, including the event horizon structure and the Kretschmann scalar. Analogous to the standard Hayward solution, the modified black hole remains regular, provided that additional dependence on the angle $\theta$. Next, we examine the thermodynamic properties, computing the Hawking temperature, entropy, and heat capacity. From the temperature profile, we verify that there is no physical remnant mass when $T^{(\Theta,l)} \to 0$, indicating a complete evaporation process. Quantum radiation is analyzed by considering both bosonic and fermionic particle modes, with an estimation of the particle creation density provided for each case. The effective potential is evaluated perturbatively to accomplish the analysis of quasinormal modes and the time-domain response for scalar perturbations. The study of null geodesics is explored to enable the characterization of the photon sphere and black hole shadows. Additionally, constraints on the shadows are estimated based on EHT (Event Horizon Telescope) data. Furthermore, the Gaussian curvature is determined to assess the stability of critical orbits, followed by an analysis of gravitational lensing using the Gauss-Bonnet theorem. Finally, the constraints (bounds) on the parameters $\Theta$ (non-commutativity) and $l$ (``Hayward parameter'') are derived based on solar system tests, including the perihelion precession of Mercury, light deflection, and the Shapiro time delay effect. | 本研究では、$\partial_r\wedge\partial_\theta$ モヤルねじれを考慮することで非可換性による補正を組み込んだ、ヘイワード型計量という新たなブラックホール解を提案する。 まず、非可換ゲージ理論の枠組みを用いてこの解を導出する。 次に、事象の地平線構造やクレッチマン・スカラーなど、計量の一般的な性質を解析する。 標準的なヘイワード解と同様に、修正されたブラックホールは、角度$\theta$への依存性が加わることを条件に、正則性を維持する。 次に、熱力学的性質を検証し、ホーキング温度、エントロピー、および熱容量を計算する。 温度プロファイルから、$T^{(\Theta,l)} \to 0$ のときに物理的な残留質量が存在しないことを確認し、完全な蒸発過程を示している。 量子放射は、ボソン粒子モードとフェルミオン粒子モードの両方を考慮して解析され、それぞれの場合の粒子生成密度の推定値が提供される。 有効ポテンシャルは摂動論的に評価され、準正規モードの解析とスカラー摂動に対する時間領域応答の解析が達成される。 ヌル測地線の研究は、光子球とブラックホールシャドウの特性評価を可能にするために探求される。 さらに、シャドウへの制限はEHT（イベント・ホライズン・テレスコープ）データに基づいて推定される。 さらに、ガウス曲率を決定して臨界軌道の安定性を評価し、続いてガウス・ボネ定理を用いて重力レンズ効果を解析する。 最後に、水星の近日点歳差運動、光の偏向、シャピロ時間遅延効果などの太陽系テストに基づいて、パラメータ$\Theta$（非可換性）と$l$（「ヘイワードパラメータ」）に対する制約（境界）が導出されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves emitted by binary neutron-star inspirals carry information on components' masses and tidal deformabilities, but not directly radii, which are measured by electromagnetic observations of neutron stars. To improve the multi-messenger astronomy studies of neutron stars, an expression for neutron-star radii as a function of gravitational-wave only data would be advantageous, as it would allow to compare information from two different channels. In order to do so, a symbolic regression method, pySR, is trained on TOV solutions to piecewise polytropic EOS input to discover an approximate symbolic expression for the neutron-star radius as a function of gravitational-wave measurements only. The approximation is tested on piecewise polytropic EOS NS data, as well as on NS sequences based on selected realistic (non-polytropic) dense-matter theory EOSs, achieving consistent agreement between the ground truth values and the symbolic approximation for a broad range of NS parameters covering current astrophysical observations, with average radii differences of few hundred meters. Additionally, the approximation is applied to the GW170817 gravitational-wave mass and tidal deformability posteriors, and compared to reported inferred radius distributions. | 連星中性子星のインスパイラルによって放出される重力波は、構成要素の質量や潮汐変形能に関する情報を運びますが、中性子星の電磁波観測によって測定される半径を直接伝えることはありません。 