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| Original Text | 日本語訳 |
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| Lorentzian gravitational path integral for the Gauss-Bonnet gravity in $4D$ is studied in the mini-superspace ansatz for metric. The gauge-fixed path-integral for Robin boundary choice is computed exactly using {\it Airy}-functions, where the dominant contribution comes from No-boundary geometries. The lapse integral is further analysed using saddle-point methods to compare with exact results. Picard-Lefschetz methods are utilized to find the {\it relevant} complex saddles and deformed contour of integration thereby using WKB methods to compute the integral along the deformed contour in the saddle-point approximation. However, their successful application is possible only when system is devoid of degeneracies, which in present case appear in two types: {\bf type-1} where the flow-lines starting from neighbouring saddles overlap leading to ambiguities in deciding the {\it relevance} of saddles, {\bf type-2} where saddles merge for specific choices of boundary parameters leading to failure of WKB. Overcoming degeneracies using artificial {\it defects} introduces ambiguities due to choice of {\it defects} involved. Corrections from quantum fluctuations of scale-factor overcome degeneracies only partially (lifts {\bf type-2} completely with partial resolution of {\bf type-1}), with the residual lifted fluently by complex deformation of $(G\hbar)$. {\it Anti-linear} symmetry present in various forms in the lapse action is the reason behind all the {\bf type-1} degeneracies. Any form of {\it defect} or {\it deformation} breaking anti-linearity resolves {\bf type-1} degeneracies, indicating complex deformation of $(G\hbar)$ as an ideal choice. Compatibility with the KSW criterion is analyzed after symmetry breaking. Complex deformation of $(G\hbar)$ modifies the KSW criterion, imposing a strong constraint on the deformation if No-boundary geometries are required to be always KSW-allowed. | 4次元におけるガウス・ボネ重力のロレンツ重力経路積分を、計量のためのミニ超空間仮説において研究する。 ロビン境界選択におけるゲージ固定経路積分は、エアリー関数を用いて厳密に計算される。 ここで支配的な寄与は無境界幾何学による。 減衰積分は、厳密な結果と比較するために鞍点法を用いてさらに解析される。 ピカール・レフシェッツ法を用いて、関連する複素鞍点と変形積分曲線を求め、WKB法を用いて鞍点近似における変形積分曲線に沿った積分を計算する。 しかし、これらの適用が成功するには、系に退化が存在しない必要があり、この場合、退化は2つのタイプに分けられます。 {\bf タイプ 1} では、隣接する鞍点から始まるフローラインが重なり合い、鞍点の{\it 関連性}の決定に曖昧さが生じます。 {\bf タイプ 2} では、境界パラメータの特定の選択に対して鞍点が合体し、WKB が破綻します。 人工的な{\it 欠陥}を用いて退化を克服すると、{\it 欠陥}の選択に起因する曖昧さが生じます。 スケールファクターの量子ゆらぎによる補正は、退化を部分的にしか克服しません（{\bf タイプ 2} は完全に解消されますが、{\bf タイプ 1} は部分的に解消されます）。 残りは $(G\hbar)$ の複素変形によってスムーズに解消されます。 減衰作用において様々な形で存在する{\it 反線形}対称性は、すべての{\bfタイプ1}退化の原因です。 {\it欠陥}や{\it変形}を破る反線形性のいかなる形態も{\bfタイプ1}退化を解決し、$(G\hbar)$の複素変形が理想的な選択であることを示しています。 KSW基準との適合性は、対称性の破れ後に解析されます。 $(G\hbar)$の複素変形はKSW基準を修正し、無境界幾何学が常にKSW許容となる必要がある場合、変形に強い制約を課します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Tolman effect is well-known in relativistic cosmology but rarely discussed outside it. That is surprising because the effect -- that systems extended over a varying gravitational potential exhibit temperature gradients while in thermal equilibrium -- conflicts with ordinary classical thermodynamics. In this paper we try to better understand this effect from a foundational perspective. We make five claims. First, as Tolman knew, it was Einstein who first discovered the effect, and furthermore, Einstein's derivation helps us appreciate how robust it is. Second, the standard interpretation of the effect in terms of 'local temperature' leads to the breakdown of much of classical thermodynamics. Third, one can rescue thermodynamics by using Einstein's preferred interpretation in terms of the 'wahre Temperatur' -- what we'll call global temperature -- but it too has some costs. Fourth, the effect is perhaps best understood in terms of clocks as opposed to energy loss. Fifth, inspired by a proposal of Einstein's elsewhere, we sketch an interpretation of the effect in terms of a third novel temperature, which we call the 'wahre-local temperature'. On this view, temperature -- and thermodynamics -- is defined only in relation to local clocks. In sum, we view the fragmentation of temperature in thermodynamics as a natural and expected result of the fragmentation of time in general relativity. | トールマン効果は相対論的宇宙論ではよく知られていますが、その外ではほとんど議論されていません。 これは驚くべきことです。 なぜなら、変化する重力ポテンシャル上に広がる系が熱平衡状態にあるときに温度勾配を示すというこの効果は、通常の古典熱力学と矛盾するからです。 本論文では、基礎的な観点からこの効果をより深く理解しようと試みます。 私たちは5つの主張をします。 第一に、トールマンが知っていたように、この効果を最初に発見したのはアインシュタインであり、さらに、アインシュタインの導出は、この効果の堅牢性を理解するのに役立ちます。 第二に、「局所温度」という観点からこの効果を解釈する標準的な方法は、古典熱力学の多くを破綻させます。 第三に、アインシュタインが好んだ「wahre Temperatur」（ここでは全球温度と呼ぶことにします）という解釈を用いることで熱力学を救うことができますが、これにもいくつかの代償が伴います。 第四に、この効果は、エネルギー損失ではなく、時計の観点から理解するのがおそらく最も適切でしょう。 第五に、アインシュタインの別の提案に着想を得て、この効果の解釈を、第三の新しい温度、すなわち「局所温度」の観点から概説します。 この見方では、温度、そして熱力学は、局所時計との関係においてのみ定義されます。 つまり、熱力学における温度の断片化は、一般相対論における時間の断片化の自然かつ予想される結果であると考えています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper investigates the power and efficiency of energy extraction via magnetic reconnection in the Kerr-Sen-AdS$_{4}$ black hole, focusing primarily on the circular orbit region and the plunging region. After introducing the black hole event horizon, boundary of the ergosphere, and photon sphere radius, we first study the energy extraction via magnetic reconnection in circular orbit region. We plot the allowed regions for energy extraction and present the energy extraction power and efficiency, comparing them with the Blandford-Znajek (BZ) mechanism. It was found that energy extraction is still possible even at a spin parameter of 0.5, which is lower than previous results, and the power can be higher than the BZ process in certain regions. In addition, we find the dilatonic scalar charge $b$ and the AdS radius $l$ contribute to lowering the spin threshold required for energy extraction. We also study the energy extraction in the plunging region by analyzing the allowed regions for energy extraction, and the power as well as efficiency. It was found that the energy extraction is possible even at a spin as low as 0.25. Especially, we find that parameter $b$ promotes lowering the energy extraction spin threshold while $l$ suppresses it, which is different from the circular orbit case. Moreover, the power and efficiency of energy extraction in the plunging region are higher than in the circular orbit region, indicating a stronger energy extraction capability in the plunging region. | 本論文では、Kerr-Sen-AdS$_{4}$ブラックホールにおける磁気リコネクションによるエネルギー抽出の強度と効率を、主に円軌道領域と急降下領域に焦点を当てて調査する。 ブラックホール事象の地平線、エルゴスフィアの境界、光子球半径を導入した後、まず円軌道領域における磁気リコネクションによるエネルギー抽出について考察する。 エネルギー抽出が可能な領域をプロットし、エネルギー抽出の強度と効率を示し、Blandford-Znajek (BZ) 機構と比較する。 スピンパラメータが0.5という従来の結果よりも低い値でもエネルギー抽出は可能であり、特定の領域ではBZ過程よりも強度が高くなる可能性があることがわかった。 さらに、ディラトンスカラー電荷$b$とAdS半径$l$が、エネルギー抽出に必要なスピン閾値の低下に寄与していることもわかった。 また、プランジング領域におけるエネルギー抽出についても、エネルギー抽出が可能な領域、出力、効率を解析することにより検討しました。 その結果、スピン0.25という低スピンでもエネルギー抽出が可能であることがわかりました。 特に、パラメータ$b$はエネルギー抽出スピン閾値の低下を促進し、$l$はそれを抑制することが分かりました。 これは円軌道の場合とは異なります。 さらに、プランジング領域におけるエネルギー抽出の出力と効率は円軌道領域よりも高く、プランジング領域でより強いエネルギー抽出能力があることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Einstein equations can be written in the so-called Fully Constrained Formulation (FCF). This formulation has two different sectors: the elliptic sector, formed by the Hamiltonian and Momentum constraints together with the equations derived from the gauge choice; and the hyperbolic sector, formed by the evolution of the rest of the spacetime metric variables, which encodes the gravitational radiation. In this work, we present a modification of both sectors that keeps local uniqueness properties of the elliptic system of equations and includes a hierarchical post-Newtonian structure of all the elliptic and hyperbolic equations. This reformulation can have potential applications in cosmology and relativistic astrophysics. Moreover, we show how initial stationary data can be computed numerically using this formulation without assuming a conformally flat spatial metric, with the illustrative example of a rotating neutron star. | アインシュタイン方程式は、いわゆる完全拘束定式化（FCF）で記述できる。 