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| Original Text | 日本語訳 |
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| The asymptotic structure of space-time is studied by imposing conditions on the asymptotics of the metric. These conditions are weak enough to include large classes of physically relevant isolated space-times, but have a rich enough structure to be able to define important physically meaningful quantities like mass, angular momentum, and gravitational waves. By using a unified expansion of the metric in a neighborhood of spatial infinity that includes a piece of null infinity, we connect the asymptotic expansions of solutions to Einstein's equations in the different asymptotic regimes. Within the class of space-times under consideration, we find a connection between the peeling properties of the Weyl scalars and symmetries of initial data near spatial infinity. In particular, we show that for initial data that to leading order is symmetric under parity + time reversal, $\Psi_2$ has the usual $1/r^3$ fall-off rate at null infinity. If, in addition, the subleading part of the data is antisymmetric under parity + time reversal, then $\Psi_1$ has the usual $1/r^4$ fall-off rate at future null infinity. | 時空の漸近構造は、計量の漸近性に条件を課すことによって研究される。 これらの条件は、物理的に重要な孤立時空の多くのクラスを含むのに十分弱いが、質量、角運動量、重力波といった重要な物理的に意味のある量を定義できるほど豊かな構造を持つ。 ヌル無限大を含む空間無限大近傍における計量の統一展開を用いることで、異なる漸近領域におけるアインシュタイン方程式の解の漸近展開を関連付ける。 検討対象の時空のクラス内において、ワイルスカラーの剥離特性と空間無限大近傍における初期データの対称性との間に関連性を見出す。 特に、初期データにおいて、パリティ＋時間反転の下で主系列が対称である場合、$\Psi_2$ はヌル無限大において通常の $1/r^3$ の減衰率を持つことを示します。 さらに、データの副主系列部分がパリティ＋時間反転の下で反対称である場合、$\Psi_1$ は将来のヌル無限大において通常の $1/r^4$ の減衰率を持ちます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| All gravitational-wave signals are inevitably gravitationally lensed by intervening matter as they propagate through the Universe. When a gravitational-wave signal is magnified, it appears to have originated from a closer, more massive system. Thus, high-mass outliers to the gravitational-wave source population are often proposed as natural candidates for strongly lensed events. However, when using a data-driven method for identifying population outliers, we find that high-mass outliers are not necessarily strongly lensed, nor will the majority of strongly-lensed signals appear as high-mass outliers. This is both because statistical fluctuations produce a larger effect on observed binary parameters than does lensing magnification, and because lensing-induced outliers must originate from intrinsically high-mass sources, which are rare. Thus, the appearance of a single lensing-induced outlier implies the existence of many other lensed events within the catalog. We additionally show that it is possible to constrain the strong lensing optical depth, which is a fundamental quantity of our Universe, with the detection or absence of high-mass outliers. However, constraints using the latest gravitational-wave catalog are weak$\unicode{x2014}$we obtain an upper limit on the optical depth of sources at redshift $1$ magnified by a factor of $5$ or more of $\tau(\mu\geq5,z=1)\leq 0.035 \unicode{x2014}$and future observing runs will not make an outlier-based method competitive with other probes of the optical depth. Future work will investigate the ability of the full inferred population of compact binaries to inform the distribution of lenses in the Universe, opening a unique opportunity to access the high-redshift Universe and constrain cosmic structures. | すべての重力波信号は、宇宙を伝播する過程で、介在物質によって必然的に重力レンズ効果を受けます。 重力波信号が拡大されると、より近く、より質量の大きい系に由来するように見えます。 そのため、重力波源の集団に対する高質量外れ値は、しばしば強い重力レンズ効果を受けた事象の自然な候補として提案されます。 しかし、データ駆動型手法を用いて集団外れ値を特定すると、高質量外れ値は必ずしも強い重力レンズ効果を受けていないことがわかり、また、強い重力レンズ効果を受けた信号の大部分が高質量外れ値として現れるわけでもありません。 これは、統計的変動が観測される連星パラメータに、レンズ効果の拡大よりも大きな影響を与えるため、そして、レンズ効果によって引き起こされる外れ値は、稀である本質的に高質量の源に由来するはずであるためです。 したがって、単一の重力レンズ効果による外れ値の出現は、カタログ内に他の多くの重力レンズ効果を受けた事象が存在することを意味します。 さらに、高質量外れ値の検出または不在によって、宇宙の基本量である強い重力レンズ効果による光学的厚さを制限できることを示します。 しかし、最新の重力波カタログを用いた制限は弱い$\unicode{x2014}$赤方偏移$1$の源の光学的厚さの上限は$\tau(\mu\geq5,z=1)\leq 0.035 \unicode{x2014}$の5倍以上であり、将来の観測では、外れ値に基づく方法が他の光学的厚さのプローブと競合することはないと思われます。 今後の研究では、推定されたコンパクト連星の全集団が宇宙におけるレンズの分布を解明する能力を調査し、高赤方偏移宇宙にアクセスし、宇宙構造を制限するユニークな機会を開くことになります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The existence of supermassive black hole binaries (SMBHBs) is predicted by various cosmological and evolutionary scenarios for active galactic nuclei. These objects are considered as contributors into the gravitational wave (GW) background and emitters of discrete GW bursts. Yet, SMBHBs remain a rather elusive class of extragalactic objects. Previously we have identified the quasar J2102+6015 as potential SMBHB system based on its oscillating astrometric pattern. We analysed the available VLBI astrometry data and identified another case of astrometric oscillations in the source J0204+1514. We assume these oscillations as manifestations of orbital motion in a binary systems. We estimated parameters of the suspected SMBHB in this source and applied basic theoretical models for projecting its evolution toward coalescence. We also develop a toy model of SMBHB consistent with the discovered astrometric oscillations and give quantitative predictions of GW emission of such the source using the case of J0204+1514 as an example. As an ad hoc result, we also provide a re-assessed estimate of the redshift of J2102+6015, z=1.42. A toy model of the object containing SMBHB with parameters consistent with the observed astrometric oscillations of the source J0204+1514 enabled us to consider GW emission as the cause of the system's orbital evolution. Astrometric VLBI monitoring has an appreciable potential for future detections of SMBHBs as multi-messenger targets for both electromagnetic (in radio domain) and gravitational wave astronomy. To outline the contours of a future physical model connecting SMBHB with detectable GW manifestations, we apply the toy model to the source J0204+1514. We also provide justification for aiming future space-borne VLBI missions toward direct imaging of SMBHBs as a synergistic contribution into future multi-messenger studies involving prospective GW facilities. | 超大質量ブラックホール連星（SMBHB）の存在は、活動銀河核に関する様々な宇宙論的・進化的シナリオによって予測されている。 これらの天体は、重力波（GW）背景放射の寄与源であり、離散的な重力波バーストの放出源であると考えられている。 しかしながら、SMBHBは銀河系外天体の中でも依然として非常に捉えにくい種類の天体である。 我々は以前、クエーサーJ2102+6015を、その振動する天体測定パターンに基づき、潜在的なSMBHB系として特定した。 我々は利用可能なVLBI天体測定データを解析し、天体J0204+1514においても別の天体測定振動の例を特定した。 我々はこれらの振動を連星系における軌道運動の現れであると仮定する。 我々はこの天体における疑わしいSMBHBのパラメータを推定し、合体に向けた進化を予測するための基本的な理論モデルを適用した。 また、発見された天文振動と整合するSMBHBの簡易モデルを構築し、J0204+1514を例に、このような天体からの重力波放射の定量的な予測を行う。 また、アドホックな結果として、J2102+6015（z=1.42）の赤方偏移の再評価推定値も提供する。 SMBHBを含む天体の簡易モデルは、天体J0204+1514の観測された天文振動と整合しており、重力波放射をこの系の軌道進化の原因とみなすことが可能になった。 天文VLBIモニタリングは、将来、電磁波（電波領域）と重力波天文学の両方において、マルチメッセンジャーターゲットとしてのSMBHBの検出に大きな可能性を秘めている。 SMBHBと検出可能な重力波の兆候を結びつける将来の物理モデルの輪郭を描くために、我々はトイモデルを天体J0204+1514に適用する。 また、将来の宇宙VLBIミッションにおいてSMBHBの直接撮像を目指すことの正当性を示し、将来の重力波観測施設を含むマルチメッセンジャー研究への相乗的な貢献となることを示した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider a recently introduced extension of General Relativity dubbed as Cotton gravity (CG), based on the use of the Cotton tensor, to estimate the size of a new constant $\gamma$ appearing within a spherically symmetric, vacuum solution of the theory. Taking into account its non-asymptotically flat character, we use the inferred size of the central brightness depression of the supermassive object at the heart of the Milky Way galaxy (Sgr A*) by the Event Horizon Telescope to constrain at $2\sigma$ the CG parameter as $\gamma M \approx 3.5 \times 10^{-12}$. We study the potential observational consequences from the smallness of such a value using exact and numerical expressions for the deflection angle, optical images from optically and geometrically thin accretion disks, isoradials, and instability scales (Lyapunov index) of nearly bound geodesics associated to photon rings. Our results point towards the impossibility to distinguish between these two geometries using current and foreseeable techniques in the field of interferometric detection of optical sources. | コットンテンソルを用いた、一般相対論の最近導入された拡張であるコットン重力（CG）を考察し、球対称真空解に現れる新しい定数$\gamma$の大きさを推定する。 その非漸近平坦な性質を考慮し、イベント・ホライズン・テレスコープによって推定された天の川銀河中心の超大質量天体（Sgr A*）の中心輝度低下の大きさを用いて、CGパラメータを$2\sigma$で$\gamma M\approx 3.5 \times 10^{-12}$に制限する。 我々は、偏向角、光学的および幾何学的に薄い降着円盤からの光学像、等放射状線、そして光子リングに関連するほぼ束縛された測地線の不安定性スケール（リアプノフ指数）に関する正確な数値表現を用いて、そのような値の小ささから生じる潜在的な観測的影響を研究する。 我々の結果は、光源の干渉検出分野における現在の、そして予測可能な技術を用いて、これら2つの幾何学的形状を区別することが不可能であることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The LIGO Scientific, Virgo, and KAGRA collaboration has identified two binary neutron star merger candidates, GW170817 and GW190425, along with several binary black hole candidates. While GW170817 was confirmed as a BNS merger through its electromagnetic counterparts, GW190425 lacked such observations, leaving its classification uncertain. We examine the possibility that GW190425 originated from black holes that merged after dark matter accretion caused their progenitor neutron stars to implode. Using this event, we place constraints on dark matter parameters, such as its mass and interaction cross section. We simulate GW190425-like events and analyze them using future gravitational wave detector networks, including upcoming upgrades to current detector networks and next-generation observatories. We show that a network with A+ sensitivity can not classify a GW190425-like event with sufficient confidence. Detector networks with A# sensitivity can classify such events only if the neutron stars follow a relatively stiff equation of state, whose stronger tidal imprint differs measurably from a binary black hole waveform. Next-generation observatories like the Einstein Telescope and Cosmic Explorer recover the tidal signature even for soft, compact stars, enabling confident classification. Finally, we forecast the dark matter constraints that future gravitational wave networks could achieve for similar events. | LIGO Scientific、Virgo、KAGRAの協力により、GW170817とGW190425という2つの連星中性子星合体候補と、複数の連星ブラックホール候補が特定されました。 GW170817は電磁波観測によって連星ブラックホール合体であることが確認されましたが、GW190425にはそのような観測がなく、その分類は不確実でした。 本研究では、GW190425が、暗黒物質の集積によって中性子星が爆縮した後に合体したブラックホールから発生した可能性を検証します。 この事象を用いて、質量や相互作用断面積などの暗黒物質パラメータに制約を与えます。 GW190425に類似した事象をシミュレーションし、現在の検出器ネットワークのアップグレードや次世代観測所を含む将来の重力波検出器ネットワークを用いて解析します。 A+感度のネットワークでは、GW190425のような事象を十分な信頼度で分類できないことを示す。 A#感度の検出器ネットワークは、中性子星が比較的硬い状態方程式に従い、その強い潮汐力の痕跡が連星ブラックホールの波形と測定可能なほど異なる場合にのみ、このような事象を分類できる。 アインシュタイン望遠鏡やコズミック・エクスプローラーのような次世代観測装置は、柔らかくコンパクトな星であっても潮汐力の痕跡を復元し、信頼性の高い分類を可能にする。 