中性子星のマルチメッセンジャー天文学研究を改善するためには、重力波のみのデータの関数として中性子星半径を表す式が、2つの異なるチャネルからの情報を比較できるため有利です。 これを実現するために、記号回帰法pySRを区分ポリトロープEOS入力に対するTOV解で学習させ、重力波測定のみの関数として中性子星半径を表す近似記号式を求めます。 この近似は、区分的ポリトロピックEOS NSデータ、および選択された現実的な（非ポリトロピック）高密度物質理論EOSに基づくNSシーケンスで検証され、平均半径差が数百メートルである現在の天体物理学的観測をカバーする広範なNSパラメータにおいて、グランドトゥルース値とシンボリック近似の間で一貫した一致を達成した。 さらに、この近似はGW170817の重力波質量および潮汐変形能事後分布に適用され、報告されている推定半径分布と比較された。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Several pulsar timing array (PTA) groups have recently claimed the detection of nanohertz gravitational wave background (GWB), but the origin of this gravitational wave (GW) signal remains unclear. Nanohertz GWs generated by supermassive binary black holes (SMBBHs) are one of the most important GW sources in the PTA band. Utilizing data from cosmological simulation, we generate multiple realizations of a mock observable universe that self-consistently incorporates the cosmic large-scale structure, enabling a robust statistical analysis of SMBBH populations and their GW signatures. We systematically investigate the merger event distributions and both the isotropic and anisotropic properties of the resulting GWB signals under different hardening timescales. Specifically, we calculate the characteristic amplitude of the GWB signal, and the angular power spectrum for both the total energy density and energy density in different frequency bins accounting for cosmic variance through different realizations. We also study the clustering pattern of the positional distribution of SMBBHs to examine whether they can reproduce the large-scale structure of galaxies. Furthermore, for the upcoming Chinese Pulsar Timing Array (CPTA) and Square Kilometre Array (SKA)-PTA, we predict the numbers and signal-to-noise ratio (SNR) distributions of resolvable individual GW sources that may be detected with SNR$>$8. We finally investigated the impact of weak lensing effects and found that their influence on the basic characteristics of the GWB signal and individual sources is rather limited. | 最近、いくつかのパルサータイミングアレイ（PTA）グループがナノヘルツ重力波背景（GWB）の検出を主張しているが、この重力波（GW）信号の起源は依然として不明である。 超大質量連星ブラックホール（SMBBH）によって生成されるナノヘルツ重力波は、PTA帯域における最も重要な重力波源の一つである。 我々は宇宙論シミュレーションのデータを用いて、宇宙の大規模構造を自己整合的に組み込んだ観測可能な模擬宇宙の複数の実現例を生成し、SMBBH種族とその重力波シグネチャーの堅牢な統計解析を可能にした。 我々は、異なる硬化時間スケールにおける合体イベントの分布と、結果として生じるGWB信号の等方性と異方性の両方を体系的に調査する。 具体的には、GWB信号の特性振幅、および異なる周波数ビンにおける全エネルギー密度とエネルギー密度の角度パワースペクトルを計算し、様々な実現方法による宇宙の変動を考慮します。 また、SMBBHの位置分布のクラスタリングパターンを研究し、それらが銀河の大規模構造を再現できるかどうかを検証します。 さらに、今後予定されている中国パルサータイミングアレイ（CPTA）および平方キロメートルアレイ（SKA）-PTAにおいて、SNR>8で検出される可能性のある分解可能な個々の重力波源の数と信号対雑音比（SNR）の分布を予測します。 