この定式化には2つの異なるセクターがある。 ハミルトニアン拘束条件と運動量拘束条件、そしてゲージ選択から導かれる方程式によって形成される楕円セクターと、残りの時空計量変数の発展によって形成され、重力放射を符号化する双曲セクターである。 本研究では、楕円方程式系の局所的一意性を維持し、すべての楕円方程式と双曲方程式の階層的ポストニュートン構造を含む、両セクターの修正を提示する。 この再定式化は、宇宙論や相対論的天体物理学への応用が期待される。 さらに、回転する中性子星を例に挙げ、共形平坦空間計量を仮定することなく、この定式化を用いて初期定常データを数値的に計算する方法を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the weak cosmic censorship conjecture by analyzing the dynamics of spinning timelike particles dropped along the rotational axis of an extremal Kerr (anti)de Sitter black hole. This idea was first considered in a seminal paper by Wald and later by Needham but both analyses were restricted to asymptotically flat spacetimes. We generalize these studies, involving spinning particles, to rotating spacetimes with non vanishing cosmological constant. We examine whether the absorption of such particles can overspin the black hole beyond extremality, potentially leading to the formation of a naked singularity. In asymptotically de Sitter spacetime, we find that particles that are captured cannot overspin the black hole. For generic initial conditions, similar conclusions hold also with anti-de Sitter asymptotics. However, in this case, we identify a narrow set of finely tuned trajectories, corresponding to particles injected very close to the horizon, that lead to the disruption of the event horizon. | 我々は、極限カー（反）ド・ジッターブラックホールの回転軸に沿って落とされた回転する時間的粒子のダイナミクスを解析することにより、弱い宇宙検閲予想を検証する。 このアイデアは、WaldとNeedhamによる画期的な論文で初めて考察されたが、どちらの解析も漸近的に平坦な時空に限定されていた。 我々は、回転粒子を含むこれらの研究を、宇宙定数がゼロではない回転時空に一般化する。 このような粒子の吸収がブラックホールを極限を超えてオーバースピンさせ、裸の特異点の形成につながる可能性があるかどうかを検証する。 漸近的にド・ジッター時空においては、捕獲された粒子はブラックホールをオーバースピンさせることができないことがわかった。 一般的な初期条件に対して、反ド・ジッター漸近においても同様の結論が成り立つ。 しかし、このケースでは、事象の地平線の非常に近くに注入された粒子に対応する、細かく調整された軌道の狭い範囲を特定し、それが事象の地平線の崩壊につながっています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Gibbons-Hawking-York (GHY) approach is traditionally developed for a Euclidean path integral derivation of black hole entropy. In this work, we extend this approach to a static model of thin shell fixed outside a black hole. We compute the Euclidean action shift from a static thin shell outside the black hole, and find exact agreement with Casini's version of Bekenstein bound. We find a negative entropy deficit corresponding precisely to the apparent horizon area perturbation, which provides a holographic interpretation in terms of extremal surfaces. Therefore, we develop a Euclidean framework in which gravity emerges from a negative entropy gradient. This setup allows us to treat the configuration as a near-equilibrium steady state (NESS). Thus, we introduce Onsager reciprocity and a linear-response relation to clarify the entropic force conjecture. A dissipating external force is necessary in this setup and it generates a Hawking temperature gradient which encoding information responsible for entropy gradient. This confirms that the gravitational potential plays the role of an informational and ordering agent, rather than just driven by chaotic and disordering. | ギボンズ-ホーキング-ヨーク（GHY）アプローチは、伝統的にブラックホールエントロピーのユークリッド経路積分導出のために開発されてきた。 本研究では、このアプローチをブラックホール外部に固定された静的薄殻モデルに拡張する。 ブラックホール外部の静的薄殻からのユークリッド作用シフトを計算し、カシーニ版のベッケンシュタイン境界と完全に一致することを明らかにした。 負のエントロピー欠損は、見かけの地平線面積摂動と正確に一致し、極値面を用いたホログラフィック解釈を与える。 そこで、負のエントロピー勾配から重力が現れるユークリッド的枠組みを構築する。 この設定により、この構成を近平衡定常状態（NESS）として扱うことができる。 そこで、オンサガーの相反性と線形応答関係を導入し、エントロピー力の予想を明確にする。 この設定では、散逸する外力が必要であり、それがホーキング温度勾配を発生させます。 この勾配は、エントロピー勾配の原因となる情報を符号化します。 これは、重力ポテンシャルが、混沌とした無秩序によって駆動されるだけでなく、情報と秩序を与えるエージェントとしての役割を果たしていることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Inertia has long been treated as the paradigm of natural motion. This paper challenges this identification through the lens of General Relativity. Drawing on Norton (2012)'s distinction between idealisation and approximation and analysing key results from Tamir (2012) on the theorems of Geroch-Jang, Ehlers-Geroch, Einstein-Grommer, and Geroch-Traschen, I argue that geodesic motion -- commonly treated as the relativistic expression of inertia -- fails to qualify as either. Rather, geodesic motion is best understood as a useful construct -- a formal artefact of the theory's geometric structure, without real or fictitious instantiation, and excluded by the dynamical structure of General Relativity. In place of inertial motion, I develop a layered account of natural motion, which is not encoded in a single "master equation of motion." Extended, structured, and backreacting bodies require successively refined dynamical formalisms that systematically depart from geodesic motion. This pluralist framework displaces geodesic motion as the privileged expression of pure gravitational motion, replacing it with a dynamically grounded hierarchy of approximations fully consistent with the Einstein field equations. Inertial motion thus emerges not as the universal default of motion under gravity alone, but as a formal construct that stands apart from the pluralistic framework in which natural motion is genuinely realised. | 慣性は長らく自然運動のパラダイムとして扱われてきた。 本論文は、一般相対性理論の観点からこの認識に異議を唱える。 Norton (2012) による理想化と近似の区別を援用し、Tamir (2012) による Geroch-Jang、Ehlers-Geroch、Einstein-Grommer、および Geroch-Trasshen の定理に関する主要な結果を分析することにより、一般的に慣性の相対論的表現として扱われる測地線運動は、どちらにも該当しないと主張する。 むしろ、測地線運動は有用な構成概念、すなわち理論の幾何学的構造の形式的な人工物として理解するのが最も適切であり、現実または架空の具体化はなく、一般相対性理論の力学的構造によって排除される。 慣性運動に代えて、私は自然運動の階層的な説明を展開する。 これは単一の「運動のマスター方程式」にコード化されているわけではない。 拡張され、構造化され、反作用する物体は、測地線運動から体系的に逸脱する、段階的に洗練される力学形式を必要とする。 この多元主義的枠組みは、純粋な重力運動の特権的な表現としての測地線運動を、アインシュタインの場の方程式と完全に整合する、力学的に根拠づけられた近似の階層構造に置き換える。 したがって、慣性運動は、重力のみによる運動の普遍的なデフォルトとしてではなく、自然運動が真に実現される多元主義的枠組みとは一線を画す形式的構成概念として出現する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The tidal response of compact objects in an inspiraling binary system is measured by a set of tidal Love and dissipation numbers imprinted in the gravitational waveforms. While a four-dimensional black hole in vacuum within General Relativity has vanishing Love numbers, a black hole in alternative theories of gravity can acquire non-vanishing Love numbers. The dissipation numbers may quantify Planckian corrections at the horizon scale. These properties will allow a test of classical theories of gravity in the strong-field regime with gravitational-wave observation. Since black holes are not in the exact vacuum environment in astrophysical situations, the following question arises: can the environment affect the tidal response? In this paper, we investigate the stability of the tidal response of a Schwarzschild black hole for frequency-dependent tidal-field perturbations against a small modification of the background. Our analysis relies on the scattering theory, which overcomes difficulties in computing the relativistic tidal Love numbers. The tidal Love and dissipation numbers can be understood from the property of sufficiently low-frequency scattering waves. We show that the tidal Love numbers are sensitive to the property of the modification. Therefore, we need careful consideration of the environment around the black hole in assessing the deviation of the underlying theory of gravity from General Relativity with the Love numbers. The modification has less impact on the dissipation numbers, indicating that quantifying the existence of the event horizon with them is not spoiled. We also demonstrate that in a composite system, i.e., a compact object with environmental effects, the Love and dissipation numbers are approximately determined by the sum of the numbers of each component. | 螺旋連星系におけるコンパクト天体の潮汐応答は、重力波形に刻み込まれた一連の潮汐ラブ数と散逸数によって測定される。 