最後に、将来の重力波ネットワークが同様の事象に対して達成できる可能性のある暗黒物質の制約を予測する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Ultra-light bosons, naturally appearing in well-motivated extensions to the Standard Model, can constitute all the dark matter. Models with particle mass close to the smallest phenomenologically allowed exhibit coherent field configurations at (sub)galactic scales, oscillating at a frequency corresponding to the fundamental mass of the dark matter particle. The gravitational field of these structures inherits the dark matter field's coherent oscillations, leaving an imprint on gravitational (and electromagnetic) waves sourced close to (or in) such overdensities. This happens via a heterodyning frequency modulation, which can later be decoded in a gravitational-wave detector. An analogous effect occurs in models with universal (conformal) couplings of ultra-light bosons with ordinary matter, generated by the direct interaction with the oscillating field. In this work, we explore this phenomenon in detail and assess the capability of near-future interferometers to probe ultra-light dark matter and its potential conformal couplings to matter. Using astrophysical population models, together with results from cosmological simulations, we find that the observation of gravitational waves from spinning neutron stars at the Galactic Centre with the Einstein Telescope/Cosmic Explorer would be particularly effective in constraining ultra-light dark matter. | 標準模型の十分な根拠に基づく拡張において自然に現れる超軽量ボソンは、すべての暗黒物質を構成できる。 現象論的に許容される最小質量に近い粒子質量を持つモデルは、銀河系（サブ）スケールでコヒーレントな場の構成を示し、暗黒物質粒子の基本質量に対応する周波数で振動する。 これらの構造の重力場は暗黒物質場のコヒーレントな振動を継承し、そのような過密度の近く（または内部）で発生した重力波（および電磁波）に痕跡を残す。 これはヘテロダイン周波数変調によって起こり、後に重力波検出器で復号できる。 同様の効果は、振動場との直接的な相互作用によって生成される、超軽量ボソンと通常の物質の普遍的（共形的）結合を持つモデルでも発生する。 本研究では、この現象を詳細に探究し、近い将来に開発される干渉計が超軽量暗黒物質とその物質との共形結合の可能性を探る能力を評価する。 天体物理学的種族モデルと宇宙論的シミュレーションの結果とを組み合わせ、アインシュタイン望遠鏡／コズミック・エクスプローラーによる銀河中心の回転中性子星からの重力波の観測が、超軽量暗黒物質の制限に特に効果的であることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work we revisit $\alpha$-Starobinsky inflation, also know as $E$-model, in the light of current CMB and LSS observations. The inflaton potential in the Einstein frame for this model contains a parameter $\alpha$ in the exponential, which alters the predictions for the scalar and tensor power spectra of Starobinsky inflation. We obtain these power spectra numerically without using slow-roll approximation and perform MCMC analysis to put constraints on parameters $M$ and $\alpha$ from Planck-2018, BICEP/Keck (BK18) and other LSS observations. We consider general reheating scenario by varying the number of e-foldings during inflation, $N_{pivot}$, along with the other parameters. We find $\log_{10}\alpha = 0.0^{+1.6}_{-5.6}$, $\log_{10}M= -4.91^{+0.69}_{-2.7}$ and $N_{pivot} = 53.2^{+3.9}_{-5}$ with $95\%$ C. L.. This implies that the present CMB and LSS observations are insufficient to constrain the parameter $\alpha$. We also find that there is no correlation between $N_{pivot}$ and $\alpha$. | 本研究では、現在のCMBおよびLSS観測に基づき、$\alpha$-スタロビンスキー・インフレーション（$E$モデルとしても知られる）を再検討する。 このモデルのアインシュタイン座標系におけるインフレーションポテンシャルには指数関数のパラメータ$\alpha$が含まれており、これがスタロビンスキー・インフレーションのスカラーおよびテンソルパワースペクトルの予測を変化させる。 我々はスローロール近似を用いずにこれらのパワースペクトルを数値的に求め、MCMC解析を用いてPlanck-2018、BICEP/Keck (BK18)、およびその他のLSS観測からパラメータ$M$および$\alpha$に制約を課す。 インフレーション中のeフォールディングの数、$N_{pivot}$、およびその他のパラメータを変化させることで、一般的な再加熱シナリオを考察する。 $\log_{10}\alpha = 0.0^{+1.6}_{-5.6}$、$\log_{10}M= -4.91^{+0.69}_{-2.7}$、$N_{pivot} = 53.2^{+3.9}_{-5}$、$95\%$のC. L.が得られる。 これは、現在のCMBおよびLSS観測ではパラメータ$\alpha$を制限するのに不十分であることを意味する。 また、$N_{pivot}$と$\alpha$の間には相関がないこともわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We perform a detailed investigation of interacting phantom cosmology, by applying the powerful method of dynamical system analysis. We consider two well-studied interaction forms, namely one global and one local one, while the novel ingredient of our work is the examination of new potentials for the phantom field. Our analysis shows the existence of saddle matter-dominated points, stable dark-energy dominated points, and scaling accelerating solutions, that can attract the Universe at late times. As we show, some of the stable accelerating scaling attractors, in which dark matter and dark energy can co-exist, alleviating the cosmic coincidence problem, are totally new, even for the previously studied interaction rates, and arise purely from the novel potential forms. | 我々は、力学系解析という強力な手法を適用することにより、相互作用するファントム宇宙論の詳細な調査を行う。 我々は、よく研究されている2つの相互作用形態、すなわち大域的相互作用形態と局所的相互作用形態を考察する。 一方、本研究の斬新な点は、ファントム場に対する新たなポテンシャルの検討である。 解析の結果、サドル物質優勢点、安定なダークエネルギー優勢点、そしてスケーリング加速解の存在が示され、これらは後の時代に宇宙を引き寄せることができる。 我々が示すように、ダークマターとダークエネルギーが共存し、宇宙の一致問題を緩和できる安定な加速スケーリングアトラクターのいくつかは、これまで研究されてきた相互作用率に対してさえ全く新しいものであり、純粋に新しいポテンシャル形態から生じる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The collision of two neutron stars is a rich source of information about nuclear physics. In particular, the kilonova signal following a merger can help us elucidate the role of neutron stars in nucleosynthesis, and informs us about the properties of matter above nuclear saturation. Approximate modeling of neutrinos remains an important limitation to our ability to make predictions for these observables. Part of the problem is the fermionic nature of neutrinos. By the exclusion principle, the expected value $f_\nu$ for the number of neutrinos in a quantum state is at most 1. Any process producing neutrinos is suppressed by a blocking factor $(1-f_\nu)$. Recent simulations focused on neutrino physics mostly use a gray two-moment scheme to evolve neutrinos. This evolves integrals of $f_\nu$ over momentum space, preventing direct calculations of blocking factors. Monte Carlo methods may be an attractive alternative, providing access to the full distribution of neutrinos. Their current implementation is however inadequate to estimate $f_\nu$: in our most recent simulations, a single Monte Carlo packet causes, in the worst cases, estimates of $f_\nu$ to jump from $f_\nu=0$ to $f_\nu\sim 10^5$. While this is concerning, this brazen violation of the fermionic nature of neutrinos has been largely inconsequential as the interactions used in simulations avoid direct calculations of $f_\nu$. We are however reaching a level of modeling at which this problem can no longer be ignored. Here, we discuss the relatively simple origin of this issue. We then show that very rough estimates of $f_\nu$ can in theory be obtained in merger simulations, but that they will require a combination of unintuitive weighting schemes for Monte Carlo packets and smoothing of the neutrino distribution at coarser resolution than what the merger simulation uses. | 二つの中性子星の衝突は、原子核物理学に関する豊富な情報源です。 特に、合体後に発生するキロノバ信号は、元素合成における中性子星の役割を解明する上で役立ち、原子核飽和度を超えた物質の性質に関する情報を提供します。 ニュートリノの近似モデル化は、これらの観測量の予測能力に対する重要な制約となっています。 問題の一部は、ニュートリノのフェルミオン性にあります。 排他原理により、量子状態にあるニュートリノの数の期待値$f_\nu$は最大で1です。 ニュートリノを生成するあらゆる過程は、ブロッキング因子$(1-f_\nu)$によって抑制されます。 ニュートリノ物理学に焦点を当てた最近のシミュレーションでは、ニュートリノ発展に主にグレイ2モーメントスキームが用いられています。 これは、運動量空間にわたる$f_\nu$の積分を発展させるため、ブロッキング因子の直接計算を妨げます。 モンテカルロ法は、ニュートリノの完全な分布にアクセスできるため、魅力的な代替手段となる可能性があります。 しかしながら、現在の実装では$f_\nu$を推定するには不十分です。 最新のシミュレーションでは、単一のモンテカルロパケットによって、最悪の場合、$f_\nu$の推定値が$f_\nu=0$から$f_\nu\sim 10^5$へと急上昇します。 これは懸念すべき事態ですが、ニュートリノのフェルミオン的性質に対するこの露骨な違反は、シミュレーションで使用される相互作用によって$f_\nu$の直接計算が回避されるため、ほとんど重要ではありませんでした。 しかしながら、この問題をもはや無視できないモデリングレベルに到達しつつあります。 ここでは、この問題の比較的単純な起源について議論します。 次に、理論的には合体シミュレーションで非常に大まかな$f_\nu$の推定値が得られるが、モンテカルロパケットに対する直感に反する重み付けスキームと、合体シミュレーションで使用されるものよりも粗い解像度でのニュートリノ分布の平滑化の組み合わせが必要になることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Using the worldline quantum field theory approach we derive solutions to the equations of motion for spinning massive bodies up to quadratic order in spins. At leading post-Minkowskian (PM) order these trajectories are obtained in the time domain, and at sub-leading order in the frequency domain. Our approach incorporates diagrammatic techniques and modern Feynman integration technologies, and includes a new family of loop integrals different to those seen in asymptotic PM calculations. Our results provide a new mechanism for computing the radiated angular momentum involved in gravitational scattering, which we reproduce at 2PM order up to linear spins. We have established a framework for computing higher-order effects to further extend the high-precision frontier in analytical gravitational wave physics, and push predictions for the radiated angular momentum to higher perturbative orders. | 世界線量子場理論のアプローチを用いて、スピンの2次オーダーまで回転する質量体の運動方程式の解を導出した。 ポストミンコフスキー（PM）オーダーではこれらの軌跡は時間領域で、サブリードオーダーでは周波数領域で得られる。 我々のアプローチは、ダイアグラム法と現代のファインマン積分技術を組み込んでおり、漸近PM計算で見られるものとは異なる新しいループ積分族を含んでいる。 我々の結果は、重力散乱に関与する放射角運動量を計算するための新しいメカニズムを提供し、線形スピンまで2PMオーダーで再現する。 我々は、高次効果を計算するための枠組みを確立し、解析的重力波物理学における高精度フロンティアをさらに拡大し、放射角運動量の予測を高次の摂動オーダーまで押し上げた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Large-scale primordial perturbations have been well constrained by current cosmological observations, but the properties of small-scale perturbations remain elusive. This study focuses on second-order tensor-scalar induced gravitational waves (TSIGWs) generated by large-amplitude primordial scalar and tensor perturbations on small scales. We provide the analytical expressions for the kernel functions and the corresponding energy density spectra of second-order TSIGWs. By combining observations of SGWB across different scales, TSIGWs can be used to constrain small-scale primordial curvature perturbations and primordial gravitational waves. Furthermore, we discuss the feasibility of TSIGWs dominating the current PTA observations under various primordial power spectra scenarios. Our results indicate that TSIGWs generated by monochromatic primordial power spectra might be more likely to dominate the current PTA observations. | 大規模な原始的擾乱は現在の宇宙論的観測によって十分に制限されているが、小規模な擾乱の特性は依然として不明である。 本研究では、小規模スケールにおける大振幅の原始的スカラー・テンソル擾乱によって生成される2次テンソル・スカラー誘起重力波（TSIGW）に焦点を当てる。 我々は、2次TSIGWの核関数と対応するエネルギー密度スペクトルの解析的表現を提供する。 異なるスケールにおけるSGWBの観測を組み合わせることで、TSIGWを用いて小規模な原始的曲率擾乱と原始的重力波を制限することができる。 さらに、様々な原始的パワースペクトルシナリオにおいて、TSIGWが現在のPTA観測を支配する可能性について議論する。 私たちの研究結果は、単色原始パワースペクトルによって生成されたTSIGWが、現在のPTA観測において支配的である可能性が高いことを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a novel method to efficiently search for long-duration gravitational wave transients emitted by new-born neutron star remnants of binary neutron star coalescences or supernovae. The detection of these long-transient gravitational waves would contribute to the understanding of the properties of neutron stars and fundamental physics. Additionally, studying gravitational waves emitted by neutron stars can provide valuable tests of general relativity and offer insights into the neutron star population, of which only a small fraction appears to be observable through current electromagnetic telescopes. Our approach uses GPUs and the JAX library in Python, resulting in significantly faster processing compared to previous methods. The efficiency of this code enables wide regions of the sky to be covered, eliminating the need for precise pinpointing of mergers or supernovae. This method will be deployed in searches for long-transient gravitational waves following any detection of a binary neutron star system merger in the latest O4 science run of the LIGO-Virgo-KAGRA collaboration, which started in May 2023 with a significant improvement in sensitivity with respect to previous runs. | 我々は、連星中性子星合体や超新星爆発によって生まれたばかりの中性子星残骸から放出される長時間の重力波トランジェントを効率的に探索する新たな手法を提示する。 これらの長時間のトランジェント重力波の検出は、中性子星の特性や基礎物理学の理解に貢献すると考えられる。 さらに、中性子星から放出される重力波の研究は、一般相対性理論の貴重な検証となり、現在の電磁望遠鏡ではごく一部しか観測できない中性子星種族についての知見をもたらす可能性がある。 我々の手法では、GPUとPythonのJAXライブラリを用いることで、従来の手法と比較して大幅に高速な処理を実現している。 