最後に、弱い重力レンズ効果の影響を調査し、そのGWB信号および個々の源の基本特性への影響は比較的限られていることを明らかにしました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper proposes a research program into how the special properties of the cubic chiral higher spin gravity theory may play a role in conformal cyclic cosmology and black hole physics, in particular for the black hole information paradox. The paper is qualitative, raising a number of questions and connections, that may be interesting to pursue in more detail. The proposal is based on a new -- at least not so commonly expressed -- view on the presumptive role of higher spin gauge fields in fundamental physics. In short, it is proposed that the non-unitary time evolution of the cubic chiral higher spin gravity theory is precisely what is needed for bridging the very large entropy gap between aeons in Roger Penrose's cosmological theory CCC. | 本論文は、立方カイラル高次スピン重力理論の特殊な性質が、共形サイクリック宇宙論およびブラックホール物理学、特にブラックホール情報パラドックスにおいてどのような役割を果たすかについての研究プログラムを提案する。 本論文は定性的なものであり、より詳細に検討することが興味深いと思われる多くの疑問と関連性を提起している。 本提案は、基礎物理学における高次スピンゲージ場の推定的役割に関する、少なくともあまり一般的には表明されていない新しい見解に基づいている。 要するに、立方カイラル高次スピン重力理論の非ユニタリー時間発展こそが、ロジャー・ペンローズの宇宙論CCCにおける時代間の非常に大きなエントロピーギャップを埋めるためにまさに必要なものであると提案されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Eccentric black-hole binaries are among the most awaited sources of gravitational waves, yet their dynamics lack a consistent framework that provides a detailed and physically robust evolutionary description due to gauge issues. We present a new set of non-orbit-averaged equations, free from radiation-reaction gauge ambiguities, that accurately describe the evolution of orbital elements for eccentric, non-spinning black-hole binaries. We derive these equations by mapping the Keplerian orbital elements to a new set of characteristic parameters using energy and angular momentum definitions combined with near-identity transformations. The resulting framework is valid for arbitrary eccentricities, including parabolic and hyperbolic limits. Using this framework, we demonstrate the strictly observable effects of the non-adiabatic emission of gravitational waves -- characteristic of eccentric binaries -- on the orbital parameters. Furthermore, we assess the regime of validity of the widely used orbit-averaged equations first derived by Peters in 1964. Importantly, their breakdown becomes evident at the first pericenter passage, implying that the validity of the orbit-averaged approximation cannot be inferred solely from binary initial conditions. The formalism we introduce, accurate up to 2.5 post-Newtonian order, aims to provide a robust tool for making reliable astrophysical predictions and accurately interpreting current and future gravitational wave data, paving the way for deeper insights into the dynamics of eccentric black hole binaries. | 離心率の高いブラックホール連星は、最も期待されている重力波の発生源の一つですが、ゲージ問題のために、そのダイナミクスは詳細かつ物理的に堅牢な進化的記述を提供する一貫した枠組みを欠いています。 本研究では、放射反応ゲージの曖昧さを排除し、離心率の高い非自転ブラックホール連星の軌道要素の進化を正確に記述する、軌道平均化されていない新しい方程式群を提示します。 これらの方程式は、エネルギーと角運動量の定義と近似恒等変換を用いて、ケプラーの軌道要素を新しい特性パラメータ群にマッピングすることで導出します。 得られた枠組みは、放物線型極限や双曲型極限を含む任意の離心率に対して有効です。 この枠組みを用いて、離心率の高い連星に特徴的な重力波の非断熱放射が、軌道パラメータに厳密に観測可能な効果を与えることを証明します。 さらに、1964年にピーターズによって初めて導かれ、広く用いられている軌道平均方程式の妥当性領域を評価する。 重要な点として、これらの方程式は最初の近点通過で破綻することが明らかになり、軌道平均近似の妥当性は連星系の初期条件のみから推論することはできないことを示唆している。 