一般相対論における真空中の4次元ブラックホールはラブ数がゼロであるのに対し、代替重力理論におけるブラックホールはラブ数がゼロではない場合がある。 散逸数は地平線スケールにおけるプランク補正を定量化できる可能性がある。 これらの特性は、重力波観測を用いた強場領域における古典重力理論の検証を可能にする。 ブラックホールは天体物理学的状況においては厳密には真空環境ではないため、次のような疑問が生じる。 環境は潮汐応答に影響を与える可能性があるのか？本論文では、背景のわずかな変化に対する、周波数依存の潮汐場擾乱に対するシュワルツシルトブラックホールの潮汐応答の安定性を調査する。 我々の解析は散乱理論に基づいており、これにより相対論的潮汐ラブ数を計算する際の困難さを克服できる。 潮汐ラブ数と散逸数は、十分に低周波の散乱波の性質から理解できる。 潮汐ラブ数は修正の性質に敏感であることを示す。 したがって、ラブ数を用いて基礎となる重力理論と一般相対論のずれを評価する際には、ブラックホール周辺の環境を注意深く考慮する必要がある。 修正は散逸数にそれほど影響を与えず、事象の地平線の存在をラブ数で定量化することは損なわれないことを示している。 また、複合系、すなわち環境効果を持つコンパクト天体においては、ラブ数と散逸数は各構成要素の数の和によって近似的に決定されることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Theoretical models predict that intermediate-mass black holes (IMBHs) exist in globular clusters (GCs), but observational evidence remains elusive. Millisecond pulsars (MSPs), which are abundant in GCs and have served as precise probes for gravitational waves (GWs), offer a unique opportunity to detect potential IMBH binaries in GCs. Here, we consider the possibility of using multiple MSPs in a GC to form a miniature pulsar timing array (PTA), so as to take advantage of their correlated timing residuals to search for potential IMBH binaries in the same cluster. Our semi-analytical calculations reveal that nearby IMBH binaries around MSPs in GCs could induce microsecond-level timing residuals. In GCs like $\omega$ Centauri and M15, favorable configurations are found which could lead to the detection of binaries with mass ratios $q\gtrsim0.1$ and orbital periods of a few days. We estimate that future higher-precision timing programs could achieve $100$-nanosecond sensitivity, substantially expanding the searchable parameter space and establishing mini-PTAs as powerful detectors of IMBHs. | 理論モデルでは、球状星団（GC）に中間質量ブラックホール（IMBH）が存在すると予測されているが、観測的証拠は未だに得られていない。 GCに豊富に存在し、重力波（GW）の精密な探査機として機能してきたミリ秒パルサー（MSP）は、GC内の潜在的なIMBH連星を検出する絶好の機会を提供する。 本研究では、GC内の複数のMSPを用いて小型パルサータイミングアレイ（PTA）を形成し、それらの相関したタイミング残差を利用して、同じ星団内の潜在的なIMBH連星を探索する可能性を検討する。 我々の半解析的計算により、GC内のMSP周辺の近傍IMBH連星は、マイクロ秒レベルのタイミング残差を引き起こす可能性があることが明らかになった。 $\omega$ Centauri や M15 のような連星系では、質量比が $q\gtrsim0.1$ で軌道周期が数日の連星の検出につながる可能性のある好ましい配置が見つかっています。 将来的には、より高精度なタイミングプログラムによって 100 ナノ秒の感度が達成され、探索可能なパラメータ空間が大幅に拡大し、ミニ PTA が IMBH の強力な検出器として確立されると予測されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In general relativity, when two black holes merge they produce a rotating (Kerr) black hole remnant. According to perturbation theory, the remnant emits "ringdown" radiation: a superposition of exponentials with characteristic complex frequencies that depend only on the remnant's mass and spin. While the goal of the black hole spectroscopy program is to measure the quasinormal mode frequencies, a knowledge of their amplitudes and phases is equally important to determine which modes are detectable, and possibly to perform additional consistency checks. Unlike the complex frequencies, the amplitudes and phases depend on the properties of the binary progenitors, such as the binary mass ratio and component spins. In this paper we develop a fitting algorithm designed to reliably identify the modes present in numerical simulations and to extract their amplitudes and phases. We apply the algorithm to over 500 binary black hole simulations from the public SXS numerical relativity simulation catalog, and we present fitting formulas for the resulting mode amplitudes and phases as functions of the properties of the progenitors. Crucially, our algorithm allows for the extraction of not only prograde fundamental modes and overtones, but also retrograde modes and second-order modes. We unveil interesting relations for the amplitude ratios of different modes. The fitting code and interactive versions of some of the plots are publicly available. The results presented in this paper can be updated as more and better simulations become available. | 一般相対論では、2つのブラックホールが合体すると、回転する（カー）ブラックホール残骸が生成されます。 摂動論によれば、この残骸は「リングダウン」放射を放射します。 これは、残骸の質量とスピンのみに依存する特徴的な複素周波数を持つ指数関数の重ね合わせです。 ブラックホール分光プログラムの目的は準基準モード周波数を測定することですが、どのモードが検出可能かを判断し、場合によっては追加の整合性チェックを行うために、その振幅と位相を知ることも同様に重要です。 複素周波数とは異なり、振幅と位相は連星質量比や構成スピンなど、連星の起源となる天体の特性に依存します。 本論文では、数値シミュレーションに存在するモードを確実に識別し、その振幅と位相を抽出するために設計されたフィッティングアルゴリズムを開発します。 我々は、公開されているSXS数値相対論シミュレーションカタログから500以上の連星ブラックホールシミュレーションにこのアルゴリズムを適用し、得られたモード振幅と位相を、起源となるブラックホールの特性の関数としてフィッティングする式を提示する。 重要な点として、我々のアルゴリズムは、順行モードと倍音だけでなく、逆行モードと2次モードも抽出できる。 我々は、異なるモードの振幅比に関する興味深い関係を明らかにする。 フィッティングコードと一部のプロットの対話型バージョンは公開されている。 本論文で示された結果は、より多くの、より優れたシミュレーションが利用可能になるにつれて更新される可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quasi-universal relations are known to exist among various neutron star observables that do not depend sensitively on the underlying nuclear matter equations of state. For example, some of these relations imply that the tidally induced multipole moments are approximately characterized by the electric-type quadrupolar tidal deformability. Such relations can be used to reduce the number of independent tidal parameters in gravitational-waveform modeling, thereby allowing us to infer extreme nuclear matter properties more accurately and test General Relativity in an insensitive manner to uncertainties in nuclear physics. We present a comprehensive theoretical investigation into approximate universality of neutron stars. Our approach employs a semi-analytic relativistic stellar interior model, which extends the Tolman VII solution, thereby enabling a refined exploration of the tidal properties of nonrotating stars within a semi-analytic framework. The derived power-law relations among various tidal deformabilities -- referred to as the universal Love relations -- agree well with expressions in previous work found empirically. We elucidate how the equation-of-state dependence is suppressed in a particular combination of macroscopic physical parameters induced by perturbations and demonstrate that the relation between the moment of inertia and electric-type quadrupolar tidal deformability (I-Love relation) rests on the same underlying mechanism. Our findings indicate that the approximate universality of neutron stars can be attributed to low compressibility, consistent with some of the previous studies on the possible origin of the universality. | 中性子星の様々な観測量の間には、基礎となる核物質の状態方程式に敏感に依存しない準普遍関係が存在することが知られている。 例えば、これらの関係のいくつかは、潮汐誘起多重極モーメントが近似的に電気型四重極潮汐変形能によって特徴付けられることを示唆している。 このような関係は、重力波形モデリングにおける独立した潮汐パラメータの数を減らすために用いることができ、それによって極限核物質特性をより正確に推定し、原子核物理学の不確実性に鈍感な方法で一般相対論を検証することを可能にする。 本研究では、中性子星の近似的普遍性に関する包括的な理論的研究を提示する。 本研究では、トールマンVII解を拡張した半解析的相対論的恒星内部モデルを採用し、半解析的枠組みの中で非回転星の潮汐特性を精緻に探究することを可能にしている。 様々な潮汐変形能の間に導かれたべき乗則関係（普遍ラブ関係と呼ばれる）は、これまでの研究で経験的に見出された表現とよく一致する。 我々は、摂動によって誘起される巨視的物理パラメータの特定の組み合わせにおいて、状態方程式への依存性がどのように抑制されるかを明らかにし、慣性モーメントと電気型四重極潮汐変形能（I-ラブ関係）の関係が同じ基礎メカニズムに基づいていることを実証する。 我々の研究結果は、中性子星のおおよその普遍性は低い圧縮率に起因することを示唆しており、この普遍性の起源に関するいくつかのこれまでの研究と整合している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Perturbations of the Kerr black hole are notoriously difficult to describe in the metric formalism and are usually studied in terms of perturbations of the Weyl scalars. In this work, we focus on the algebraically special linear perturbations (ASLP) of the Kerr geometry and show how one can describe this subsector of the perturbations solely using the metric formulation. To that end, we consider the most general twisting algebraically special solution space of vacuum General Relativity. By linearizing around the Kerr solution, we obtain two coupled partial differential wave equations describing the dynamics of the Kerr ASLP. We provide an algorithm to solve them analytically in the small spin approximation up to third order, providing the first exact solution of this kind in the metric formulation. Then, we use this framework to study the zero modes of the Kerr geometry. We present the exact analytical form of the shifts in mass and spin together with the required change of coordinates needed to identify them. Finally, we also provide for the first time closed expressions for the solution-generating perturbations generating the NUT and acceleration charges, thus deforming the Kerr solution to the linearized Kerr-NUT and spinning C-metric. These results provide a first concrete and rare example of perturbations of the Kerr black hole which can be treated entirely in the metric formulation. They can serve as a useful testbed to search for hidden symmetries of the Kerr perturbations. | カーブラックホールの摂動は計量形式論で記述することが非常に困難であることで知られており、通常はワイルスカラーの摂動として研究される。 