このコードの効率性により、広い範囲の天空をカバーできるため、合体や超新星爆発の正確な位置特定が不要になる。 この手法は、2023年5月に開始されたLIGO-Virgo-KAGRA共同研究による最新のO4科学観測において、連星中性子星系の合体の検出後に発生する長時間過渡重力波の探索に活用される予定で、以前の観測に比べて感度が大幅に向上している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this article, the quasinormal modes and greybody factor of charged black hole in non-commutative geometry are studied. Under the assumption of a uniformly distributed charge within the matter, we obtain the metric for a charged black hole in non-commutative geometry. We calculated the wave function and obtained the effective potential of three different perturbed fields with spin. Then we applied $6^{\rm{th}}$ order WKB method to analyze the quasinormal modes of the black hole and derived quasinormal frequencies. Futhermore, we discussed the greybody factor in different perturbed fields under this spacetime. | 本稿では、非可換幾何学における荷電ブラックホールの準正規モードとグレーボディ因子について考察する。 物質内に電荷が均一に分布しているという仮定の下、非可換幾何学における荷電ブラックホールの計量を得る。 波動関数を計算し、スピンを持つ3つの異なる摂動場の有効ポテンシャルを求めた。 次に、6次WKB法を用いてブラックホールの準正規モードを解析し、準正規周波数を導出した。 さらに、この時空における異なる摂動場におけるグレーボディ因子について議論した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we carry out a comprehensive perturbative analysis of four cosmological models featuring a sign-switching cosmological constant. Among these, we include the well-known $\Lambda_{\rm s}$CDM model, characterised by an abrupt transition from a negative to a positive cosmological constant. We also consider the L$\Lambda$CDM model, which exhibits a generalised ladder-step evolution, as well as the SSCDM and ECDM models, both of which undergo a smooth sign change at comparable redshifts. We solve the linear cosmological perturbation equations from the radiation-dominated era, imposing initial adiabatic conditions for matter and radiation, for modes well outside the Hubble radius in the early Universe. We analyse the behaviour of the matter density contrast, the gravitational potential, the linear growth rate, the matter power spectrum, and the $f\sigma_8$ evolution . These results are contrasted with predictions from the standard $\Lambda$CDM model and are confronted with observational data. | 本研究では、符号反転宇宙定数を特徴とする4つの宇宙論モデルについて、包括的な摂動解析を行う。 これらのモデルには、負の宇宙定数から正の宇宙定数への急激な遷移を特徴とする、よく知られた$\Lambda_{\rm s}$CDMモデルが含まれる。 また、一般化された梯子段階的進化を示すL$\Lambda$CDMモデル、および同程度の赤方偏移で滑らかな符号変化を示すSSCDMモデルとECDMモデルも考慮する。 初期宇宙においてハッブル半径をはるかに超えるモードについて、物質と放射に初期断熱条件を課し、放射優勢時代の線形宇宙論摂動方程式を解く。 物質密度コントラスト、重力ポテンシャル、線形成長率、物質パワースペクトル、および$f\sigma_8$進化の振る舞いを解析する。 これらの結果は、標準的な$\Lambda$CDMモデルの予測値と比較され、観測データと対比されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent observations of DESI hint that dark matter (DM) may not be cold but have a non-zero equation of state (EoS) parameter, and that dark energy (DE) may not be a cosmological constant. In this work, we explore the possibility of a non-zero DM EoS parameter within the framework of dynamical DE. We perform analysis by using the latest baryon acoustic oscillation (BAO) data from DESI DR2, the cosmic microwave background (CMB) data from Planck, and the type Ia supernova (SN) data from DESY5 and PantheonPlus. When using the combination of CMB, BAO, and SN data, our results indicate a preference for a non-zero DM EoS parameter at the $2.8\sigma$ and $3.3\sigma$ level within the content of a constant DE EoS. In contrast, for a time-evolving DE EoS parameterized by $w_0$ and $w_a$, this preference decreases to $0.8\sigma$ and $1.1\sigma$. Furthermore, allowing a non-zero DM EoS yields best-fit values of $w_0$ and $w_a$ that exhibit smaller deviations from the $\Lambda$CDM expectations, and Bayesian evidence analysis shows a comparable preference for this model relative to $\Lambda$CDM. The overall results of this work indicate that a non-zero DM EoS parameter warrants further exploration and investigation. | 最近のDESI観測は、暗黒物質（DM）は冷たくはないが、非ゼロの状態方程式（EoS）パラメータを持ち、暗黒エネルギー（DE）は宇宙定数ではない可能性があることを示唆している。 本研究では、動的DEの枠組みの中で、非ゼロのDM EoSパラメータの可能性を探る。 DESI DR2の最新の重粒子音響振動（BAO）データ、Planckの宇宙マイクロ波背景放射（CMB）データ、DESY5およびPantheonPlusのIa型超新星（SN）データを用いて解析を行った。 CMB、BAO、SNデータの組み合わせを用いた結果、定数DE EoSの範囲内で、2.8σおよび3.3σレベルの非ゼロのDM EoSパラメータが優先されることが示された。 対照的に、$w_0$と$w_a$でパラメータ化された時間発展DE EoSの場合、この選好度は$0.8\sigma$と$1.1\sigma$に低下する。 さらに、DM EoSがゼロでないと仮定すると、$\Lambda$CDMの期待値からの偏差が小さくなる最適な$w_0$と$w_a$の値が得られ、ベイズ統計的証拠分析では、このモデルが$\Lambda$CDMと比較して同等に選好されることが示された。 本研究の全体的な結果は、DM EoSパラメータがゼロでない場合には、さらなる調査と研究が必要であることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, a gauge theory of unified gravity [Rep. Prog. Phys. 88, 057802 (2025)] has been developed to extend the Standard Model to include gravity. Here we present unified gravity using the ordinary four-vector and tensor field notation of the Standard Model. The main goal of the present work is to extend the original Minkowski spacetime formulation of the theory to account for graviton-graviton interaction. This is a necessary extension for problems involving interactions between gravitational fields, for example, in the propagation of gravitational waves in external gravitational potentials. The 4xU(1) gauge invariance of unified gravity is preserved in this extension. | 最近、標準模型を重力を含むように拡張する統一重力ゲージ理論 [Rep. Prog. Phys. 88, 057802 (2025)] が開発された。 ここでは、標準模型の通常の4元ベクトルおよびテンソル場の表記法を用いて統一重力を提示する。 本研究の主な目的は、この理論の元々のミンコフスキー時空定式を拡張し、重力子-重力子相互作用を考慮することである。 これは、例えば外部重力ポテンシャル中の重力波の伝播など、重力場間の相互作用を伴う問題に必要な拡張である。 統一重力の4xU(1)ゲージ不変性は、この拡張においても維持される。 |
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| The Dymnikova black hole (BH) is a regular solution that interpolates between a de Sitter core near the origin and a Schwarzschild-like behavior at large distances. In this work, we investigate the properties of a Dymnikova BH immersed in a quintessential field, characterized by the state parameter $\omega$ and a normalization constant $c$. We explore the thermodynamic behavior, null geodesics, scalar quasinormal modes and shadow profiles for this model. Our analysis shows that the presence of quintessence alters the Hawking temperature and specific heat, leading to parameter-dependent phase transitions. The null geodesics and corresponding black hole shadows are also found to be sensitive to the model parameters, especially $\omega$ and $c$. This sensitivity influences light deflection and shadow size. Furthermore, we compute the scalar quasinormal modes and observe that quintessence tends to enhance the damping of the modes, indicating greater stability under perturbations. | ディムニコワ・ブラックホール（BH）は、原点近傍のド・ジッター核と遠距離におけるシュワルツシルト的挙動との間を補間する正則解である。 本研究では、状態パラメータ$\omega$と正規化定数$c$で特徴付けられるクインテセンス場中に浸漬されたディムニコワ・ブラックホールの特性を調査する。 このモデルの熱力学的挙動、ヌル測地線、スカラー準正規モード、およびシャドウプロファイルを解析する。 解析の結果、クインテセンスの存在はホーキング温度と比熱を変化させ、パラメータ依存の相転移を引き起こすことが示された。 ヌル測地線とそれに対応するブラックホールシャドウも、モデルパラメータ、特に$\omega$と$c$に敏感であることがわかった。 この敏感さは、光の偏向とシャドウのサイズに影響を与える。 さらに、スカラー準正規モードを計算し、クインテッセンスがモードの減衰を増強する傾向があり、摂動下での安定性が向上することを観察しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent studies have revealed the contribution of extragalactic DWD to the astrophysical SGWB could be detectable in the mHz regime by LISA. Conversely, the presence of this SGWB could hamper the detection of cosmological SGWB, which are one of the key targets of GW astronomy. We aim to confirm the spectrum of the extragalactic DWD SGWB and estimate its detectability with LISA under different assumptions. We also aim at understanding the main uncertainties in the spectrum and estimate if the signal could be anisotropic. We use population synthesis code COSMIC with several assumptions on binary evolution and initial conditions. We incorporate a specific treatment to account for the mass transfer and tidal torques after DWDs formation. Our study is in global agreement with previous studies, although we find a lower contribution at high frequencies, due to a different treatment of mass transfer in stellar binaries. We find that the uncertainties in the amplitude are dominated by the SFR model, and to a lesser degree by the binary evolution model. The inclusion of tidal effects and mass transfer episodes in DWDs can change the amplitude of the estimated SGWB up to a factor 3 at the highest frequencies. For all the models, we find that this SGWB would be detectable observable by LISA after 4 years. Under the hypothesis of an homogeneous Universe beyond 200Mpc, anisotropies associated to the astrophysical population of DWDs will likely not be detectable. We provide fits of this SGWB under different assumptions to be used by the community. We demonstrate variability in SGWB predictions, emphasizing uncertainties due to different astrophysical assumptions. We highlight the importance of determining the position of the knee in the SGWB spectrum, as it provides insights on mass transfer models. The prediction of this SGWB is of critical importance for LISA in the context of observing other SGWB. | 最近の研究では、銀河系外DWDの天体重力波（SGWB）への寄与が、LISAによってmHz領域で検出可能であることが明らかになっています。 一方で、このSGWBの存在は、重力波天文学の重要なターゲットの一つである宇宙論的SGWBの検出を妨げる可能性があります。 本研究では、銀河系外DWD SGWBのスペクトルを確認し、様々な仮定の下でLISAによる検出可能性を評価することを目指します。 また、スペクトルにおける主な不確実性を理解し、信号が異方性を持つかどうかを推定することも目的としています。 本研究では、連星進化と初期条件に関するいくつかの仮定のもと、種族合成コードCOSMICを使用します。 DWD形成後の質量移動と潮汐トルクを考慮するための特別な処理を組み込んでいます。 本研究は、恒星連星における質量移動の扱いが異なるため、高周波数域での寄与が低いことが分かっていますが、これまでの研究と概ね一致しています。 振幅の不確実性はSFRモデルによって支配されており、連星進化モデルによる影響はそれより小さいことがわかった。 DWDに潮汐効果と質量移動エピソードを考慮すると、推定されるSGWBの振幅は、最高周波数において最大3倍まで変化する可能性がある。 すべてのモデルにおいて、このSGWBは4年後にはLISAによって検出可能になるだろう。 200Mpcを超える宇宙が均質であるという仮説の下では、DWDの天体物理学的種族に関連する異方性はおそらく検出されないだろう。 我々は、コミュニティが使用できるように、異なる仮定の下でのこのSGWBのフィッティングを提供する。 我々はSGWB予測の変動性を示し、異なる天体物理学的仮定による不確実性を強調する。 SGWBスペクトルにおける膝の位置を決定することは、質量移動モデルに関する知見を提供するため、重要であることを強調する。 このSGWBの予測は、他のSGWBの観測という観点から、LISAにとって極めて重要です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit a class of coupled dark energy models where dark energy interacts with dark matter via phenomenological energy exchange terms. We include the perturbation of the Hubble rate in the interaction term, which was absent in previous works. We also consider more recent data sets such as cosmic microwave background (CMB) anisotropies from \text{Planck} 2018, type I-a supernovae (SNIa) measurements from Pantheon+ and data from baryon acoustic oscillations (BAO), and redshift space distortions (RSD). One of the models presents a strong incompatibility when different cosmological datasets are used. We analyze the influence of the SH0ES Cepheid host distances on the results and, although for one model the discrepancy of $H_0$ is reduced to $3.2\sigma$ when compared to the value obtained by the \textit{Planck} collaboration and $3.6\sigma$ when compared to the SH0ES team, joint analysis is incompatible. Including BAO with RSD shows incompatibility with SH0ES for all models considered here. We perform a model comparison and although there is a preference for interacting dark energy over $\Lambda$CDM for all the models for joint analysis CMB+BAO+RSD+SNIa, most of the 2D contours do not overlap. We conclude that the models of interactions in the dark sector considered in this paper are not flexible enough to fit all the cosmological data including values of $H_0$ from SH0ES in a statistically acceptable way. Therefore, the addition of one extra degree of freedom (i.e. the coupling between dark matter and dark matter) does not help enough to alleviate the already existing tension in the vanilla $\Lambda$CDM, suggesting that the models would need to be modified to include further flexibility of predictions to help elucidate this issue. | 我々は、暗黒エネルギーが暗黒物質と現象論的なエネルギー交換項を介して相互作用する結合暗黒エネルギー模型の一種を再検討する。 