我々が導入する形式論は、ポストニュートンの2.5次までの精度を有し、信頼性の高い天体物理学的予測を行い、現在および将来の重力波データを正確に解釈するための堅牢なツールを提供することを目的としており、離心率の高いブラックホール連星のダイナミクスへのより深い洞察への道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We calculate the exact values of the quasinormal frequencies for massless perturbations with spin $s\leq2$ moving in pure accelerating spacetime. We use two different methods to transfer the perturbation equations into the form of hypergeometric differential equations and obtain the same quasinormal frequencies. These purely imaginary spectra are shown to be independent of the spin of the perturbation and match those of the so-called acceleration modes of accelerating black holes after taking the Minkowski limit. This implies that the acceleration modes actually originate from the pure accelerating spacetime and the appearance of black holes would deform the spectra. In addition, we calculate the quasinormal frequencies of scalar, electromagnetic and gravitational perturbations of $D$-dimensional de Sitter spacetime and compare them with previous results to verify the validity of our method. | 我々は、純粋加速時空中を運動するスピン$s\leq2$を持つ質量ゼロ摂動の準正規振動数の正確な値を計算する。 2つの異なる方法を用いて摂動方程式を超幾何微分方程式の形に変換し、同一の準正規振動数を得る。 これらの純虚数スペクトルは摂動のスピンとは独立であり、ミンコフスキー限界をとった後の加速ブラックホールのいわゆる加速モードのスペクトルと一致することが示される。 これは、加速モードが実際には純粋加速時空に由来し、ブラックホールの出現がスペクトルを変形することを意味する。 さらに、我々は$D$次元ド・ジッター時空におけるスカラー、電磁気、重力摂動の準正規振動数を計算し、それらを以前の結果と比較することで、我々の方法の妥当性を検証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate black hole quasinormal modes using the exact WKB method. We perform an analytic continuation from the horizon to infinity along the positive real axis of the radial coordinate and impose appropriate boundary conditions at these asymptotic positions. We clarify the role of previously overlooked logarithmic spirals of Stokes curves and branch cuts emerging from the horizon. We carefully reformulate the derivation of the quasinormal mode conditions using the exact WKB analysis, incorporating the contributions from these features into the calculation. We successfully derive correct results for both solvable model examples and the Schwarzschild spacetime. Our formulation enjoys straightforward extensions to other background geometries as well as a wide range of other physical systems. | 厳密なWKB法を用いてブラックホールの準正規モードを調べる。 地平線から無限遠まで、ラジアル座標の正の実軸に沿って解析接続を行い、これらの漸近位置に適切な境界条件を課す。 これまで見落とされてきたストークス曲線の対数螺旋と、地平線から現れる分岐切断の役割を明らかにする。 厳密なWKB解析を用いた準正規モード条件の導出を注意深く再定式化し、これらの特徴の寄与を計算に組み込む。 解けるモデルの例とシュワルツシルト時空の両方に対して正しい結果を導くことに成功した。 我々の定式化は、他の背景幾何学だけでなく、他の幅広い物理系にも容易に拡張できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent observations from the James Webb Space Telescope revealed a surprisingly large number of galaxies at high redshift, challenging the standard Lambda Cold Dark Matter cosmology with a power-law primordial power spectrum. Previous studies alleviated this tension with a blue tilted primordial power spectrum ($P(k)\propto k^{m_s}$ with $m_s>1$ at small scales $>1~{\rm cMpc}^{-1}$). In this study, we examine whether the blue tilted model can boost dark matter substructures especially at low redshift, thereby addressing other potential challenges to the standard cosmology. First, substructures in the standard cosmological model may not be sufficient to explain the anomalous flux ratio problem observed in strong