本研究では、カー幾何学の代数的特殊線型摂動（ASLP）に焦点を当て、この摂動のサブセクターを計量形式論のみを用いてどのように記述できるかを示す。 そのために、真空一般相対論の最も一般的なねじれ代数的特殊解空間を考える。 カー解の周りを線型化することで、カーASLPのダイナミクスを記述する2つの結合偏微分波動方程式を得る。 我々は、これらを小スピン近似で3次まで解析的に解くアルゴリズムを提供し、計量形式論におけるこの種の最初の厳密解を与える。 次に、この枠組みを用いてカー幾何学の零モードを研究する。 質量とスピンのシフトの正確な解析形式と、それらを特定するために必要な座標変換を示す。 最後に、我々はNUTと加速電荷を生成する解生成摂動に対する閉じた表現式を初めて与え、カー解を線形化カーNUTと回転C計量へと変形する。 これらの結果は、計量定式化で完全に扱うことができるカーブラックホールの摂動の、具体的かつ稀有な最初の例を提供する。 これらは、カー摂動の隠れた対称性を探索するための有用なテストベッドとして機能する可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a static, spherically symmetric black hole (BH) solution embedded within a dark matter (DM) halo, formulated as a non-vacuum extension of the Schwarzschild spacetime. The DM distribution is modeled via an empirical density profile calibrated to observations of the elliptical galaxy NGC 4649 (M60), incorporating Hubble Space Telescope (HST) imaging, stellar velocity dispersion data, and globular cluster dynamics. The resultant spacetime metric depends on three independent parameters: the black hole mass $M$, the asymptotic circular velocity $V_c$, and the halo scale radius $a$, and smoothly reduces to the Schwarzschild limit as $V_c \to 0$ and $a \to 0$. We analyze the influence of the halo on key geometric and physical quantities, including the event horizon radius, photon sphere, shadow size, and curvature invariants. The Kretschmann scalar exhibits an enhanced sensitivity to halo-induced modifications, particularly in the near-horizon regime. Thermodynamic properties of the solution are also examined. In the extremal limit, characterized by a vanishing surface gravity, the model supports a finite tangential pressure, implying a non-trivial extension of standard black hole thermodynamics. These results highlight the relevance of incorporating astrophysical environments into BH modeling and offer new avenues for testing strong-field gravity through precision observational data. | 我々は、シュワルツシルト時空の非真空拡張として定式化された、暗黒物質ハロー内に埋め込まれた静的球対称ブラックホール（BH）解を構築する。 DM分布は、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）による画像、恒星の速度分散データ、球状星団のダイナミクスを組み込んだ、楕円銀河NGC 4649（M60）の観測データに基づいて較正された経験的密度プロファイルによってモデル化される。 結果として得られる時空計量は、ブラックホール質量$M$、漸近円速度$V_c$、ハロースケール半径$a$という3つの独立したパラメータに依存し、$V_c \to 0$および$a \to 0$のときにシュワルツシルト極限まで滑らかに減少する。 事象の地平線半径、光子球、影の大きさ、曲率不変量など、ハローが主要な幾何学的および物理的量に与える影響を解析する。 クレッチマン・スカラーは、特に地平線近傍領域において、ハローによって引き起こされる変化に対して高い感度を示す。 また、解の熱力学的特性も調べる。 表面重力が消失する極限状態では、モデルは有限の接線圧力を支持し、標準的なブラックホール熱力学の非自明な拡張を意味する。 これらの結果は、天体物理学的環境をブラックホールモデリングに組み込むことの重要性を強調し、精密観測データを用いて強場重力を検証するための新たな道筋を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Third-generation gravitational wave detectors such as Einstein Telescope and Cosmic Explorer will have significantly better sensitivities than current detectors, as well as a wider frequency bandwidth. This will increase the number and duration of the observed signals, leading to many signals overlapping in time. If not adequately accounted for, this can lead to biases in parameter estimation. In this work, we combine the joint parameter estimation method with relative binning to handle full parameter inference on overlapping signals from binary black holes, including precession effects and higher-order mode content. As this method is computationally more expensive than traditional single-signal parameter estimation, we test a prior-informed Fisher matrix and a time-frequency overlap method for estimating expected bias to help us decide when joint parameter estimation is necessary over the simpler methods. We improve upon previous Fisher matrix implementations by including the prior information and performing an optimization routine to better locate the maximum likelihood point point, but we still find the method unreliable. The time-frequency method is accurate in 86% of close binary black hole mergers. We end by developing our own method of estimating bias due overlaps, where we reweight the single signal parameter estimation posterior to quantify how much the overlapping signals affect it.We show it has 99% accuracy for zero noise injections (98% in Gaussian noise), at the cost of one additional standard sampling run when joint parameter estimation proves to be necessary. | アインシュタイン望遠鏡やコズミック・エクスプローラーなどの第三世代重力波検出器は、現在の検出器よりもはるかに優れた感度と、より広い周波数帯域幅を備えています。 これにより、観測される信号の数と持続時間が増加し、多くの信号が時間的に重なり合うことになります。 適切に考慮されない場合、これはパラメータ推定にバイアスをもたらす可能性があります。 本研究では、相対ビニングと結合パラメータ推定法を組み合わせることで、歳差運動の影響や高次モードの内容を含む、連星ブラックホールからの重なり合う信号の完全なパラメータ推定を行います。 この手法は従来の単一信号パラメータ推定よりも計算コストが高いため、事前情報に基づくフィッシャー行列と時間周波数重なり法を用いて期待バイアスを推定し、より単純な手法よりも結合パラメータ推定が必要な場合の判断を支援します。 我々は、事前情報を取り入れ、最適化ルーチンを実行して最大尤度点をより正確に特定することで、従来のフィッシャー行列実装を改善しましたが、それでもこの方法は信頼性が低いことがわかりました。 時間周波数法は、近接する連星ブラックホール合体の86%で精度が高くなります。 最後に、重複によるバイアスを推定する独自の方法を開発しました。 この方法では、単一信号パラメータ推定事後分布に重み付けを行い、重複信号がどの程度影響するかを定量化します。 この方法は、ノイズ注入がゼロの場合に99%（ガウスノイズの場合98%）の精度を示しますが、結合パラメータ推定が必要な場合には、追加の標準サンプリング実行が1回必要になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze the thermodynamic properties of the apparent horizon of Friedmann-Lema\^itre-Roberson-Walker (FLRW) spacetimes in Einstein-Gauss-Bonnet gravity. We use the generalized definition of entropy for gravity theories in higher dimensions to determine the main thermodynamic variables and to compare their behavior with the corresponding quantities in Einstein's theory, emphasizing the role of the Gauss-Bonnet coupling constant and the dimension number. By imposing the validity of the laws of thermodynamics, we show that the apparent horizon can be interpreted thermodynamically as a dark energy fluid, independently of the coupling constant and the dimension number. Using the response functions, we determine the adiabatic index and the number of thermally accesible degrees of freedom of the apparent horizon and argue that this leads to a discretization of the Gauss-Bonnet coupling constant. | 我々は、アインシュタイン-ガウス-ボネ重力におけるフリードマン-レマーク-ロバートソン-ウォーカー（FLRW）時空の見かけの地平線の熱力学的性質を解析する。 高次元重力理論におけるエントロピーの一般化定義を用いて主要な熱力学的変数を決定し、それらの挙動をアインシュタイン理論における対応する量と比較する。 特に、ガウス-ボネ結合定数と次元数の役割に重点を置く。 熱力学法則の妥当性を前提とすることで、見かけの地平線は、結合定数や次元数とは独立に、暗黒エネルギー流体として熱力学的に解釈できることを示す。 応答関数を用いて、見かけの地平線の断熱指数と熱的にアクセス可能な自由度の数を決定し、これがガウス-ボネ結合定数の離散化につながることを主張する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In reference [1] we considered the black hole thermodynamics with the non-extensive entropy. This entropy obeys the composition rule which coincides with the composition rule in the non-extensive Tsallis-Cirto $\delta=2$ statistics. Here we extend this approach to the thermodynamics of white holes. The entropy of the white hole is negative as follows from the rate of macroscopic quantum tunneling from black hole to white hole. The white hole entropy is with the minus sign the entropy of the black hole with the same mass, $S_{\rm WH}(M)=-S_{\rm BH}(M)$. This reflects the anti-symmetry with respect to time reversal, at which the shift vector in the Arnowitt-Deser-Misner formalism changes sign. This symmetry allows one to extend the Tsallis-Chirto entropy by adding a minus sign to the Tsallis-Chirto formula applied to white hole. As a result, the composition rule remains the same, with the only difference being that instead of entropy it contains the entropy modulus. The same non-extensive composition rule is obtained for the entropy of the Reissner-Nordstr\"om black hole. This entropy is formed by the positive entropy of the outer horizon and the negative entropy of the inner horizon. The model of the black hole formed by "black hole atoms" with Planck-scale mass is also extended to include the negative entropy of white holes. | 文献[1]では、非示量的エントロピーを持つブラックホールの熱力学を考察した。 