従来の研究では考慮されていなかったハッブル宇宙望遠鏡による速度の摂動を相互作用項に含める。 また、Planck 2018による宇宙マイクロ波背景放射（CMB）異方性、Pantheon+によるI-a型超新星（SNIa）測定、重粒子音響振動（BAO）データ、そして赤方偏移空間歪み（RSD）といった最近のデータセットも考慮する。 これらのモデルの1つは、異なる宇宙論データセットを用いた場合に強い非互換性を示す。 SH0ESセファイド星間距離が結果に与える影響を解析した結果、あるモデルでは$H_0$の乖離が\textit{Planck}共同研究で得られた値と比較して$3.2\sigma$、SH0ESチームと比較して$3.6\sigma$に減少したが、共同解析は両立しない。 BAOをRSDに含めると、ここで検討したすべてのモデルでSH0ESと両立しない。 モデル比較を行うと、CMB+BAO+RSD+SNIaの共同解析ではすべてのモデルで相互作用ダークエネルギーが$\Lambda$CDMよりも優先されるものの、2次元等高線の大部分は重ならない。 本論文で検討したダークセクターにおける相互作用モデルは、SH0ESからの$H_0$の値を含むすべての宇宙論データを統計的に許容できる方法で適合させるほど柔軟ではないと結論付ける。 したがって、1つの余分な自由度（つまり、暗黒物質と暗黒物質の結合）を追加しても、バニラ$\Lambda$CDMにすでに存在する緊張を緩和するには不十分であり、この問題を解明するためには、予測の柔軟性をさらに高めるようにモデルを修正する必要があることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We calculate the first-order (in the mass-ratio) metric perturbation produced by a small body on an eccentric, precessing bound orbit about a Kerr black hole. We reconstruct the metric perturbation from the maximal spin-weight Weyl scalars, $\psi_0$ and $\psi_4$, using four different methods. The first two follow the work of Chrzanowski, Cohen, Kegeles, and Wald and reconstruct the metric perturbation from either $\psi_0$ or $\psi_4$, leading to perturbations in the ingoing or outgoing radiation gauges. The other two methods build upon the work of Aksteiner, Andersson, and B{\"a}ckdahl and reconstruct the metric perturbation from both $\psi_0$ and $\psi_4$. We compare the local and asymptotic behaviors of the metric across different gauges. We also calculate the generalized redshift invariant along eccentric, precessing orbits in Kerr spacetime for the first time and make the numerical methods employed in these calculations openly available through the Python library \texttt{pybhpt}. Building off recent work by Lewis \emph{et al.}, we also relate our redshift data to the Hamiltonian of the system. Combining our numerical data with this Hamiltonian formulation provides a method for generating waveforms that include post-adiabatic conservative effects and acts as a useful bridge between results in self-force, effective-one-body, and post-Newtonian theory. | カーブラックホールの周りを偏心した歳差運動する境界軌道上の小天体によって生じる一次（質量比）の計量摂動を計算する。 最大スピン重みワイルスカラー$\psi_0$と$\psi_4$から、4つの異なる方法を用いて計量摂動を再構成する。 最初の2つの方法は、Chrzanowski、Cohen、Kegeles、およびWaldの研究に倣い、$\psi_0$または$\psi_4$から計量摂動を再構成し、入射または出射する放射計に摂動をもたらす。 他の2つの手法は、Aksteiner、Andersson、B{\"a}ckdahlの研究に基づいており、$\psi_0$と$\psi_4$の両方から計量摂動を再構成する。 異なるゲージ間で計量の局所的および漸近的な挙動を比較する。 また、Kerr時空における偏心歳差運動軌道に沿った一般化赤方偏移不変量を初めて計算し、これらの計算に用いた数値手法をPythonライブラリ\texttt{pybhpt}を通じて公開する。 Lewis \emph{et al.}による最近の研究を基に、赤方偏移データを系のハミルトニアンに関連付ける。 このハミルトニアン定式化と数値データを組み合わせることで、ポスト断熱的保存効果を含む波形を生成する手法が得られ、自己力理論、有効一体理論、ポストニュートン理論の結果をつなぐ有用な橋渡しとして機能する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the quantum dynamics of a closed bosonic string in the curved spacetime of an AdS$_5$-Schwarzschild black hole. Starting from the Polyakov action, we perform a canonical quantization of the string and formulate its quantum mechanical equation of motion in the Schr\"odinger (string coordinate) representation. This framework facilitates in obtaining quantum mechanical wave equation governing the radial and angular modes of the string. A central result of our analysis is the emergence of a trapping radius in the exterior region of the black hole. Near this radius, the radial motion of the string is governed by an effective potential that supports small, quantized oscillations, akin to a quantum harmonic oscillator. This behavior indicates a localization of the string at the trapping surface, where it becomes dynamically confined. The angular sector of the wave function is found to be governed by the confluent Heun equation, yielding confluent Heun functions as the angular part of the wave function. The emergence of a trapping surface is analogous to the stretched horizon proposed by Susskind in the context of black hole complementarity. The quantized harmonic oscillation of the string at the trapping radius complements with the Planck's black body whence the string can emit black-body radiation. Thus, the quantum dynamics of strings in black hole spacetimes offers a novel path to probing the quantum origin of Hawking radiation. | 我々はAdS$_5$-シュワルツシルトブラックホールの曲がった時空における閉じたボソン弦の量子ダイナミクスを調べる。 ポリヤコフ作用から出発して、弦の正準量子化を行い、シュレーディンガー（弦座標）表示でその量子力学的運動方程式を定式化する。 この枠組みは、弦の動径モードと角度モードを支配する量子力学的波動方程式を容易に得ることを可能にする。 我々の解析の中心的な結果は、ブラックホールの外部領域に捕捉半径が出現することである。 この半径付近では、弦の動径運動は、量子調和振動子に類似した、小さな量子化された振動を支える有効ポテンシャルによって支配される。 この挙動は、弦が捕捉面に局在し、そこで動的に閉じ込められることを示している。 波動関数の角度セクターは合流型ホイン方程式によって支配され、波動関数の角度部分として合流型ホイン関数が生じることがわかった。 捕捉面の出現は、ブラックホール相補性の文脈でサスキンドが提唱した引き伸ばされた地平線に類似している。 捕捉半径における弦の量子化された調和振動はプランクの黒体と補完し、そこから弦は黒体放射を放射することができる。 このように、ブラックホール時空における弦の量子ダイナミクスは、ホーキング放射の量子起源を探る新たな道筋を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Nowadays, one of the well-known serious challenges in cosmology is the Hubble tension, namely the discrepancy between the Hubble constants from the local observation of Type Ia supernova (SNIa) and the high-$z$ observation of cosmic microwave background (CMB). Here, we are interested in alleviating the Hubble tension with a local void. The key idea is assuming that we live in a locally underdense void, where one will feel a faster expansion rate compared to the cosmic average. In the literature, it was found that a local void cannot satisfyingly alleviate the Hubble tension, since it is not preferred over the $\Lambda$CDM model by the observations such as the Pantheon SNIa sample, especially in terms of the information criteria AIC and BIC. In the present work, we try to alleviate the Hubble tension with a local void and transitions of the absolute magnitude $M$, by using the Pantheon+ SNIa sample alone or jointly with the CMB data of Planck 2018. We find that the Hubble tension can be satisfyingly alleviated, while the $\Lambda$LTB void models are strongly preferred by the observations. | 現在、宇宙論における深刻な課題としてよく知られているものの1つはハッブル・テンション、すなわちIa型超新星（SNIa）の局所観測から得られるハッブル定数と高$z$宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の観測から得られるハッブル定数の乖離である。 ここで我々は、局所ボイドによってハッブル・テンションを軽減することに関心を持っている。 鍵となるアイデアは、我々が局所的に密度が低いボイドの中に住んでおり、そこでは宇宙平均に比べて膨張速度が速いと感じるという仮定である。 文献では、局所ボイドはハッブル・テンションを十分に軽減できないことが分かっている。 これは、パンテオンSNIaサンプルなどの観測結果から、特に情報量基準AICとBICの観点から、$\Lambda$CDMモデルよりも局所ボイドが優れていないためである。 本研究では、パンテオン+ SNIaサンプルを単独、またはプランク2018のCMBデータと組み合わせて、局所ボイドと絶対等級$M$の遷移によってハッブル・テンションを軽減することを試みる。 ハッブル・テンションは十分に軽減できることがわかったが、観測結果からは$\Lambda$LTBボイドモデルが強く支持されることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Within scalar-tensor (ST) theories, neutron stars in binary systems experience tidal deformations caused by both their companion and the scalar field. These deformations are strongly correlated to the star's internal structure and composition. Accurately modeling their imprint on the emitted gravitational waves will be essential for interpreting the high-precision data expected from future detectors and for disentangling potential signatures of modified gravity from those arising due to the properties of neutron star matter. Using the post-Newtonian multipolar-post-Minkowskian formalism adapted to ST theories, and working within the adiabatic approximation, we compute the tidal corrections to the gravitational and scalar energy fluxes, and to the waveform phasing, at the first post-Newtonian (PN) order beyond the standard quadrupole radiation in general relativity. This corresponds to 2PN order beyond the leading-order dipolar tidal contribution. At this accuracy, three independent types of tidal deformability (scalar, tensorial, and mixed scalar-tensorial) contribute to the signal. We also derive the gravitational and scalar waveform amplitude modes, including the memory ones, to the same accuracy. | スカラーテンソル（ST）理論によれば、連星系の中性子星は、伴星とスカラー場の両方によって引き起こされる潮汐変形を受ける。 これらの変形は、星の内部構造と組成と強く相関している。 放出される重力波へのこれらの影響を正確にモデル化することは、将来の検出器から期待される高精度データの解釈、そして中性子星物質の特性に起因するものから修正重力の潜在的な兆候を分離するために不可欠となる。 ST理論に適合させたポストニュートン多極ポストミンコフスキー形式論を用い、断熱近似の範囲内で作業することにより、一般相対論における標準的な四重極放射を超える最初のポストニュートン（PN）オーダーにおける重力およびスカラーエネルギーフラックス、ならびに波形位相に対する潮汐補正を計算する。 これは、双極子潮汐の寄与を1次超える2PNオーダーに相当する。 この精度では、3種類の独立した潮汐変形（スカラー、テンソル、スカラー・テンソル混合）が信号に寄与する。 また、メモリモードを含む重力およびスカラー波形振幅モードも、同じ精度で導出した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the stochastic gravitational wave background (SGWB) generated by the ringdown phase of primordial black holes (PBHs) formed in the early universe. As the ringdown signal is independent of the PBH formation mechanism, the resulting SGWB offers a model-independent probe of PBHs. We numerically compute the ringdown waveform and derive the corresponding SGWB. We show that such a signal could be detected by future pulsar timing arrays (PTAs) for PBHs heavier than the solar mass. Additionally, we evaluate the SGWB from binary PBH mergers and demonstrate that it lies within the sensitivity bands of next-generation ground-based interferometers such as Cosmic Explorer and Einstein Telescope, suggesting a multi-band observational strategy for probing the PBH dark matter scenario. | 初期宇宙で形成された原始ブラックホール（PBH）のリングダウン期に生成される確率的重力波背景放射（SGWB）を調査する。 リングダウン信号はPBH形成メカニズムに依存しないため、結果として生じるSGWBはモデルに依存しないPBHの探査手段となる。 我々はリングダウン波形を数値計算し、対応するSGWBを導出した。 そして、このような信号が、太陽質量よりも重いPBHに対して、将来のパルサータイミングアレイ（PTA）によって検出される可能性があることを示した。 さらに、連星PBH合体からのSGWBを評価し、それがコズミック・エクスプローラーやアインシュタイン望遠鏡といった次世代地上型干渉計の感度帯域内にあることを実証し、PBH暗黒物質シナリオを探査するための多波長観測戦略を示唆する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate tree-level scattering processes involving quarks ($q$) and gluons ($g$) mediated by graviton exchange in the framework of Agravity, a dimensionless and renormalizable theory of quadratic quantum gravity. Focusing on the ultra-Planckian regime, characterized by the Mandelstam variable $s = (p_1 + p_2)^2$, which corresponds to the total energy squared in the center-of-momentum frame, being much larger than any particle mass scale, we compute the squared amplitudes and analyze the differential cross sections for the processes $gg \to gg$, $gg \to q\bar{q}$, $gq \to gq$, and $qq \to qq$. We demonstrate that all amplitudes scale as $1/s$ at high energies, in agreement with expectations for a UV-complete theory of gravity. In addition, we explore the issue of unitarity in the presence of higher-derivative ghost modes by analyzing the positivity properties of the squared amplitudes. While IR divergences appear in the forward scattering of massless particles, we show that these are regularized by finite quark masses. Our findings support the viability of Agravity as a perturbatively unitary and UV-complete extension of general relativity, capable of consistently describing gravitational interactions among elementary matter fields at trans-Planckian energies. | 無次元かつ繰り込み可能な2次量子重力理論であるAgravityの枠組みにおいて、重力子交換を介したクォーク（$q$）とグルーオン（$g$）のツリーレベル散乱過程を研究する。 