gravitational lensing. Second, the number of observed nearby satellite galaxies could be higher than the theoretical predictions of the standard cosmology, after completeness correction and tidal stripping by baryonic disks. To study the impact of a blue tilted primordial power spectrum on substructures, we perform high-resolution cosmological zoom-in dark matter-only simulations of Milky Way host mass halos, evolving to redshift $z=0$. At $z=0$, we find that the blue-tilted subhalo mass functions can be enhanced by more than a factor of two for subhalo masses $M_{\rm sub} \lesssim 10^{10} ~M\odot$, whereas the subhalo $V_{\rm max}$ functions can be enhanced by a factor of four for maximum circular velocities $V_{\rm max}\lesssim 30 ~{\rm km/s}$. The blue-tilted scaled cumulative substructure fraction can be an order of magnitude higher at $\sim$10\% of the virial radius. The blue-tilted subhalos also have higher central densities, since the blue-tilted subhalos reach the same $V_{\rm max}$ at a smaller distance $R_{\rm max}$ from the center. We have also verified these findings with higher-resolution simulations. | ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による最近の観測により、驚くほど多数の銀河が高赤方偏移に存在することが明らかになり、べき乗則に従う原始パワースペクトルを持つ標準的なラムダ冷暗黒物質宇宙論に疑問を投げかけています。 これまでの研究では、青方偏移した原始パワースペクトル（$P(k)\propto k^{m_s}$、小スケールでは$m_s>1$、$>1~{\rm cMpc}^{-1}$）によってこの疑問が緩和されてきました。 本研究では、青方偏移モデルが、特に低赤方偏移における暗黒物質のサブストラクチャーを強化し、それによって標準的な宇宙論に対する他の潜在的な課題に対処できるかどうかを検証します。 まず、標準宇宙論モデルにおけるサブストラクチャーは、強い重力レンズ効果で観測される異常なフラックス比の問題を説明するのに十分ではない可能性があります。 第二に、観測される近傍の衛星銀河の数は、完全性補正とバリオン円盤による潮汐剥離を考慮すると、標準宇宙論の理論的予測よりも多くなる可能性がある。 青傾斜の原始的パワースペクトルがサブ構造に与える影響を調べるために、赤方偏移$z=0$まで進化する天の川銀河のホスト質量ハローについて、高解像度の宇宙論的ズームイン暗黒物質のみのシミュレーションを行った。 $z=0$において、青傾斜サブハロー質量関数は、サブハロー質量$M_{\rm sub} \lesssim 10^{10} ~M\odot$に対して2倍以上増大する可能性がある一方、サブハロー$V_{\rm max}$関数は、最大円速度$V_{\rm max}\lesssim 30 ~{\rm km/s}$に対して4倍増大することがわかる。 青傾斜スケールの累積サブ構造分率は、ビリアル半径の$\sim$10\%で1桁高くなる可能性があります。 青傾斜サブハローは中心からより小さな距離$R_{\rm max}$で同じ$V_{\rm max}$に達するため、中心密度も高くなります。 これらの発見は、より高解像度のシミュレーションでも検証されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Previous studies on spacetime index of refraction are mostly restricted to the static spacetimes. In this study we fill this gap by introducing the refractive index for full stationary spacetimes, employing three different approaches. These include applying Fermat's principle, employing the classical definition of refractive index, and using gravitationally-induced constitutive equations. These calculations are carried out in both threading and slicing spacetime decomposition formalisms, and their equivalence is stablished. We discuss possible applications of the spacetime index of refraction, specially in the study of light trajectories and their characteristics in stationary spacetimes. More specifically we show that there is a gravitational analog of a toroidal moment, and discuss possible gravitational analog of nonreciprocal refraction in materials with a toroidal domain wall. | 時空屈折率に関するこれまでの研究は、主に静的時空に限定されていました。 本研究では、3つの異なるアプローチを用いて、完全に静止した時空における屈折率を導入することで、このギャップを埋めます。 具体的には、フェルマーの原理の適用、屈折率の古典的な定義の適用、そして重力誘起構成方程式の使用です。 これらの計算は、スレッディング時空分解形式とスライス時空分解形式の両方で行われ、それらの等価性が確立されています。 