このエントロピーは、非示量的Tsallis-Cirto $\delta=2$統計における構成則と一致する構成則に従う。 ここでは、このアプローチをホワイトホールの熱力学に拡張する。 ホワイトホールのエントロピーは、ブラックホールからホワイトホールへの巨視的量子トンネル効果の速度から、負となる。 ホワイトホールのエントロピーは、同じ質量を持つブラックホールのエントロピー、$S_{\rm WH}(M)=-S_{\rm BH}(M)$の負の符号を持つ。 これは、Arnowitt-Deser-Misner形式におけるシフトベクトルの符号が変化する時間反転に関する反対称性を反映している。 この対称性により、ホワイトホールに適用されるTsallis-Chirtoの式にマイナス符号を加えることで、Tsallis-Chirtoエントロピーを拡張することができます。 結果として、構成則は同じままで、唯一の違いはエントロピーの代わりにエントロピー係数が含まれることです。 Reissner-Nordströmブラックホールのエントロピーについても、同じ非示量的な構成則が得られます。 このエントロピーは、外側の地平線の正のエントロピーと内側の地平線の負のエントロピーによって形成されます。 プランクスケールの質量を持つ「ブラックホール原子」によって形成されるブラックホールのモデルも、ホワイトホールの負のエントロピーを含むように拡張されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| When the gravitons are created thanks to the variation of the space-time curvature the multiplicity distributions quantify the probability of producing a given number of species around the average occupation numbers of the underlying multiparticle states. The multiplicities of the relic gravitons are infinitely divisible and their analytical expressions encompass, in different regions of the physical parameters, the Poisson, Bose-Einstein, Gamma and Pascal probability distributions. Depending upon the post-inflationary timelines, the averaged multiplicities are controlled by the range of the comoving frequencies and they can be much larger in the GHz region than in the aHz domain where the temperature and polarization anisotropies of the microwave background set strict limits on the spectral energy density of the relic gravitons. Thanks to the absolute upper bound on the maximal frequency of the gravitons we can acknowledge that the averaged multiplicities are exponentially suppressed above the THz, where only few pairs of gravitons are independently created from the vacuum. The statistical properties of the produced particles can be finally interpreted in the light of the second-order interference effects and this perspective is quantitatively scrutinized by analyzing the associated quantum sensitivities. For putative instruments reaching spectral amplitudes ${\mathcal O}(10^{-35})/\sqrt{\mathrm{Hz}}$ in the MHz or GHz bands, the Bose-Einstein correlations could be used to probe the properties of cosmic gravitons and their super-Poissonian statistics. Both from the theoretical and observational viewpoint it is unjustified to require the same sensitivities (e.g. ${\mathcal O}(10^{-21})/\sqrt{\mathrm{Hz}}$) in the kHz and GHz domains. | 時空曲率の変化によって重力子が生成される場合、多重度分布は、基礎となる多粒子状態の平均占有数の周囲で、与えられた数の種が生成される確率を定量化する。 残存重力子の多重度は無限に分割可能であり、その解析的表現は、物理パラメータの異なる領域において、ポアソン分布、ボーズ・アインシュタイン分布、ガンマ分布、パスカル分布を包含する。 インフレーション後のタイムラインに依存して、平均多重度は共動周波数の範囲によって制御され、マイクロ波背景放射の温度と偏光異方性が残存重力子のスペクトルエネルギー密度に厳しい制限を課すaHz領域よりも、GHz領域でははるかに大きくなる可能性がある。 重力子の最大周波数の絶対的な上限のおかげで、THzを超える周波数では平均多重度が指数関数的に抑制され、真空から独立して生成される重力子対はわずか数対に過ぎないことがわかる。 生成される粒子の統計的性質は、最終的には二次干渉効果の観点から解釈することができ、この観点は関連する量子感度を解析することによって定量的に精査される。 MHz帯またはGHz帯でスペクトル振幅${\mathcal O}(10^{-35})/\sqrt{\mathrm{Hz}}$に達すると想定される機器の場合、ボーズ・アインシュタイン相関を用いて宇宙重力子の特性とその超ポアソン統計を調べることができる。 理論的観点からも観測的観点からも、kHz領域とGHz領域で同じ感度（例えば、${\mathcal O}(10^{-21})/\sqrt{\mathrm{Hz}}$）を要求することは不当である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Pulsars, the cosmic lighthouses, are strongly self-gravitating objects with core densities significantly exceeding nuclear density. Since the discovery of the Hulse--Taylor pulsar 50 years ago, binary pulsar studies have delivered numerous stringent tests of General Relativity (GR) in the strong-field regime as well as its radiative properties -- gravitational waves (GWs). These systems also enable high-precision neutron star mass measurements, placing tight constraints on the behaviour of matter at extreme densities. In addition, pulsars act as natural detectors for nanohertz GWs, primarily from supermassive black hole binaries, culminating in the first reported evidence of a stochastic GW background in 2023. In this article, I review key milestones in pulsar research and highlight some of contributions from my own work. After a brief overview of the gravity experiments in \S 1, I review the discovery of pulsars -- particularly those in binaries -- and their critical role in gravity experiments (\S 2) that laid the foundation for recent advances. In \S 3, I present the latest efforts on GR tests using the Double Pulsar and a pioneer technique to constrain the dense matter equation of state. \S 4 demonstrates the potential of binary pulsars on testing alternative theories to GR. Advances in nanohertz GW detection with pulsar timing arrays are discussed in \S 5. I outline some of the current challenges in \S 6 and conclude with final remarks in \S 7. | 宇宙の灯台とも言えるパルサーは、強い自己重力を持つ天体であり、中心核の密度は原子核の密度を大幅に上回っています。 50年前にハルス・テイラーパルサーが発見されて以来、連星パルサーの研究では、強磁場領域における一般相対性理論（GR）とその放射特性である重力波（GW）の厳格な検証が数多く行われてきました。 これらのシステムはまた、中性子星の質量を高精度に測定することを可能にし、極限密度における物質の挙動に厳しい制約を課しています。 さらに、パルサーは、主に超大質量ブラックホール連星から発生するナノヘルツ帯の重力波の天然の検出器として機能し、2023年には確率的重力背景放射の証拠が初めて報告されました。 本稿では、パルサー研究における重要なマイルストーンを振り返り、私自身の研究からの貢献をいくつか紹介します。 1節では重力実験の概要を簡単に紹介した後、パルサー、特に連星系におけるパルサーの発見と、重力実験におけるその重要な役割（2節）について概説し、近年の進歩の基礎を築きました。 3節では、ダブルパルサーと高密度物質の状態方程式を制限する先駆的手法を用いた一般相対論（GR）テストに関する最新の取り組みを紹介します。 4節では、一般相対論に代わる理論の検証における連星パルサーの可能性を示します。 5節では、パルサータイミングアレイを用いたナノヘルツ重力波検出の進歩について議論します。 6節では、いくつかの現在の課題を概説し、7節で最終的な考察を締めくくります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The diffeomorphism covariance is a fundamental property of General Relativity which leads to the fact that the same solution of Einstein equation can be given in completely distinct forms in different coordinates system. Distinguishing or identifying two metrics as solutions of Einstein equation is particularly challenging. In a recent paper arXiv:2503.14586 [hep-th], it is proposed to apply the relations of different Weyl invariants to distinguish solutions. In this note, we present a complementary application of the Weyl invariants. We verify from Weyl invariants that two metrics with completely different forms are the same solution. We also present the coordinates transformation that connects the two metrics. | 微分同相共変性は一般相対性理論の基本的な性質であり、これはアインシュタイン方程式の同じ解が異なる座標系では全く異なる形で与えられるという事実につながる。 アインシュタイン方程式の解として2つの計量を区別または識別することは特に困難である。 最近の論文arXiv:2503.14586 [hep-th]では、異なるワイル不変量の関係を適用して解を区別することが提案されている。 本稿では、ワイル不変量の相補的な応用を示す。 ワイル不変量から、全く異なる形を持つ2つの計量が同じ解であることを証明し、また、2つの計量を結び付ける座標変換も示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we consider the Buchdahl-inspired spacetime metric and investigate its aspects using the quasiperiodic oscillations and the accretion disk due to the accreting matter. First, we focus on analyzing the geodesics of particles around the Buchdahl-inspired spacetime, together with the conserved quantities such as specific energy and angular momentum for massive particles orbiting on the innermost stable circular orbits (ISCOs). We show that the effect of the Buchdahl parameter $\tilde{k}$ increases as the radii of the ISCO orbits decrease, resulting in shifting orbits toward the central object compared to the Schwarzschild black hole case. We also consider astrophysical epicyclic oscillations and derive their general expressions using implications of circular motion of massive particles around the Buchdahl-inspired spacetime. Further, we explore the astrophysical implications of observational higher-frequency QPOs of the selected galactic microquasars of X-ray binary systems to obtain the best-fit constraints on the Buchdahl-inspired spacetime parameters. Finally, we consider the accretion disk around the Buchdahl-inspired spacetime using implications of the ISCO parameters that define the accretion disk's inner edge. We explore radiation properties of the accretion disk and redshifted image and intensity of a lensed accretion disk around the Buchdahl-inspired spacetime. | 本論文では、ブッフダールに着想を得た時空計量について考察し、準周期振動と降着物質による降着円盤を用いてその様相を考察する。 