マンデルスタム変数$s = (p_1 + p_2)^2$（運動量中心系における全エネルギーの2乗に相当し、粒子質量スケールよりもはるかに大きい）によって特徴付けられる超プランク領域に焦点を当て、$gg \to gg$、$gg \to q\bar{q}$、$gq \to gq$、および$qq \to qq$過程の振幅の2乗を計算し、微分断面積を解析する。 高エネルギーではすべての振幅が$1/s$に比例することが示され、これはUV完全重力理論の予想と一致する。 さらに、高階微分ゴーストモードが存在する場合のユニタリー性の問題を、振幅の二乗の正値性を解析することにより探求する。 質量ゼロ粒子の前方散乱ではIR発散が現れるが、これは有限のクォーク質量によって正則化されることを示す。 我々の発見は、プランク超エネルギーにおける素物質場間の重力相互作用を整合的に記述できる、一般相対論の摂動論的にユニタリーかつ紫外域完全拡張としてのAgravityの妥当性を支持する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| As first discovered by Choptuik, the black hole threshold in the space of initial data for general relativity shows both surprising structure and surprising simplicity. Universality, power-law scaling of the black hole mass, and scale echoing have given rise to the term ``critical phenomena''. They are explained by the existence of exact solutions which are attractors within the black hole threshold, that is, attractors of codimension one in phase space, and which are typically self-similar. Critical phenomena give a natural route from smooth initial data to arbitrarily large curvatures visible from infinity, and are therefore likely to be relevant for cosmic censorship, quantum gravity, astrophysics, and our general understanding of the dynamics of general relativity. Major additions since the 2010 version of this review are numerical simulations beyond spherical symmetry, in particular of vacuum critical collapse, and new sections on mathematical results in PDE blowup (as a toy model for singularity formation) and on naked singularity formation in GR. | チョプトゥイクによって初めて発見されたように、一般相対論の初期データ空間におけるブラックホール閾値は、驚くべき構造と驚くべき単純さの両方を示す。 普遍性、ブラックホール質量のべき乗則スケーリング、そしてスケールエコーは、「臨界現象」という用語を生み出した。 これらは、ブラックホール閾値内のアトラクター、つまり位相空間における余次元1のアトラクターであり、典型的には自己相似である厳密解の存在によって説明される。 臨界現象は、滑らかな初期データから無限遠から見える任意の大きな曲率への自然な経路を与えるため、宇宙検閲、量子重力、天体物理学、そして一般相対論のダイナミクスに関する一般的な理解に関連する可能性が高い。 このレビューの2010年版以降の主要な追加点は、球対称性を超えた数値シミュレーション、特に真空臨界崩壊、そして偏微分方程式の爆発（特異点形成の玩具モデルとして）と一般相対論における裸の特異点形成に関する数学的結果に関する新しいセクションです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The black hole shadow is fundamentally connected to the structure of light rings and the photon region in the background geometry. We investigate the photon region boundary in a generic asymptotically flat, stationary, axisymmetric black hole spacetime that admits spherical photon orbits (SPOs). We define the photon region's boundary purely in terms of the background metric functions, independent of the photon's parameters like energy or angular momentum, which is applicable to both separable and non-separable spacetimes. We establish the existence of at least one bounded photon region. We further analyze its common features, including overlap with the ergoregion and rotation sense of SPOs. Additionally, light rings are identified at the extrema of the photon region boundary curves in the $(r,\theta)$ plane. Our approach is validated against a few exact black hole solutions. Implications are discussed. | ブラックホールシャドウは、背景幾何学における光リングの構造と光子領域に根本的に関連している。 我々は、球状光子軌道（SPO）を許容する、一般的な漸近平坦、定常、軸対称ブラックホール時空における光子領域境界を調べる。 光子領域境界は、エネルギーや角運動量といった光子パラメータとは独立に、背景計量関数のみを用いて定義する。 これは分離可能時空と非分離可能時空の両方に適用できる。 少なくとも1つの境界付き光子領域が存在することを証明する。 さらに、エルゴ領域との重なりやSPOの回転方向など、その共通の特徴を解析する。 さらに、光リングは、$(r,\theta)$平面における光子領域境界曲線の極値で同定される。 我々のアプローチは、いくつかの正確なブラックホール解に対して検証され、その意味合いについて議論される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cosmological observations of the recent universe suggest that dark energy equation of state parameter $w$ is growing with time, departing from a cosmological constant for which $w=-1$. Standard quintessence models allow for a varying $w\geq-1$, but observations report that a phantom regime, $w<-1$, is quickly reached in the past. Often discarded because of uncertainties or parametrisation, we rather propose here to embrace the reality of this phantom regime. We revisit an elegant mechanism that accounts for it, thanks to a coupling of quintessence field(s) to matter (and possibly radiation). We show that this allows for steep scalar potentials, and illustrate this with string-inspired models, where $V=V_0\, e^{-\lambda\, \varphi}$ and $\lambda \geq \sqrt{2}$. Those provide solutions in very good agreement with observations, including the phantom regime. We then discuss poles that can appear in $w$, making it diverge at recent times ($z\leq 4$), and that could be detected by observations. We finally comment on an Early Dark Energy-like feature, that systematically appears for free from the models considered, and could be of interest for the Hubble tension. | 近年の宇宙の観測は、暗黒エネルギーの状態方程式パラメータ$w$が時間とともに増加し、$w=-1$である宇宙定数から乖離していることを示唆している。 標準的なクインテッセンスモデルは$w\geq-1$の変動を許容するが、観測結果によると、過去には$w<-1$のファントム領域に急速に到達することが報告されている。 不確実性やパラメータ化のためにしばしば無視されるこのファントム領域だが、我々はここでこのファントム領域の現実性を受け入れることを提案する。 我々は、クインテッセンス場と物質（そしておそらくは放射）との結合によってこれを説明する、洗練されたメカニズムを再考する。 これにより急峻なスカラーポテンシャルが可能になることを示し、これを弦理論に着想を得たモデル（$V=V_0\, e^{-\lambda\, \varphi}$、$\lambda \geq \sqrt{2}$）を用いて説明する。 これらは、ファントム領域を含む観測結果と非常によく一致する解を与える。 次に、$w$に現れ、最近の時点（$z\leq 4$）で発散を引き起こす可能性のある極について議論する。 これは観測によって検出できる可能性がある。 最後に、検討したモデルから系統的に無料で現れる初期ダークエネルギーのような特徴についてコメントする。 これはハッブル・テンションにとって興味深いものとなる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a simple field theory model with reduced invariance under diffeomorphisms whose energy-momentum tensor is identical to the sum of pressureless irrotational matter and a cosmological constant. The model action is built from a single scalar field with a canonical kinetic term without any potential or Lagrange multiplier terms. The coupling to gravity is realized through a particular transverse diffeomorphism invariant volume element. The corresponding sound speed is exactly zero in any background geometry and the model is dynamically identical to $\Lambda$CDM. By restoring the full diffeomorphism invariance through the introduction of Stueckelberg-like fields, we obtain an equivalent local scalar-vector theory. | 我々は、エネルギー運動量テンソルが圧力を伴わない非回転物質と宇宙定数の和に等しい、微分同相写像の下で不変性が低減された単純な場の理論モデルを提示する。 このモデル作用は、ポテンシャル項やラグランジュ乗数項を含まない、標準的な運動項を持つ単一のスカラー場から構成される。 重力との結合は、特定の横方向微分同相写像不変体積要素によって実現される。 対応する音速は任意の背景幾何学において正確にゼロであり、このモデルは $\Lambda$CDM と力学的に同一である。 シュテッケルベルク型場の導入によって完全な微分同相写像不変性を回復することにより、等価な局所スカラーベクトル理論が得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove two results which are relevant for constructing marginally outer trapped tubes (MOTTs) in de Sitter spacetime. The first one holds more generally, namely for spacetimes satisfying the null convergence condition and containing a timelike conformal Killing vector with a "temporal function". We show that all marginally outer trapped surfaces (MOTSs) in such a spacetime are unstable. This prevents application of standard results on the propagation of stable MOTSs to MOTTs. On the other hand, it was shown recently that, for every sufficiently high genus, there exists a smooth, complete family of CMC surfaces embedded in the round 3-sphere S3. This family connects a Lawson minimal surface with a doubly covered geodesic 2-sphere. We show by a simple scaling argument that this result translates to an existence proof for complete MOTTs with CMC sections in de Sitter spacetime. Moreover, the area of these sections increases strictly monotonically. We compare this result with an area law obtained before for holographic screens. | 我々は、ド・ジッター時空における周辺外殻捕捉チューブ（MOTT）の構築に関連する2つの結果を証明する。 1つ目はより一般的に、すなわち、ヌル収束条件を満たし、「時間関数」を持つ時間的共形キリングベクトルを含む時空に対して成立する。 我々は、そのような時空におけるすべての周辺外殻捕捉面（MOTS）が不安定であることを示す。 これは、安定なMOTSの伝播に関する標準的な結果をMOTTに適用することを妨げている。 一方、最近、十分に高い種数を持つすべての場合において、円形3次元球面S3に埋め込まれた滑らかで完全なCMC面の族が存在することが示された。 この族は、ローソン極小面と二重被覆測地線2次元球面を繋ぐ。 我々は、単純なスケーリング論的議論によって、この結果がド・ジッター時空におけるCMCセクションを持つ完全なMOTTの存在証明につながることを示す。 さらに、これらのセクションの面積は厳密に単調に増加します。 この結果を、以前にホログラフィックスクリーンで得られた面積則と比較します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the transonic accretion flow in the spacetime of a supermassive black hole (BH) coupled to an anisotropic dark matter fluid, as proposed by Cardoso {\it et al}. We essentially compare the accretion properties of the Cardoso BH with those of an isolated Schwarzschild BH. The Cardoso BH is described by the halo mass ($M_{\rm H}$) and its characteristic length scale ($a_0$). Various classes of accretion solution topologies (e.g., A and W-types) are obtained by solving the dynamical equations of the flow in a fully general relativistic framework. We find that the global accretion solutions in the identified solution topologies are substantially influenced by the halo parameters ($M_{\rm H}, a_0$) when the halo mass is high or the dark matter distribution is concentrated near the black hole. In this high compactness regime, different observational signatures of the accretion disc, like the spectral energy distribution (SED) and bolometric disc luminosity, are found to exhibit considerable deviations from the known results in the Schwarzschild BH model. Furthermore, we obtain shock-induced accretion solutions, where different shock properties, such as the shock radius ($r_{\rm sh}$), flow mass density ($\rho$) compression, and electron temperature ($T_e$) compression across the shock front, are potentially altered from those in the Schwarzschild BH model when the halo compactness is high. Interestingly, the existing shock parameter space, defined by the flow specific angular momentum ($\lambda$) and energy ($E$), is largely reduced for higher halo compactness compared to that of the Schwarzschild BH. These unique features offer a possible valuable tool for characterizing the presence or absence of a dark matter halo around a galactic black hole. | Cardoso {\it et al} によって提唱された、異方性暗黒物質流体と結合した超大質量ブラックホール (BH) の時空における遷音速降着流を調べる。 本質的には、Cardoso BH の降着特性を孤立した Schwarzschild BH の降着特性と比較する。 Cardoso BH は、ハロー質量 ($M_{\rm H}$) とその特性長さスケール ($a_0$) によって記述される。 流れの力学方程式を完全な一般相対論的枠組みで解くことにより、様々なクラスの降着解トポロジー (例えば、A 型や W 型) が得られる。 ハロー質量が大きい場合、または暗黒物質分布がブラックホール近傍に集中している場合、同定された解トポロジーにおける大域降着解は、ハローパラメータ ($M_{\rm H}, a_0$) によって大きく影響されることがわかった。 この高コンパクトネス領域では、スペクトルエネルギー分布（SED）やボロメータ円盤光度といった降着円盤の様々な観測的特徴が、シュワルツシルトBHモデルの既知の結果からかなり逸脱していることがわかった。 さらに、我々は衝撃波誘起降着解を得たが、ハローのコンパクトネスが高い場合、衝撃波半径（$r_{\rm sh}$）、フロー質量密度（$\rho$）の圧縮、衝撃波面を横切る電子温度（$T_e$）の圧縮といった様々な衝撃波特性が、シュワルツシルトBHモデルのそれとは潜在的に異なる。 興味深いことに、フロー固有の角運動量（$\lambda$）とエネルギー（$E$）によって定義される既存の衝撃波パラメータ空間は、シュワルツシルトBHモデルと比較して、ハローのコンパクトネスが高いほど大幅に縮小する。 これらのユニークな特徴は、銀河ブラックホールの周囲にある暗黒物質ハローの有無を特徴付けるための貴重なツールとなる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Astrophysical black holes are open systems which, when perturbed, radiate quasi-normal modes (QNMs) to infinity. By contrast, laboratory analogues are necessarily finite-sized, presenting a potential obstacle to exciting QNMs in experiments. We explore how the QNM spectrum of a toy-model black hole changes when enclosed by a partially reflecting wall with adjustable reflectivity. Our results reveal a continuous connection between the QNM spectra of open and finite-sized systems. Additionally, we demonstrate that QNMs in this setup are easily excited by incoherent background noise. This work opens new avenues for studying QNMs of black holes and compact objects in laboratory settings, where finite-size effects and noise are unavoidable. | 天体物理学におけるブラックホールは開放系であり、摂動を受けると準基準モード（QNM）を無限遠まで放射する。 対照的に、実験室で観測されるブラックホールは必然的に有限サイズであるため、実験においてQNMを励起する上で潜在的な障害となる。 