本研究では、時空屈折率の応用可能性、特に静止時空における光の軌跡とその特性の研究について議論します。 より具体的には、トロイダルモーメントの重力類似体が存在することを示し、トロイダルドメインウォールを持つ物質における非相反屈折の重力類似体の可能性について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Measurement of gravitational waves can provide precision tests of the nature of black holes and compact objects. In this work, we test Giddings' non-violent non-locality proposal, which posits that quantum information is transferred via a nonlocal interaction that generates metric perturbations around black holes. In contrast to firewalls, these quantum fluctuations would be spread out over a larger distance range -- up to a Schwarzschild radius away. In this letter, we model the modification to the gravitational waveform from non-violent non-locality. We modify the nonspinning EOBNRv2 effective one body waveform to include metric perturbations that are due to a random Gaussian process. We find that the waveform exhibits random deviations which are particularly important in the late inspiral-plunge phase. We find an optimal dephasing parameter for detecting this effect with a principal component analysis. This is particularly intriguing because it predicts random phase deviations across different gravitational wave events, providing theoretical support for hierarchical tests of general relativity. We estimate the constraint on the perturbations in non-violent non-locality with events for the LIGO-Virgo network and for a third-generation network. | 重力波の測定は、ブラックホールやコンパクト天体の性質を精密に検証する手段となり得る。 本研究では、量子情報はブラックホールの周囲に計量摂動を生成する非局所相互作用を介して伝達されるというギディングスの非暴力的非局所性仮説を検証する。 ファイアウォールとは対照的に、これらの量子揺らぎはより広い距離範囲、最大でシュワルツシルト半径まで広がると考えられる。 本論文では、非暴力的非局所性による重力波形の修正をモデル化する。 回転しないEOBNRv2実効一体波形を修正し、ランダムガウス過程による計量摂動を組み込む。 その結果、波形はランダムな偏差を示すことが分かった。 これは特に後期インスパイラル・プランジ期において重要である。 主成分分析を用いて、この効果を検出するための最適な位相ずれパラメータを見出した。 これは特に興味深い。 なぜなら、異なる重力波イベント間でランダムな位相偏差が予測され、一般相対論の階層的検証を理論的に裏付けるからである。 我々は、LIGO-Virgoネットワークと第3世代ネットワークのイベントを用いて、非暴力的非局所性における摂動に対する制約を推定した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider a toy FRW universe with the exotic topology $S^1 \times S^3$. We show that for a specific choice of quantum field content, the semi-classical Friedman equations are consistent with temporal periodicity as required by the $S^1$ timelike factor. A straightforward consequence is that entropy reversals occur during each cycle, consistent with Hawking's proposed connection between the thermodynamic and cosmological arrows of time. | 我々は、エキゾチックな位相$S^1 \times S^3$を持つトイFRW宇宙を考察する。 量子場の内容を特定の選択に対して、半古典的なフリードマン方程式が$S^1$時間的因子によって要求される時間周期性と整合することを示す。 直接的な帰結として、エントロピー反転が各サイクルで発生することが示され、これはホーキングが提唱した熱力学的時間の矢と宇宙論的時間の矢との関連と整合する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Understanding the nature and evolution of dark energy (DE) is a central challenge in modern cosmology. In this work, we explore the constraining power of bright standard sirens -- gravitational wave (GW) events with electromagnetic counterparts - for probing the DE equation of state as function of redshift. Focusing on future GW observations from next-generation ground-based GW detectors such as the Einstein Telescope and Cosmic Explorer, we perform a comprehensive analysis using simulated binary neutron star (BNS) and