まず、ブッフダールに着想を得た時空を周回する粒子の測地線、および最内安定円軌道（ISCO）を周回する質量粒子の比エネルギーや角運動量といった保存量の解析に焦点を当てる。 ブッフダールパラメータ$\tilde{k}$の効果はISCO軌道の半径が減少するにつれて増大し、シュワルツシルトブラックホールの場合と比較して、軌道が中心天体に向かってシフトすることを示す。 また、天体物理学的な周転円振動についても考察し、ブッフダールに着想を得た時空を周回する質量粒子の円運動の含意を用いて、その一般的な表現を導出する。 さらに、X線連星系の選択された銀河マイクロクエーサーの観測的高周波QPOの天体物理学的意味合いを探求し、ブッフダール時空パラメータへの最適な制限値を得る。 最後に、降着円盤の内縁を定義するISCOパラメータの含意を用いて、ブッフダール時空周囲の降着円盤を考察する。 ブッフダール時空周囲の降着円盤の放射特性、およびレンズ効果を受けた降着円盤の赤方偏移像と強度を探求する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational-wave (GW) detection offers a novel approach to exploring intermediate-mass black holes (IMBHs). The GW signals from IMBH mergers mainly fall in the decihertz frequency band. The lunar-based GW detector, the Lunar Gravitational-Wave Antenna (LGWA), exhibits high sensitivity in this band, making it particularly well-suited for detecting IMBHs. However, for lower-mass IMBHs, the late inspiral and merger signals enter the sensitive frequency range of ground-based GW detectors. In this work, we aim to explore how multi-band observations with LGWA and the third-generation ground-based GW detector, the Einstein Telescope (ET), can contribute to detecting the population of IMBHs. We consider three population distribution cases of IMBHs, including two population models based on astrophysical motivations and a uniform distribution, and compute the signal-to-noise ratios for LGWA, ET, and their combination to directly compare their capabilities in detecting IMBH mergers. Our results suggest that LGWA possesses strong detection capability for high-mass IMBH mergers. At redshift $z = 1$, LGWA's detection rate for IMBH binaries with primary masses above $5 \times 10^4~M_\odot$ is largely insensitive to orbital inclination and mass ratio. In contrast, ET is more suited for detecting IMBH binaries with primary masses below $10^3~M_\odot$. The multi-band observation of LGWA and ET possesses strong detection capabilities across the full IMBH mass spectrum. Furthermore, we find that the multi-band detection can significantly and effectively recover the IMBH population distributions. In summary, we conclude that the multi-band observations of LGWA and ET will provide powerful detection capabilities for IMBHs and are expected to significantly enhance our understanding of this important yet still poorly observed class of black holes. | 重力波（GW）検出は、中間質量ブラックホール（IMBH）探査における新たなアプローチを提供します。 IMBH合体からの重力波信号は主にデシヘルツ周波数帯域に存在します。 月に設置された重力波検出器である月重力波アンテナ（LGWA）は、この帯域で高い感度を示し、特にIMBHの検出に適しています。 しかし、低質量IMBHの場合、後期インスパイラルおよび合体信号は地上重力波検出器の感度周波数帯域に入ります。 本研究では、LGWAと第3世代地上重力波検出器であるアインシュタイン望遠鏡（ET）を用いたマルチバンド観測が、IMBHの種族の検出にどのように貢献できるかを探ります。 我々は、天体物理学的動機と一様分布に基づく2つの分布モデルを含む、IMBHの3つの分布ケースを検討し、LGWA、ET、およびそれらの組み合わせの信号対雑音比を計算し、IMBH合体検出能力を直接比較した。 結果は、LGWAが高質量IMBH合体に対して強力な検出能力を持つことを示唆している。 赤方偏移$z = 1$において、LGWAによる主質量が$5 \times 10^4~M_\odot$を超えるIMBH連星の検出率は、軌道傾斜角と質量比にほとんど依存しない。 対照的に、ETは主質量が$10^3~M_\odot$未満のIMBH連星の検出により適している。 LGWAとETのマルチバンド観測は、IMBH質量スペクトル全体にわたって強力な検出能力を持つ。 さらに、マルチバンド検出によって、IMBHの種族分布を有意かつ効果的に復元できることが分かりました。 まとめると、LGWAとETのマルチバンド観測は、IMBHの強力な検出能力を提供し、この重要でありながらまだ十分に観測されていないブラックホールのクラスに対する理解を大きく深めることが期待されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we explore primordial black holes (PBH) formation scenario during the post-inflationary preheating stage dominated by the inflaton field. We consider, in particular, a model-independent parametrization of the Gaussian peak inflationary power spectrum that leads to amplified inflationary density fluctuations before the end of inflation. These modes can reenter the horizon during preheating and could experience instabilities that trigger the production of PBH. This is estimated with the Khlopov-Polnarev (KP) formalism that takes into account non-spherical effects. We derive an accurate analytical expression for the mass fraction under the KP formalism that fits well with the numerical evaluation. Particularly, we focus on ultra-light PBH of masses $M_{\text{PBH}}<10^9g$ and study their evolution and (possible) dominance after the decay of the inflation field into radiation and before the PBH evaporation via Hawking radiation. These considerations alter the previous estimates of induced gravitational waves (GWs) from PBH dominance and set new targets for detecting stochastic GW backgrounds with future detectors, provided that these achieve significantly enhanced experimental sensitivity, as current planned instruments do not yet possess sufficient sensitivity for detection. | 本研究では、インフレーション後の予熱段階、特にインフレーション場が支配的な段階における原始ブラックホール（PBH）形成シナリオを探求する。 特に、インフレーション終結前に増幅されたインフレーション密度変動をもたらす、ガウスピークのインフレーションパワースペクトルのモデル非依存なパラメータ化を考察する。 これらのモードは予熱中に地平線に再突入し、PBH生成の引き金となる不安定性を経験する可能性がある。 これは、非球面効果を考慮したクロポフ・ポルナレフ（KP）形式論を用いて推定される。 KP形式論に基づく質量分率の正確な解析的表現を導出し、数値評価とよく一致する。 特に、質量$M_{\text{PBH}10^9g$の超軽量PBHに焦点を当て、インフレーション場が放射に崩壊した後、ホーキング放射によってPBHが蒸発するまでの期間における、その進化と（可能性のある）優位性を研究する。 これらの考察は、PBH優位性による誘導重力波（GW）のこれまでの推定値を変えるものであり、将来の検出器で確率的重力背景を検出するための新たな目標を設定する。 ただし、現在計画されている装置はまだ検出に十分な感度を有していないため、将来の検出器が実験感度を大幅に向上させることが前提となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit the Ricci-flat metrics in four dimensions that are stationary and algebraically special, together with the locally asymptotically flat conditions in the generalized Bondi-Sachs framework. We show that the Einstein equation is reduced to Laplacian equation on the celestial sphere. The solutions consist of two pairs of arbitrary holomorphic and antiholomorphic functions analogous to the Virasoro modes. We prove that the higher modes of one pair of the (anti-)holomorphic function contain an infinite tower of soft hairs from the perspectives of the asymptotic supertranslation charges. We verify that different modes of the soft hairs are distinct solutions which cannot be connected by diffeomorphism from the Weyl invariants associated to the solutions. | 一般化されたボンディ・サックス枠組みにおいて、定常かつ代数的に特殊である4次元のリッチ平坦計量と、局所漸近平坦条件を再検討する。 アインシュタイン方程式が天球上のラプラシアン方程式に縮約されることを示す。 解は、ヴィラソロモードに類似した任意の正則関数と反正則関数の2組からなる。 （反）正則関数の1組の高次モードには、漸近的超並進電荷の観点から、ソフトヘアの無限の塔が含まれることを証明する。 ソフトヘアの異なるモードは、解に付随するワイル不変量から、微分同相写像によって接続できない異なる解であることを確認する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we investigate the highest weight representation (HWR) of the three and four-dimensional Bondi-Metzner-Sachs (BMS) algebra realized on the codimension-two boundary of asymptotic flat spacetime (AFS). In such a realization, the action of supertranslation shifts the conformal weight of the highest-weight states. As a result, there is no extra quantum number relating to the supertranslation. We construct the highest-weight BMS modules and compute their characters. We show that the vacuum character of BMS$_3$ exactly agrees with the 1-loop partition function of three-dimensional asymptotic flat gravity. We expect the vacuum character of BMS$_4$ may shed light on the flat holography in four dimensions. | 本論文では、漸近平坦時空（AFS）の余次元2境界上で実現される3次元および4次元ボンディ・メッツナー・サックス（BMS）代数の最高重み表現（HWR）を調査する。 このような実現では、超並進作用により最高重み状態の共形重みがシフトする。 結果として、超並進に関連する余分な量子数は存在しない。 最高重みBMS加群を構築し、その特性を計算する。 BMS$_3$の真空特性が、3次元漸近平坦重力の1ループ分割関数と正確に一致することを示す。 