本研究では、反射率を調整可能な部分反射壁で囲んだ玩具モデルのブラックホールのQNMスペクトルが、どのように変化するかを調べる。 その結果、開放系と有限サイズの系のQNMスペクトルの間に連続的な関係があることが示された。 さらに、この系におけるQNMは、非コヒーレントな背景ノイズによって容易に励起されることも実証した。 本研究は、有限サイズ効果とノイズが避けられない実験室環境において、ブラックホールやコンパクト天体のQNMを研究するための新たな道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The present work delves into probing the importance of mutual information of relevant subsystems in obtaining the correct time-evolution of fine-grained entropy of Hawking radiation, as suggested by Page. This was done by considering a functional renormalization group improved or simply, quantum corrected Schwarzschild black solution which captures the flavour of an effective theory of quantum gravity. The mentioned black hole solution emerges from a asymptotically safe average effective action which describes a trajectory in momentum-space and satisfies a renormalizarion group equation. Furthermore, in the before Page time scenario, the behaviour of the mutual information between appropriate subsystems over time leads to the Hartman-Maldacena time. The observations made for the quantum corrected Schwarzschild black hole have been compared to the same made for the standard Schwarzschild black hole in order to draw some novel conclusions. Based upon our observations, we also propose a formula for computing fine-grained entropy of Hawking radiation for an eternal black hole, in presence of the island. | 本研究では、Page が示唆したように、ホーキング放射の細粒度エントロピーの正確な時間発展を得る上で、関連するサブシステム間の相互情報量の重要性を深く探究する。 これは、量子重力の有効理論のフレーバーを捉える、関数繰り込み群改良型、あるいは単に量子補正型シュワルツシルトブラック解を考察することによって行われた。 このブラックホール解は、運動量空間における軌跡を記述し、繰り込み群方程式を満たす、漸近的に安全な平均有効作用から現れる。 さらに、Page 以前の時間シナリオでは、適切なサブシステム間の相互情報量の時間的挙動は、ハートマン・マルダセナ時間につながる。 量子補正型シュワルツシルトブラックホールの観測結果を標準的なシュワルツシルトブラックホールの観測結果と比較し、いくつかの新たな結論を導き出した。 我々の観測に基づいて、島が存在する永久ブラックホールのホーキング放射の細粒度エントロピーを計算するための公式も提案する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the present work consideration is given to the primordial black holes ({\bf pbhs}) in the Schwarzschild-de Sitter Metric with small mass (ultralight) in the preinflationary epoch. Within the scope of natural assumptions, it has been shown that the quantum-gravitational corrections ({\bf qgcs}) to the characteristics of such black holes can contribute to all the cosmological parameters, shifting them compared with the semiclassical consideration. These contributions are determined by a series expansion in terms of a small parameter dependent on the hole mass (radius). For this pattern different cases have been considered (stationary, black hole evaporation...). It has been demonstrated that involvement of ({\bf qgcs}) leads to a higher probability for the occurrence of such {\bf pbhs}. Besides, high-energy deformations of Friedmann Equations created on the basis of these corrections have been derived for different patterns. In the last section of this work it is introduced a study into the contributions generated by the above-mentioned {\bf qgcs} in inflationary cosmological perturbations. Besides, it has been shown that non-Gaussianity of these perturbations is higher as compared to the semi-classical pattern. | 本研究では、インフレーション前期におけるシュワルツシルト・ド・ジッター計量における微小質量（超軽量）の原始ブラックホール（{\bf pbhs}）を考察する。 自然な仮定の範囲内で、このようなブラックホールの特性に対する量子重力補正（{\bf qgcs}）が、すべての宇宙論パラメータに寄与し、半古典的な考察と比較してそれらをシフトさせることが示された。 これらの寄与は、ブラックホールの質量（半径）に依存する微小パラメータに関する級数展開によって決定される。 このパターンについて、様々なケース（定常、ブラックホール蒸発など）が考察されている。 （{\bf qgcs}）の関与により、このような{\bf pbhs}の発生確率が高くなることが実証されている。 さらに、これらの補正に基づいて作成されたフリードマン方程式の高エネルギー変形が、様々なパターンに対して導出されている。 本研究の最後の節では、インフレーション宇宙論的摂動における前述の{\bf qgcs}によって生成される寄与に関する研究を紹介する。 さらに、これらの摂動の非ガウス性は、半古典的パターンと比較して高いことが示された。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The scientific status of physical cosmology has been the subject of philosophical debate ever since detailed mathematical models of the Universe emerged from Einstein's general theory of relativity. Such debates have revolved around whether and to what extent cosmology meets established demarcation criteria for a discipline to be scientific, as well as determining how to best characterize cosmology as a science, given the unique challenges and limitations faced by a discipline which aims to study the origin, composition, and fate of the Universe itself. The present article revisits, in light of the dramatic progress in cosmology in recent decades, an earlier debate held in the 1950s between Herman Bondi and Gerald Whitrow regarding the scientific status of cosmology. We analyse cosmology's transition from an emerging science to a cornerstone of modern physics, highlighting its empirical successes in establishing the $\Lambda$-Cold Dark Matter ($\Lambda$CDM) model and in its delivery of various successful novel predictions. Despite this remarkable scientific success and progress, we argue that modern cosmology faces a further profound challenge: the permanent underdetermination of the microphysical nature of its exotic energy components: inflation, dark matter, and dark energy. Drawing historical parallels with the role of spectroscopy in revealing the microphysical nature of atomic physics, we argue that the epistemic barriers obstructing us from ascertaining the microphysical nature of these exotic energy components are significant, in turn casting doubt upon whether cosmology can ever transcend these particular epistemic challenges. We conclude by reflecting on the prospects for future breakthroughs and/or non-empirical arguments which could decide this issue conclusively. | 物理宇宙論の科学的地位は、アインシュタインの一般相対性理論から宇宙の詳細な数学モデルが出現して以来、哲学的な議論の対象となってきた。 こうした議論は、宇宙論が科学的な学問であるための既存の境界基準を満たしているかどうか、またどの程度満たしているかという点、そして宇宙そのものの起源、構成、そして運命を研究することを目的とする学問が直面する特有の課題と限界を踏まえ、宇宙論を科学としてどのように特徴づけるのが最善かという点を中心に展開されてきた。 本稿は、近年の宇宙論の劇的な進歩を踏まえ、1950年代にハーマン・ボンディとジェラルド・ウィットロウの間で行われた、宇宙論の科学的地位に関する初期の論争を再考する。 我々は、宇宙論が新興科学から現代物理学の礎石へと移行した経緯を分析し、$\Lambda$-冷たい暗黒物質（$\Lambda$CDM）モデルの確立と、様々な斬新な予測の実現における実証的成功を強調する。 この目覚ましい科学的成功と進歩にもかかわらず、現代宇宙論は更なる深刻な課題に直面している。 それは、インフレーション、暗黒物質、そして暗黒エネルギーといったエキゾチックなエネルギー成分の微視的物理的性質が永続的に未決定であるという課題である。 分光学が原子物理学の微視的物理的性質を明らかにしてきた歴史的役割を例に挙げ、これらのエキゾチックなエネルギー成分の微視的物理的性質の解明を妨げる認識論的障壁は大きく、ひいては宇宙論がこれらの特定の認識論的課題を克服できるかどうかに疑問を投げかけると主張する。 最後に、この問題を決定的に解決する可能性のある将来のブレークスルーや非経験的議論の見通しについて考察します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A key challenge in imaging supermassive black holes is disentangling gravitational effects from plasma physics in order to accurately determine spacetime properties, particularly black hole spin. In this Letter, we present a fully covariant and rigorous analysis of the synchrotron emission from accreting plasma in the equatorial plane in the stationary, axisymmetric, high-conductivity regime, and identify--for the first time--a distinctive near-horizon polarization pattern that remains robust across different flow structures. This pattern arises from strong frame dragging near the event horizon, which induces a degeneracy among plasma flow and magnetic field configurations, yielding a polarization signature determined solely by the spacetime geometry and the observer's inclination. The near-horizon polarization thus offers a clean and precise probe of black hole spin and other fundamental parameters. If future space-based millimeter VLBI observations can resolve synchrotron emission originating within approximately 1$\%$ of the event horizon radius in M87* or Sgr A*, this universal polarization pattern may become observable. | 超大質量ブラックホールの画像化における重要な課題は、重力効果とプラズマ物理を分離し、時空特性、特にブラックホールのスピンを正確に決定することです。 本論文では、定常、軸対称、高伝導率領域における赤道面降着プラズマからのシンクロトロン放射の完全共変かつ厳密な解析を提示し、異なる流れ構造にわたって頑健な特徴的な近地平線偏光パターンを初めて特定しました。 このパターンは事象の地平線付近での強いフレームドラッグに起因しており、これがプラズマの流れと磁場構成の間に縮退を生じさせ、時空形状と観測者の傾斜角のみによって決定される偏光特性を生み出します。 したがって、近地平線偏光は、ブラックホールのスピンやその他の基本パラメータを明確かつ正確に調べる手段となります。 将来の宇宙ミリ波VLBI観測によって、M87*またはSgr A*の事象の地平線半径の約1%以内から発生するシンクロトロン放射を分解できれば、この普遍的な偏光パターンが観測可能になるかもしれない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Axions, encompassing both QCD axions and axion-like particles, can generate loop-induced quadratic couplings to electromagnetic field strength tensors, resulting in oscillatory shifts of the fine-structure constant. Near a Kerr black hole, an axion field with a Compton wavelength comparable to the event horizon can exponentially grow through the superradiance mechanism, potentially reaching a maximum amplitude near the decay constant, provided this scale is below approximately $10^{16}$ GeV. The saturated axion cloud formed around the black hole induces characteristic oscillations in the fine-structure constant, with a period of $10$-$40$ minutes determined by the axion mass, and a spatial profile governed by the axion wavefunction and its coupling strength. At lower axion masses, axion dark matter can form a soliton-like core characterized by a nearly constant amplitude, extending measurable variations of the fine-structure constant to greater distances. Precise spectroscopic measurements of S-stars orbiting the supermassive black hole Sgr A$^*$ provide a powerful probe of these predictions, potentially excluding substantial regions of parameter space for quadratic scalar couplings to photons, owing to the high boson density near the Galactic Center. | QCDアクシオンとアクシオン様粒子の両方を含むアクシオンは、電磁場強度テンソルとのループ誘起二次結合を生成し、微細構造定数の振動シフトを引き起こす。 カーブラックホール近傍では、事象の地平線に匹敵するコンプトン波長を持つアクシオン場が超放射機構によって指数関数的に成長し、このスケールが約10の16乗GeV未満であれば、崩壊定数付近で最大振幅に達する可能性がある。 ブラックホールの周囲に形成される飽和アクシオン雲は、微細構造定数に特徴的な振動を引き起こす。 その周期はアクシオン質量によって決まり、空間プロファイルはアクシオン波動関数とその結合強度によって決まる。 より低いアクシオン質量では、アクシオン暗黒物質はほぼ一定の振幅を特徴とするソリトンのようなコアを形成し、微細構造定数の測定可能な変化をより遠方まで拡張することができます。 超大質量ブラックホールSgr A$^*$を周回するS型星の精密分光測定は、これらの予測を検証する強力な手段となります。 銀河中心付近のボソン密度が高いため、光子への2次スカラー結合のパラメータ空間のかなりの領域が除外される可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In particle physics, axions and axion-like particles are ubiquitous. Remarkably, ultra-light axions could constitute dark matter or dark energy. Therefore, it is important to detect axions experimentally. In the presence of a magnetic field, a photon can be converted into an axion, and vice versa. Utilizing the conversion phenomenon, several methods for detecting axions have been proposed. To improve detectability, it is desirable to use quantum sensing. However, since the conversion process is usually treated as classical wave dynamics, it is unclear how to incorporate quantum effects such as entanglement. In this work, we formulate the photon-axion conversion in a quantum field theoretical manner. As a result, we succeed in evaluating the conversion probability from a photon quantum state to an axion quantum state. In particular, it turns out that squeezed coherent states can enhance the conversion probability. | 素粒子物理学において、アクシオンおよびアクシオン類似粒子は遍在する。 驚くべきことに、超軽量アクシオンは暗黒物質または暗黒エネルギーを構成する可能性がある。 したがって、アクシオンを実験的に検出することは重要である。 磁場の存在下では、光子はアクシオンに変換され、またその逆も可能である。 この変換現象を利用して、アクシオンを検出するためのいくつかの方法が提案されている。 検出可能性を向上させるには、量子センシングを用いることが望ましい。 しかし、変換プロセスは通常、古典波動動力学として扱われるため、エンタングルメントなどの量子効果をどのように組み込むかは不明である。 本研究では、光子-アクシオン変換を量子場理論の手法で定式化する。 その結果、光子量子状態からアクシオン量子状態への変換確率を評価することに成功した。 