neutron star-black hole (NSBH) events over five years of observation with a $75\%$ duty cycle. We consider three broad classes of DE models: (i) phenomenological parametrizations, specifically the Barboza-Alcaniz extension to the Chevallier-Polarski-Linder model; (ii) physically motivated scalar field scenarios, specifically hilltop quintessence; and (iii) evolving dark matter setup in which the matter density evolves as $(1+z)^{3+\alpha}$. For each case, we jointly infer the Hubble constant $H_0$ and model-specific DE parameters from the observed GW luminosity distances and spectroscopic redshifts. Our results demonstrate that bright sirens alone can yield competitive and independent constraints on the time evolution of DE indicating that multi-messenger cosmology has the potential to test a wide range of DE theories, bridging phenomenological and physically motivated models, and paving the way for precision cosmology in the era of GW astronomy. | 暗黒エネルギー（DE）の性質と進化を理解することは、現代宇宙論における中心的な課題です。 本研究では、高輝度標準サイレン（重力波（GW）事象と電磁波対応事象）の制約力を、赤方偏移の関数としてのDEの状態方程式の探査に用いることを目指します。 アインシュタイン望遠鏡やコズミック・エクスプローラーといった次世代地上重力波検出器による将来の重力波観測に焦点を当て、75%デューティサイクルで5年間の観測にわたる模擬中性子星連星（BNS）および中性子星-ブラックホール（NSBH）事象を用いて包括的な解析を行います。 DEモデルの3つの広範なクラスを検討します。 (i) 現象論的パラメータ化、具体的にはシュヴァリエ-ポラスキー-リンダーモデルへのバルボザ-アルカニス拡張、(ii) 物理的に動機付けられたスカラー場シナリオ、具体的にはヒルトップ・クインテセンス、(iii) 物理的に動機付けられたスカラー場シナリオ、(iv) 重力波の非線形振動、(v ... (iii) 物質密度が $(1+z)^{3+\alpha}$ として進化する暗黒物質設定。 それぞれの場合について、観測された重力波の光度距離と分光赤方偏移から、ハッブル定数 $H_0$ とモデル固有の DE パラメータを共同で推定する。 我々の結果は、明るいサイレンのみが DE の時間発展に対して競合的かつ独立した制約を与えることができることを示し、マルチメッセンジャー宇宙論が幅広い DE 理論を検証し、現象論的モデルと物理的に動機付けられたモデルを橋渡しし、重力波天文学の時代における精密宇宙論への道を開く可能性があることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| LISA data analysis represents one of the most challenging tasks ahead for the future of gravitational-wave (GW) astronomy. Characterizing the instrument's noise properties while fitting for all the other detectable sources is a key requirement of any robust inference pipeline. Noise estimation will also play a crucial role in searches and parameter estimation of cosmological and astrophysical stochastic signals. Previous studies have tackled this topic by assuming perfect knowledge of the spectral shape of the instrumental noise and of different possible types of GW Stochastic Backgrounds (SGWBs), usually resorting to parametrized templates. Recently, various works that employ template-agnostic methods have been presented. In this work, we take an additional step further, introducing flexible spectral shapes in both the instrumental noise and the stochastic signals. We account for the lack of knowledge of the exact shape of the individual contributions to the overall power spectral density by using splines to represent arbitrary perturbations of the noise and signal spectral densities. We implement a data-driven Reversible Jump MCMC algorithm to fit different components simultaneously and to infer the level of flexibility required under different scenarios. We test this approach on simulated LISA data produced under different assumptions. We investigate the impact of this increased flexibility on the reconstruction of both the injected signal and the noise level, and we discuss the prospects for claiming a successful SGWB detection. | LISAデータ解析は、重力波天文学の将来にとって最も困難な課題の一つです。 