BMS$_4$の真空特性が、4次元の平坦ホログラフィーの解明に光を当てる可能性があると期待される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Schr\"odinger-Poisson formalism has found a number of applications in cosmology, particularly in describing the growth by gravitational instability of large-scale structure in a universe dominated by ultra-light scalar particles. Here we investigate the extent to which the behaviour of this and the more general case of a Schr\"odinger-Newton system, can be described in terms of classical fluid concepts such as viscosity and pressure. We also explore whether such systems can be described by a pseudo-Reynolds number as for classical viscous fluids. The conclusion we reach is that this is indeed possible, but with important restrictions to ensure physical consistency. | シュレーディンガー・ポアソン形式は宇宙論において多くの応用が見出されており、特に超軽量スカラー粒子が支配的な宇宙における大規模構造の重力不安定性による成長を記述する際に用いられています。 本研究では、この形式、およびより一般的なシュレーディンガー・ニュートン系の挙動が、粘性や圧力といった古典流体の概念によってどの程度記述できるかを検証します。 また、このような系が古典粘性流体の場合と同様に擬レイノルズ数で記述できるかどうかも検討します。 結論として、これは確かに可能ですが、物理的な整合性を確保するために重要な制約が課せられます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Previously, we attempted to over-spin Kerr-Taub-NUT black holes with test fields satisfying the null energy condition. We derived that a non-generic over-spinning could be achieved with strict restrictions on the test field modes and the initial space-time parameters. Here, we incorporate the effect of the second order variations by evaluating the Sorce-Wald condition for Kerr-Taub-NUT black holes. We calculate the second variation of the area for the sub-collection of Kerr-Taub-NUT black holes for which over-spinning is possible due to first order perturbations. We carry out an analysis to second order, avoiding the common order of magnitude problems where the second order variations appear in the form of a product with the square of an additional small parameter. We derive that the contribution of the second order variations fix the final state of the space-time parameters driving the Kerr-Taub-NUT black hole away from extremality. The event horizon is preserved in accord with the cosmic censorship conjecture and the laws of black hole dynamics. | 以前、我々はヌルエネルギー条件を満たすテストフィールドを用いて、Kerr-Taub-NUTブラックホールのオーバースピンを試みた。 テストフィールドのモードと初期時空パラメータに厳しい制約を加えることで、非ジェネリックなオーバースピンが達成できることを導出した。 ここでは、Kerr-Taub-NUTブラックホールのSorce-Wald条件を評価することで、二次変分の効果を取り入れる。 一次摂動によってオーバースピンが起こり得るKerr-Taub-NUTブラックホールのサブコレクションの面積の二次変分を計算する。 二次変分が追加の小さなパラメータの2乗との積の形で現れるという一般的な桁数の問題を回避し、二次までの解析を行う。 二次変分の寄与が、Kerr-Taub-NUTブラックホールを極限状態から遠ざける時空パラメータの最終状態を固定することを導出する。 事象の地平線は、宇宙検閲予想とブラックホールの力学法則に従って保存されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Analog gravity systems have the unique opportunity to probe theoretical aspects of black hole physics in a controlled laboratory environment that one cannot easily observe for astrophysical black holes. In this work, we address the question of whether one could use controlled initial perturbations to excite the black hole ringdown and infer the effective black hole metric. Using a theory-agnostic ansatz for the effective metric described by the Rezzolla-Zhidenko metric and evolving perturbations on that background, we quantify with Bayesian analysis what regions of the effective spacetime could be constrained in experiments. In contrast to standard ringdown analyses based on quasi-normal mode extraction, a laboratory-controlled setup, in combination with our framework, allows one to model the entire signal, including the prompt response and possible effects of late-time tails. Therefore, it has the intriguing advantage of not relying on start and end times when the superposition of quasi-normal modes is a good signal approximation. It also avoids the non-trivial question of how many modes are present. We demonstrate that this approach is feasible in principle and discuss opportunities beyond this study. | アナログ重力システムは、天体ブラックホールでは容易に観測できない、制御された実験室環境でブラックホール物理学の理論的側面を探るユニークな機会を有する。 本研究では、制御された初期摂動を用いてブラックホールのリングダウンを励起し、有効ブラックホール計量を推定できるかどうかという問題に取り組む。 レゾラ-ジデンコ計量によって記述される有効計量に対する理論非依存の仮説と、その背景における摂動の発展を用いて、ベイズ解析により、実験において有効時空のどの領域が制約され得るかを定量化する。 準基準モード抽出に基づく標準的なリングダウン解析とは対照的に、実験室で制御されたセットアップと我々のフレームワークを組み合わせることで、即座の応答や遅れた時間の尾の影響を含めた信号全体をモデル化することができる。 したがって、準基準モードの重ね合わせが良好な信号近似となる場合、開始時間と終了時間に依存しないという興味深い利点がある。 また、いくつのモードが存在するかという重要な疑問も回避できます。 このアプローチが原理的に実現可能であることを実証し、本研究の先にある可能性について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a comprehensive comparative analysis of three pivotal epochs in cosmic history: structure formation, recombination, and matter-radiation equality, within the framework of $f(R, L_m)$ gravity and the standard $\Lambda$CDM cosmology. Using a nonlinear evolution equation for density perturbations, we determine the collapse redshift ($z_c$), showing that cosmic structures form earlier in $f(R, L_m)$ gravity due to enhanced effective gravitational coupling. Recombination is studied via the visibility function $g(z)$, peaking at $z_{\mathrm{rec}} \approx 1092.6$ in both models, consistent with Planck 2018 data. We compute the full width at half maximum (FWHM) of $g(z)$ and find a slightly extended decoupling duration in $f(R, L_m)$. Finally, we analyze the evolution of energy densities and determine the matter-radiation equality redshift as $z_{\mathrm{eq}} \approx 4203$ in $f(R, L_m)$ and $z_{\mathrm{eq}} \approx 2779$ in $\Lambda$CDM, with corresponding cosmic times of approximately $67{,}756$ and $67{,}232$ years, respectively. These results confirm that $f(R, L_m)$ gravity retains key cosmological landmarks while introducing testable deviations from the standard paradigm. | 我々は、宇宙史における3つの極めて重要な時代、すなわち構造形成、再結合、そして物質放射の等価性について、$f(R, L_m)$重力と標準的な$\Lambda$CDM宇宙論の枠組みの中で、包括的な比較解析を行う。 密度摂動に対する非線形発展方程式を用いて、崩壊赤方偏移($z_c$)を決定し、有効重力結合の増大により、$f(R, L_m)$重力において宇宙構造がより早期に形成されることを示した。 再結合は可視関数$g(z)$を用いて研究され、両モデルにおいて$z_{\mathrm{rec}} \approx 1092.6$でピークに達し、Planck 2018のデータと整合する。 $g(z)$の半値全幅(FWHM)を計算し、$f(R, L_m)$における分離期間がわずかに延長していることを見出した。 最後に、エネルギー密度の変化を解析し、物質・放射等価赤方偏移を、$f(R, L_m)$ では $z_{\mathrm{eq}} \approx 4203$、$\Lambda$CDM では $z_{\mathrm{eq}} \approx 2779$ と決定した。 これに対応する宇宙時間はそれぞれ約 $67{,}756$ 年と $67{,}232$ 年である。 これらの結果は、$f(R, L_m)$ 重力が、標準的なパラダイムからの検証可能な逸脱を導入しながらも、重要な宇宙論的ランドマークを保持していることを確認している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore the impact of the Generalized Uncertainty Principle (GUP) on the thermodynamics of five-dimensional Einstein-Gauss-Bonnet (EGB) black holes. A modified mass-temperature relation is derived under the assumption of local equilibrium, revealing that the black hole evolves into a stable remnant with a finite temperature, rather than completely evaporating. The corrected entropy, obtained within this framework, deviates from the commonly expected logarithmic form and aligns with similar findings in higher-dimensional Schwarzschild-Tangherlini spacetimes. Our results support the argument that the GUP-induced corrections to the black hole entropy are sensitive to the dimension of spacetime. | 一般化不確定性原理（GUP）が5次元アインシュタイン-ガウス-ボネ（EGB）ブラックホールの熱力学に与える影響を探求する。 局所平衡の仮定の下で修正された質量-温度関係を導出し、ブラックホールが完全に蒸発するのではなく、有限の温度を持つ安定した残骸へと進化することを示す。 この枠組みで得られた補正エントロピーは、一般的に予想される対数形から外れ、高次元シュワルツシルト-タンゲルリーニ時空における同様の知見と一致する。 我々の結果は、GUPによって引き起こされるブラックホールエントロピーの補正が時空の次元に敏感であるという主張を支持する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the formation of primordial black holes (PBHs) from the collapse of density perturbations induced by primordial gravitational waves (PGWs). The PGWs' interpretation of the stochastic gravitational wave background (SGWB) detected by the Pulsar Timing Array (PTA) corresponds to PBHs formation in the mass range $[10^{-12}-10^{-3}] M_{\odot}$. Importantly, our analysis shows that PGWs' interpretation of recent PTA data remains viable, as it does not lead to PBH overproduction. We derive the amplitude of PGWs by leveraging existing constraints on the PBH abundance across a wide mass range. Notably, these constrained amplitudes predict SGWB signals that would be detectable by future gravitational wave observatories. | 原始重力波（PGW）によって引き起こされる密度擾乱の崩壊による原始ブラックホール（PBH）の形成を研究する。 