特に、スクイーズドコヒーレント状態は変換確率を高めることができることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, the notion of complexity factor and its implication is extended to the framework of non-conserved Rastall theory of gravity. First of all, the field equations governing a static spherical geometry associated with the anisotropic fluid are formulated. The mass function corresponding to the considered geometry is defined in terms of both matter and geometric quantities. The orthogonal decomposition of the Riemann tensor is then performed through which a family of scalar quantities, known as structure scalars, is obtained. Using the Herrera's recent definition, one of the scalars among them is claimed as the complexity factor, \emph{i.e.}, $\mathcal{Y}_{TF}$. Since there are extra degrees of freedom in the gravitational equations, some constraints are needed to make their solution possible to obtain. In this regard, a well-known vanishing complexity condition is introduced along with three different constraints which ultimately lead to distinct stellar models. In order to check their physical feasibility, a detailed graphical interpretation is provided using multiple values of the Rastall parameter. It is concluded that the obtained results in all three cases are consistent with those of general relativity. Further, the Rastall theory provides more suitable results in the case of model 2, indicating its superiority over Einstein's gravity theory. | 本論文では、複雑性係数の概念とその意味合いを、非保存ラスタール重力理論の枠組みに拡張する。 まず、異方性流体に関連する静的球面形状を支配する場の方程式を定式化する。 対象とする形状に対応する質量関数は、物質量と幾何学的量の両方で定義される。 次に、リーマンテンソルの直交分解を行い、構造スカラーと呼ばれるスカラー量の族を得る。 ヘレラの最近の定義を用いると、それらのスカラーの1つが複雑性係数\emph{i.e.}、$\mathcal{Y}_{TF}$であると主張される。 重力方程式には余分な自由度が存在するため、解を得るにはいくつかの制約条件が必要となる。 この点に関して、よく知られた複雑性消失条件と、最終的に異なる恒星モデルにつながる3つの異なる制約条件が導入される。 これらの物理的実現可能性を検証するために、ラストールパラメータの複数の値を用いた詳細なグラフィカル解釈が提供される。 得られた結果は、3つのケースすべてにおいて一般相対論の結果と整合すると結論付けられる。 さらに、ラストール理論はモデル2の場合により適切な結果を提供し、アインシュタインの重力理論よりも優れていることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The direct detection of gravitational waves by LIGO has confirmed general relativity (GR) and sparked rapid growth in gravitational wave (GW) astronomy. However, subtle post-Newtonian (PN) deviations observed during the analysis of high signal-to-noise ratio events from the observational runs suggest that standard waveform templates, which assume strict adherence to GR, might overlook signals from alternative theories of gravity. Incorporating these exotic signals into traditional search algorithms is computationally infeasible due to the vast template space required. This paper introduces a proof-of-principle deep learning framework for detecting exotic GW signals, leveraging neural networks trained on GR-based templates. Through their generalization ability, neural networks learn intricate features from the data, enabling the detection of signals that deviate from GR. We present the first study evaluating the capability of deep learning to detect beyond-GR signals, including a variety of PN orders. Our model achieves rapid and accurate identification of exotic GW signals across different luminosity distances, with performance comparable to GR-based detections. In particular, applying the model to the GW150914 event demonstrates excellent performance, highlighting the potential of AI-driven methods for detecting previously overlooked signals beyond GR. This work paves the way for new discoveries in gravitational wave astronomy, enabling the detection of signals that might escape traditional search pipelines. | LIGOによる重力波の直接検出は、一般相対性理論（GR）を裏付け、重力波天文学の急速な発展を促しました。 しかし、観測から得られた高信号対雑音比イベントの解析中に観測された微妙なポストニュートン（PN）偏差は、GRに厳密に準拠することを前提とする標準波形テンプレートでは、他の重力理論からの信号を見逃してしまう可能性があることを示唆しています。 これらの特殊な信号を従来の探索アルゴリズムに組み込むことは、必要なテンプレート空間が膨大になるため、計算量的に不可能です。 本論文では、GRベースのテンプレートで学習したニューラルネットワークを活用し、特殊な重力波信号を検出するための原理実証型ディープラーニングフレームワークを紹介します。 ニューラルネットワークは、その汎化能力を通じてデータから複雑な特徴を学習し、GRから逸脱する信号の検出を可能にします。 我々は、様々なPNオーダーを含む一般相対性理論を超える信号を検出するディープラーニングの能力を評価する初の研究を発表する。 我々のモデルは、様々な光度距離にわたるエキゾチックな重力波信号を、一般相対性理論に基づく検出に匹敵する性能で迅速かつ正確に識別することを実現する。 特に、このモデルをGW150914イベントに適用したところ、優れた性能が示され、これまで見落とされてきた一般相対性理論を超える信号を検出するためのAI駆動型手法の可能性を浮き彫りにした。 本研究は、重力波天文学における新たな発見への道を開き、従来の探索パイプラインをすり抜ける可能性のある信号の検出を可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The GRAVITY interferometer has achieved microarcsecond precision in near-infrared interferometry, enabling tracking of flare centroid motion in the strong gravitational field near the Sgr A*. It might be promising to serve as a unique laboratory for exploring the accretion matter near black holes or testing Einstein's gravity. Recent studies debated whether there is a non-Keplerian motion of the flares in the GRAVITY dataset. It motivates us to present a comprehensive analysis based on error estimation under the Bayesian framework. This study uses asctrometric flare data to investigate the possibility that the flares exhibit deviations from the circular Keplerian motion. By fixing the black hole mass of Sgr A* and using the averaged astrometric data from the four flares, our results find that the super-Keplerian orbit is favored at the near $1\sigma$ confidence level, where the non-Keperian parameter is $\omega/\omega_k=1.45^{+0.35}_{-0.38}$. By treating the black hole mass as a free parameter, both the averaged and individual data exhibit no significant evidence in favor of non-Keplerian motions, where the non-Keplerian parameter is close to $1$ within $1\sigma$ confidence level. We further analyze flares undergoing planar geodesic motion, where the orbital circularity parameter is $\gamma = 0.99_{-0.10}^{+0.07}$. This indicates that the astrometric data favor the circular orbits. Future improvements in astrometry precision might enable stronger constraints on the kinematical behavior of the flares, potentially offering insights into black hole physics or accretion matter in the strong-field regime. | GRAVITY干渉計は、近赤外線干渉法においてマイクロ秒角単位の精度を達成し、Sgr A*近傍の強い重力場におけるフレアの重心運動の追跡を可能にしました。 これは、ブラックホール近傍の降着物質の探査やアインシュタインの重力の検証のための、他に類を見ない実験室として機能する可能性を秘めています。 最近の研究では、GRAVITYデータセットにおけるフレアの非ケプラー運動の有無が議論されています。 そこで、ベイズ推定に基づく誤差推定に基づく包括的な解析を提示することにしました。 本研究では、フレアの高度測定データを用いて、フレアが円運動から逸脱している可能性を調査します。 Sgr A*のブラックホール質量を固定し、4つのフレアからの平均天文測定データを用いた結果、ほぼ$1\sigma$の信頼度水準で超ケプラー軌道が支持されることが分かりました。 この場合、非ケプラーパラメータは$\omega/\omega_k=1.45^{+0.35}_{-0.38}$です。 ブラックホール質量を自由パラメータとして扱うと、平均データと個々のデータの両方において、非ケプラー運動を支持する有意な証拠は示されず、この場合、非ケプラーパラメータは$1\sigma$の信頼度水準内で$1$に近くなります。 さらに、平面測地線運動をしているフレアを解析します。 この場合、軌道円形度パラメータは$\gamma = 0.99_{-0.10}^{+0.07}$です。 これは、天文測定データが円軌道を支持していることを示しています。 将来、天体測定精度が向上することで、フレアの運動学的挙動に対するより強力な制約が可能になり、ブラックホールの物理や強磁場領域における降着物質に関する知見が得られる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a two parameters extension of the flat $\Lambda$CDM model to capture the impact of matter inhomogeneities on our cosmological inference. Non virialized but non-linearly evolving overdense and underdense regions, whose abundance is quantified using the Press-Schechter formalism, are collectively described by two effective perfect fluids $\rho_{\rm{c}},\rho_{\rm{v}}$ with non vanishing equation of state parameters $w_{\rm{c,v}}\neq 0$. These fluids are coupled to the pressureless dust, akin to an interacting DM-DE scenario. The resulting phenomenology is very rich, and could potentially address a number of inconsistencies of the standard model, including a simultaneous resolution of the Hubble and $\sigma_8$ tensions. To assess the viability of the model, we set initial conditions compatible to the Planck 2018 best fit $\Lambda$CDM cosmology and fit its additional parameters using SN~Ia observations from DESY5, BAO distances from DESI DR2 and a sample of uncorrelated $f\sigma_8$ measurements. Our findings show that backreaction effects from the cosmic web could restore the concordance between early and late Universe cosmological probes. | 我々は、物質不均一性が宇宙論的推論に与える影響を捉えるため、平坦な$\Lambda$CDM模型の2パラメータ拡張を提案する。 ビリアル化されていないが非線形に進化する過密領域と過少密領域（その存在量はPress-Schechter形式論を用いて定量化される）は、2つの有効完全流体$\rho_{\rm{c}},\rho_{\rm{v}}$と、その状態方程式パラメータ$w_{\rm{c,v}}\neq 0$によって総合的に記述される。 これらの流体は、相互作用するDM-DEシナリオに類似し、圧力のないダストと結合している。 結果として得られる現象論は非常に豊かであり、ハッブル張力と$\sigma_8$張力の同時解決を含む、標準模型の多くの矛盾点に対処できる可能性がある。 このモデルの実現可能性を評価するために、Planck 2018のベストフィット$\Lambda$CDM宇宙論と整合する初期条件を設定し、DESY5のSN~Ia観測、DESI DR2のBAO距離、および無相関の$f\sigma_8$測定サンプルを用いて追加パラメータをフィッティングした。 得られた結果は、宇宙ウェブからの反作用効果が初期宇宙と後期宇宙の宇宙論的探査の一致を回復する可能性があることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The gravitational wave (GW) spectrum from the first-order phase transition can be characterized by a few phenomenological parameters but with high degeneracies in model/data distinguishments. In this paper, we look into the high-frequency power law of the GW spectrum with preliminary numerical simulations for both quantum and semi-classical pictures of vacuum decay. We first reveal an anti-correlation of the high-frequency power law to a certain power of the ratio between the wall thickness and bubble radius at the onset of bubble collisions, which can be further approximated analytically by some other phenomenological model characteristics to break the model degeneracy. | 一次相転移からの重力波（GW）スペクトルは、いくつかの現象論的パラメータによって特徴付けられるが、モデルとデータの区別において大きな縮退性を示す。 本論文では、真空崩壊の量子論的描像と半古典論的描像の両方に対する予備的な数値シミュレーションを用いて、重力波スペクトルの高周波べき乗則を考察する。 まず、高周波べき乗則が、バブル衝突開始時における壁厚とバブル半径の比の特定のべき乗に反相関することを明らかにする。 この逆相関性は、他のいくつかの現象論的モデル特性によって解析的に近似することができ、モデルの縮退性を打破することができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study the polymer black hole solution surrounded by a quintessence field. The influence of quintessence on the polymer black hole is investigated through its thermodynamic properties, such as the Hawking temperature, entropy, and specific heat, which allow us to address the question of thermodynamic stability. We then calculate bounds on the electromagnetic greybody factors and photon emission rates of the black hole, highlighting the interplay between quintessence and quantum gravity effects in determining these phenomena. We also examine the effects of quintessence and quantum gravity on the geodesics and shadows of massless particles around the black hole. Our results are further compared with observational data of the Sagittarius A black hole from the Event Horizon Telescope (EHT) collaboration. | 本論文では、クインテッセンス場に囲まれたポリマーブラックホール溶液を研究する。 クインテッセンスがポリマーブラックホールに及ぼす影響を、ホーキング温度、エントロピー、比熱といった熱力学的特性を通して調べ、熱力学的安定性の問題に取り組む。 次に、ブラックホールの電磁灰色体因子と光子放出率の上限を計算し、これらの現象を決定する上でクインテッセンスと量子重力効果の相互作用を明らかにする。 また、ブラックホール周囲の質量ゼロ粒子の測地線と影に対するクインテッセンスと量子重力効果の影響も調べる。 さらに、これらの結果は、イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）共同研究によるいて座Aブラックホールの観測データと比較される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quasars are effective tracers of the large-scale distribution of galaxies at high redshift thanks to their high luminosity and dedicated surveys. Previous studies have shown that quasars exhibit a bias similar to that of rich groups, indicating that quasar pairs may be linked to higher density environments, serving as protocluster proxies. In this work, we aim to characterize close quasar pairs within the same halo by identifying them in redshift space. We analyze pair-quasar cross correlations and CMB-derived lensing convergence profiles centered in these systems. We have identified 2777 pairs of quasars in the redshift range from 1.2 to 2.8. Quasar pairs exhibit a distribution of relative luminosities that differs from that of random pairs with the same redshift distribution, indicating that quasars in these systems are distinct from isolated ones. The cross-correlation between pairs and quasars shows a larger amplitude than the auto-correlation function of quasars, suggesting these systems are more strongly biased toward the large-scale mass distribution and reside in more massive halos. This is further supported by higher convergence CMB lensing profiles of pairs compared to isolated quasars with a similar redshift distribution. Our results indicate that quasar pairs are suitable precursors to present-day clusters of galaxies, unlike isolated quasars, which are associated with less dense environments. | クエーサーは、その高い光度と専用の調査により、高赤方偏移銀河の大規模分布の有効なトレーサーである。 