装置のノイズ特性を他のすべての検出可能な源に適合させながら特徴付けることは、堅牢な推論パイプラインの重要な要件です。 ノイズ推定はまた、宇宙論的および天体物理学的確率的信号の探索とパラメータ推定において重要な役割を果たすでしょう。 これまでの研究では、装置ノイズのスペクトル形状とさまざまな種類の重力波確率的背景（SGWB）のスペクトル形状が完全にわかっているという前提で、通常はパラメータ化されたテンプレートを用いてこの課題に取り組んできました。 最近、テンプレートに依存しない手法を用いた様々な研究が発表されています。 本研究では、装置ノイズと確率的信号の両方に柔軟なスペクトル形状を導入することで、さらに一歩前進します。 全体のパワースペクトル密度への個々の寄与の正確な形状に関する知識の欠如を、ノイズと信号のスペクトル密度の任意の摂動をスプラインで表現することにより説明する。 データ駆動型の可逆ジャンプMCMCアルゴリズムを実装し、異なる成分を同時にフィッティングし、異なるシナリオで必要な柔軟性のレベルを推定する。 このアプローチを、異なる仮定の下で生成されたLISAシミュレーションデータでテストする。 この柔軟性の向上が注入信号とノイズレベルの両方の再構成に与える影響を調査し、SGWB検出の成功の可能性について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We demonstrate Bayesian analyses of the complete gravitational-wave spectrum of binary neutron star mergers events with the next-generation detector Einstein Telescope. Our mock analyses are performed for 20 different signals using the TEOBResumSPA_NRPMw waveform that models gravitational-waves from the inspiral to the postmerger phase. They are employed to validate a pipeline for neutron star's extreme matter constraints with prospective detections and under minimal hypotheses on the equation of state. The proposed analysis stack delivers inferences for the mass-radius curve, the mass dependence of the quadrupolar tidal polarizability parameter, the neutron star's maximum density, the maximum mass and the relative radius, and the pressure-density relation itself. We show that a single event at a signal-to-noise ratio close to the minimum threshold for postmerger detection is sufficient to tightly constrain all the above relations as well as quantities like the maximum mass (maximum density) to precision of ${\sim}6$% (${\sim}10$%) at 90% credibility level. We also revisit inferences of prompt black hole formation with full spectrum signals and find that the latter can be robustly identified, even when the postmerger is not detectable due to a low signal-to-noise ratio. New results on the impact of the initial signal frequency and of the detector configuration (triangular vs. two-L) on the source's parameters estimation are also reported. An improvement of approximately one order of magnitude in the precision of the chirp mass and mass ratio can be achieved by lowering the initial frequency from 20 Hz to 2 Hz. The two-L configuration shows instead significant improvements on the inference of the source declination, due to geographical separation of the two detectors. | 次世代検出器アインシュタイン望遠鏡を用いて、連星中性子星合体イベントの完全な重力波スペクトルのベイズ解析を実証する。 インスパイラル段階から合体後段階までの重力波をモデル化するTEOBResumSPA_NRPMw波形を用いて、20種類の信号に対して模擬解析を行う。 これらの解析は、予測検出と状態方程式に関する最小限の仮説に基づく中性子星の極限物質制約のためのパイプラインを検証するために用いられる。 提案された解析スタックは、質量半径曲線、四重極潮汐分極率パラメータの質量依存性、中性子星の最大密度、最大質量と相対半径、そして圧力密度関係そのものに関する推論を提供する。 我々は、信号対雑音比がポストマージャー検出の最小閾値に近い単一イベントが、上記のすべての関係式、および最大質量（最大密度）などの量を、90%の信頼度水準で${\sim}6$%（${\sim}10$%）の精度で厳密に制限するのに十分であることを示す。 また、全スペクトル信号を用いた即発ブラックホール形成の推論を再検討し、低い信号対雑音比のためにポストマージャーが検出できない場合でも、後者をロバストに識別できることを見出した。 初期信号周波数と検出器構成（三角形 vs. 2L）がソースパラメータ推定に与える影響に関する新しい結果も報告されている。 チャープ質量と質量比の精度は、初期周波数を20 Hzから2 Hzに下げることで約1桁向上する。 2つのL構成では、2つの検出器が地理的に離れているため、音源偏角の推定精度が大幅に向上します。 |