これまでの研究では、クエーサーはリッチグループと同様の偏りを示すことが示されており、クエーサーペアは高密度環境と関連し、原始銀河団のプロキシとして機能する可能性があることを示唆している。 本研究では、同一ハロー内の近接クエーサーペアを赤方偏移空間で特定することにより、それらの特徴を明らかにすることを目指す。 これらの系を中心とするクエーサーペア間の相互相関とCMB由来のレンズ収束プロファイルを解析する。 我々は、赤方偏移1.2から2.8の範囲で2777組のクエーサーペアを特定した。 クエーサーペアは、同じ赤方偏移分布を持つランダムペアとは異なる相対光度分布を示し、これらの系内のクエーサーは孤立したクエーサーとは異なることを示している。 ペアとクエーサー間の相互相関は、クエーサーの自己相関関数よりも大きな振幅を示しており、これらの系は大規模質量分布への偏りが強く、より質量の大きいハロー内に存在することを示唆している。 これは、同様の赤方偏移分布を持つ孤立したクエーサーと比較して、ペアのCMBレンズ効果プロファイルがより収束していることによってさらに裏付けられている。 我々の研究結果は、密度の低い環境に関連する孤立したクエーサーとは異なり、クエーサーペアが現在の銀河団の適切な前駆物質であることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Efforts are underway to accurately model extreme-mass-ratio inspirals for binaries with a spinning (Kerr) primary. At lowest order the adiabatic evolution depends on the radiation fluxes. Fluxes and other self-force quantities can be expanded analytically in post-Newtionian (PN) series allowing the early evolutionary phase to be understood. When it comes to more complicated background geodesic orbits, it proves useful to use the scalar field model problem to guide development and testing of techniques. In this paper, we present analytical expressions for the scalar fluxes from a scalar point-charge in inclined-spherical orbit about a Kerr black hole up to 12PN relative order, with expressions that are exact in terms of the inclination parameter $x$ and black hole spin $a$. The expressions are constructed using the Mano, Suzuki, and Takasugi (MST) method of solving the scalar wave equation in a Kerr background. We compare the numerical evaluation of these flux expressions to full numerical ($s=0$) Teukolsky code results, examining their degree of utility as the strong-field region is approached. | 回転する（カー）主星を持つ連星の極限質量比インスパイラルを正確にモデル化する取り組みが進行中です。 最低次では、断熱進化は放射フラックスに依存します。 フラックスやその他の自己力量は、ポストニューション（PN）系列に解析的に展開することができ、初期の進化段階を理解することができます。 より複雑な背景測地線軌道に関しては、スカラー場モデル問題を用いて技術開発と試験を導くことが有用であることが証明されています。 本論文では、傾斜球状軌道上のスカラー点電荷がカーブラックホールの周りを12PN相対次数まで周回するスカラーフラックスの解析的表現を、傾斜パラメータ$x$とブラックホールスピン$a$に関して正確な表現を用いて示します。 これらの表現は、カー背景におけるスカラー波動方程式を解くマノ・鈴木・高杉（MST）法を用いて構築される。 これらのフラックス表現の数値評価を、数値計算（$s=0$）Teukolskyコードの結果と比較し、強磁場領域に近づくにつれてその有用性がどのように変化するかを調べる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, the wavefunction coefficients for conformally coupled scalars in an FRW cosmology have been presented as a sum over amplitude-like functions known as {\it amplitubes}. In this work we extend this analysis to full {\it correlation functions}. Remarkably, the amplitube expansion of the correlator exhibits many vanishing contributions that are otherwise present in the expansion of the wavefunction. Moreover, while the wavefunction coefficients suffer from relative minus signs between terms, the surviving terms in correlation function do not. These observations point to a hidden simplicity in the structure of the correlation function compared to that of the wavefunction coefficient. | 最近、FRW宇宙論における共形結合スカラーの波動関数係数は、{\it アンプリチューブ}として知られる振幅類似関数の和として提示された。 本研究では、この解析を完全な{\it 相関関数}に拡張する。 注目すべきことに、相関関数のアンプリチューブ展開は、波動関数の展開には存在する多くの消失する寄与を示す。 さらに、波動関数係数は項間に相対的な負の符号を持つのに対し、相関関数の残存項にはそれがない。 これらの観察結果は、波動関数係数と比較して、相関関数の構造に隠れた単純さがあることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study gravitational perturbations of the Bonanno--Reuter quantum-corrected black hole arising in the asymptotic safety scenario, focusing on QNMs and grey-body factors. Assuming the RG parameter $\tilde{\omega}$ is fixed to its phenomenologically motivated value, we treat the interpolation parameter $\gamma$ as free and investigate how it modifies the black hole's response to axial gravitational perturbations. Quasinormal frequencies are computed using the sixth-order WKB method with Pad\'e approximants, and their dependence on $\gamma$ and the black hole mass $M$ is analyzed. We find that the Schwarzschild limit is rapidly recovered for large $M$ or large $\gamma$, while significant deviations arise in the quantum regime. The accuracy of the WKB results is confirmed by time-domain integration of the wave equation. Comparison of grey-body factors computed via both the WKB method and the quasinormal mode correspondence are in a good concordance. Our findings indicate that quantum corrections can leave significant imprints in the ringdown and radiation spectra, while preserving consistency with classical results in the appropriate limit. | 我々は、漸近的安全シナリオにおいて生じるボナンノ-ロイター量子補正ブラックホールの重力摂動を、量子ナノメートル（QNM）と灰色体因子に焦点を当てて研究する。 RGパラメータ$\tilde{\omega}$が現象論的に導かれた値に固定されていると仮定し、補間パラメータ$\gamma$を自由として扱い、それがブラックホールの軸重力摂動に対する応答をどのように変化させるかを調べる。 準正規振動数は、Pad\'e近似を用いた6次WKB法を用いて計算し、それらの$\gamma$およびブラックホール質量$M$への依存性を解析する。 その結果、大きな$M$または大きな$\gamma$に対してシュワルツシルト限界は急速に回復するが、量子領域では大きな偏差が生じることがわかった。 WKB法の結果の精度は、波動方程式の時間領域積分によって確認される。 WKB法と準基準モード対応の両方を用いて計算した灰色体因子の比較は、良好な一致を示した。 我々の知見は、量子補正がリングダウンスペクトルと放射スペクトルに大きな影響を及ぼす可能性がある一方で、適切な極限においては古典的な結果との整合性を保つことを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent observational results from the DESI collaboration reveal tensions with the standard $\Lambda$CDM model and favor a scenario in which dark energy (DE) decays over time. The DESI DR2 data also suggest that the DE equation of state (EoS) may have been phantom-like ($w < - 1$) in the past, evolving to $w > - 1$ at present, implying a recent crossing of the phantom divide at $w = - 1$. Scalar field models of DE naturally emerge in ultraviolet-complete theories such as string theory, which is typically formulated in higher dimensions. In this work, we investigate a class of thawing scalar field models propagating on a (4+1)-dimensional phantom braneworld, and demonstrate that their effective EoS exhibits a phantom-divide crossing. Alongside the Hubble parameter and EoS of DE, we also analyse the evolution of the Om diagnostic, and demonstrate that the time dependence of these quantities is in excellent agreement with the DESI DR2 observations. Furthermore, we perform a comprehensive parameter estimation using Markov Chain Monte Carlo (MCMC) sampling, and find that the $\chi^2$ values for all our models are remarkably close to that of the widely used CPL parametrisation, indicating that our models fit the data very well. | DESIコラボレーションによる最近の観測結果は、標準的な$\Lambda$CDMモデルとの矛盾を明らかにし、暗黒エネルギー（DE）が時間とともに減衰するというシナリオを支持している。 DESI DR2データはまた、DEの状態方程式（EoS）が過去にはファントム型（$w < - 1$）であったが、現在では$w > - 1$に変化した可能性を示唆しており、これは$w = - 1$でファントムディバイドを最近交差したことを意味する。 DEのスカラー場モデルは、典型的には高次元で定式化される弦理論などの紫外線完全理論において自然に現れる。 本研究では、(4+1)次元ファントムブレーンワールド上を伝播する一連の解凍スカラー場モデルを調査し、それらの有効EoSがファントムディバイド交差を示すことを示す。 DEのハッブルパラメータとEoSに加え、Om診断の進化も解析し、これらの量の時間依存性がDESI DR2の観測結果と非常によく一致することを実証しました。 さらに、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）サンプリングを用いた包括的なパラメータ推定を行い、すべてのモデルの$\chi^2$値が広く用いられているCPLパラメータ化の値に驚くほど近いことを明らかにしました。 これは、我々のモデルがデータに非常によく適合していることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A number of supersymmetric Jackiw-Teitelboim (JT) gravity theories are known to be described (in the Euclidean path integral formulation) by double-scaled random matrix models. Such matrix models can be characterized using a certain ``string equation''. It was shown recently that in extended supergravity, when the number of BPS states scales as ${\rm e}^{S_0}$, where $S_0$ is the extremal entropy, a special ansatz for the leading order solution of the string equation yields the supergravity spectrum. Somewhat miraculously, the construction showed that the functional form of the non-BPS (continuum) sector predicts the precise form of the BPS sector, showing the robustness of the supergravity/matrix-model correspondence. In this paper, we refine the analysis and show that the string equation, combined with some simple requirements on solutions, are powerful tools for constraining the spectrum of extended JT supergravity theories. We re-explore the cases of ${N}{=}2$ and (small) ${N}{=}4$ JT supergravity, and then explore the new cases of spectra from ${N}{=}3$ and large ${N}{=}4$ JT supergravity (recently derived by Heydeman, Shi, and Turiaci) showing that our approach also works naturally for (nearly) all the models. Based on this success, we conjecture that these new supergravity models also have matrix model descriptions. | 多くの超対称ジャッキー・タイテルボイム（JT）重力理論は、（ユークリッド経路積分の定式化において）二重スケールのランダム行列モデルによって記述されることが知られています。 このような行列モデルは、特定の「弦方程式」を用いて特徴付けることができます。 最近、拡張超重力において、BPS状態の数が${\rm e}^{S_0}$（ここで$S_0$は極値エントロピー）に比例する場合、弦方程式の主要次数解の特別な仮定が超重力スペクトルを与えることが示されました。 驚くべきことに、この構成は、非BPS（連続体）セクターの関数形がBPSセクターの正確な形を予測することを示し、超重力と行列モデルの対応の堅牢性を示しました。 本論文では、解析を改良し、弦方程式と解に関するいくつかの単純な要件を組み合わせることで、拡張JT超重力理論のスペクトルを制限する強力なツールとなることを示す。 ${N}{=}2$および（小さな）${N}{=}4$のJT超重力の場合を再検討し、次に${N}{=}3$および大きな${N}{=}4$のJT超重力の新しいスペクトルの場合（最近Heydeman、Shi、Turiaciによって導出された）を検討し、我々のアプローチが（ほぼ）すべてのモデルに対して自然に機能することを示す。 この成功に基づき、これらの新しい超重力モデルも行列モデルによる記述を持つと推測する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The James Webb Space Telescope (JWST) observations have identified a class of compact galaxies at high redshifts ($4 \lesssim z \lesssim 11$), dubbed "little red dots" (LRDs). The supermassive black holes (SMBHs) of $10^{5-8}{\rm\,M}_{\odot}$ in LRDs favor a heavy-seed origin. We propose a mechanism for their formation: Clusters of primordial black holes, formed through long-short mode coupling on small scales in the early Universe, undergo sequential mergers over extended timescales. This mechanism can evade cosmic microwave background distortions and result in heavy-seed SMBHs via runaway mergers. We employ Monte Carlo simulations to solve the Smoluchowski coagulation equation and determine the runaway merging timescale. The resulting stochastic gravitational wave background offers a distinct signature of this process, and the forming SMBHs can be highly spinning at their formation due to the spin residual of the cluster from tidal fields. This mechanism may explain the rapidly spinning SMBHs in LRDs under the assumption of obscured active galactic nuclei. | ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の観測により、高赤方偏移（$4 \lesssim z \lesssim 11$）に位置するコンパクト銀河群、「リトル・レッド・ドット」（LRD）が発見されました。 LRDに含まれる質量$10^{5-8}{\rm\,M}_{\odot}$の超大質量ブラックホール（SMBH）は、重い種が起源である可能性が高いと考えられます。 我々は、その形成メカニズムを提案します。 初期宇宙において、小規模な長短モード結合によって形成された原始ブラックホールのクラスターは、長い時間スケールにわたって連続的に合体を起こします。 このメカニズムは、宇宙マイクロ波背景放射の歪みを回避し、暴走合体によって重い種SMBHを生じます。 我々はモンテカルロシミュレーションを用いてスモルホフスキー凝集方程式を解き、暴走合体の時間スケールを決定します。 結果として生じる確率的重力波背景放射は、このプロセスの明確な特徴を示しており、形成中のSMBHは、潮汐力場による銀河団のスピン残差のために、形成時に非常に高い回転速度で回転している可能性がある。 このメカニズムは、活動銀河核が隠されているという仮定の下で、LRD中のSMBHが高速で回転していることを説明できるかもしれない。 |