パルサー・タイミング・アレイ（PTA）によって検出された確率的重力波背景放射（SGWB）に対するPGWの解釈は、質量範囲$[10^{-12}-10^{-3}] M_{\odot}$におけるPBHの形成に対応する。 重要な点として、我々の解析は、PGWによる最近のPTAデータの解釈がPBHの過剰生成につながらないため、依然として有効であることを示している。 我々は、広い質量範囲にわたるPBH存在量に対する既存の制約条件を利用して、PGWの振幅を導出した。 特に、これらの制約条件付き振幅は、将来の重力波観測所によって検出可能となるであろうSGWB信号を予測する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate the universal thermodynamic characteristics of black hole phase transitions in the low-temperature limit. Our results reveal that, far below the critical point, the near zero-temperature region also exhibits universal properties. By employing the Maxwell equal area law and analyzing the coexistence curve of black hole phase transitions, we derive three universal exponents: $\alpha=1$, $\beta=2$, and $\gamma=d-3$, where $d$ represents the spacetime dimension number. Furthermore, additional studies show that these exponents remain unchanged regardless of the black hole's charge and spin. These universal exponents provide valuable insights into enhancing our understanding of black hole thermodynamic phase transitions in low temperature and shed light on the fundamental aspects of quantum gravity. | 本研究では、低温極限におけるブラックホール相転移の普遍的な熱力学的特性を調査する。 その結果、臨界点よりはるかに低い温度領域においても、零温度近傍領域において普遍的な特性が見られることが明らかになった。 マクスウェルの等面積則を用い、ブラックホール相転移の共存曲線を解析することで、3つの普遍指数、$\alpha=1$、$\beta=2$、$\gamma=d-3$を導出した。 ここで、$d$は時空次元数を表す。 さらに、追加研究により、これらの指数はブラックホールの電荷とスピンに関わらず変化しないことが示されている。 これらの普遍指数は、低温におけるブラックホールの熱力学的相転移の理解を深める上で貴重な知見を提供し、量子重力の基礎的側面に光を当てるものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present multi-fermions in the spherically symmetric Einstein--Dirac system. Dirac fermions are self-localized within a spherically symmetric Einstein gravity, i.e., the Schwarzschild-like space-time metric. Most of previous studies of the Einstein--Dirac system are restricted to two neutral fermions or to many fermions with the same high-angular momentum filling a single shell. Our model considers full-filling of fermions in multiple shells, similarly to the conventional nuclear shell model. We solve the model for fermion numbers $N_\textrm{f}=2,6,12$ and $20$, which can realize a spherically-symmetric system. Even single-shell multi-fermions exhibit a multi-peak structure and fragmentation in the high redshift region. The behavior observed in our multi-shell model can be explained by interactions between the shells and resulting delocalization. We also investigate the pressure of the solutions which defines the existence (or absence) of inter-shell interactions. The radial pressure is attractive, supporting compactness of the solutions. Finally, we show the correlations between the nontrivial changes in the Shannon entropy (a logarithmic measure of information content) and the structural deformations of the solutions. | 球対称アインシュタイン-ディラック系における多重フェルミオンを考察する。 ディラックフェルミオンは、球対称アインシュタイン重力、すなわちシュワルツシルト型時空計量内に自己局在する。 これまでのアインシュタイン-ディラック系研究のほとんどは、2つの中性フェルミオン、または単一の殻を満たす同じ高角運動量を持つ多数のフェルミオンに限定されている。 我々のモデルは、従来の原子核殻モデルと同様に、複数の殻におけるフェルミオンの完全充填を考慮する。 球対称系を実現できるフェルミオン数$N_\textrm{f}=2, 6, 12$、および$20$についてモデルを解く。 単一殻の多重フェルミオンですら、高赤方偏移領域において多重ピーク構造とフラグメンテーションを示す。 我々の多殻モデルで観測される挙動は、殻間の相互作用とその結果生じる非局在化によって説明できる。 また、殻間相互作用の有無を規定する解の圧力についても調査する。 ラジアル圧力は引力であり、解のコンパクト性を支持する。 最後に、シャノンエントロピー（情報量の対数的尺度）の非自明な変化と解の構造変形との間の相関関係を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study effects of presence of a small amount of so-called anisotropic solid remnant in the early post-inflationary Universe dominated by radiation. This model is inspired by solid inflation and its generalizations with matter described through a triplet of fields. In our model, the internal full global Euclidean symmetry of this triplet is broken, which leads to an anisotropic expansion of the Universe. Superhorizon scalar and vector perturbations grow, while behavior of tensor perturbations remains the same as in the standard case with Universe filled with only radiation. We also find a very interesting case within the limit of a very small amount of the anisotropic solid remnant and the longest possible duration of its presence, where size of vector perturbations decreases with a different power of scale factor as in the standard scenario. The obtained results improve agreement between the observational data and the theoretical predictions of solid inflation in a case with suppressed non-linear effects. | 我々は、輻射が支配的なインフレーション後初期宇宙における、いわゆる異方性固体残骸の少量存在の影響を研究する。 このモデルは、固体インフレーションと、その物質への一般化に着想を得たもので、場の三重項によって記述される。 我々のモデルでは、この三重項の内部完全大域ユークリッド対称性が破れ、宇宙の異方性膨張が生じる。 超地平線スカラーおよびベクトル摂動は増大するが、テンソル摂動の挙動は、宇宙が輻射のみで満たされる標準的なケースと同じままである。 また、異方性固体残骸の量が極めて少なく、その存在期間が可能な限り長いという制限の中で、ベクトル摂動の大きさが標準的なシナリオと同様にスケールファクターの異なるべき乗で減少するという非常に興味深いケースも発見した。 得られた結果は、非線形効果が抑制されたケースにおける固体インフレーションの観測データと理論予測との一致を改善する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Axions have emerged as compelling candidates for describing the dark sector of the Universe. In this work, we explore quintessence models inspired by axion-like potentials as a dynamical alternative to the cosmological constant. These models naturally exhibit a tracking behaviour, reducing the need for fine-tuned initial conditions. We perform a Markov chain Monte Carlo (MCMC) analysis on a complete cosmological dataset of Planck PR4 cosmic microwave background (CMB), DESI DR1 baryon acoustic oscillation (BAO), Pantheon+ type Ia supernovae, low-$z$ Cepheid anchors, and DES Y1 large scale structure measurement. Unfortunately, neither the Hubble tension nor the $S_8$ tension is eased. The model does reach parity with $\Lambda$CDM model statistically according to DIC, WAIC and Bayesian ratio, suggesting that a quintessence model may still help with the cosmic tension by further extending the model we have investigated. | アクシオンは、宇宙のダークセクターを記述する有力な候補として浮上している。 本研究では、アクシオン型ポテンシャルに着想を得たクインテッセンスモデルを、宇宙定数の力学的代替として探求する。 これらのモデルは自然に追跡挙動を示すため、初期条件の微調整の必要性が低減する。 プランクPR4宇宙マイクロ波背景放射（CMB）、DESI DR1重粒子音響振動（BAO）、パンテオン+Ia型超新星、低zセファイドアンカー、およびDES Y1大規模構造測定からなる完全な宇宙論データセットに対し、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）解析を行う。 残念ながら、ハッブル・テンションもS8テンションも緩和されない。 このモデルは、DIC、WAIC、ベイズ比によれば統計的に$\Lambda$CDMモデルと同等であり、これは、我々が調査したモデルをさらに拡張することで、クインテッセンスモデルが宇宙の張力の解析に役立つ可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Klein-Gordon and Dirac equation for a massive charged field in a uniform electric field has a symmetry of two-dimensional global de Sitter (dS) and anti-de Sitter (AdS) space. In the in-out formalism the mean numbers of spinors (spin-1/2 fermions) and scalars (spin-0 bosons) spontaneously produced by the uniform electric field are exactly found from the Bogoliubov relations both in the global and planar coordinates of (A)dS$_2$ space. We show that the uniform electric field enhances the production of charged spinor and scalar pairs in the planar and global dS space while the AdS space reduces the pair production in which weak electric fields below the Breitenlohner-Freedman (BF) bound prohibits pair production. The leading Boltzmann factor in dS space can be written as the Gibbons-Hawking radiation or Schwinger effect with e-folding factors less than one that give the QED effect or the curvature effect. We observe that dS$_2$ and AdS$_2$ spaces are connected by QED, such as a reciprocal relation between the mean number of spinors and scalars provided that the spacetime curvature is analytically continued. The leading behavior of the mean numbers for spinors and scalars is explained as a sum of contour integrals of the frequency in the phase-integral formulation. | 均一電場中の質量を持つ荷電場に対するクライン・ゴルドン＝ディラック方程式は、2次元大域ド・ジッター (dS) 空間と反ド・ジッター (AdS) 空間の対称性を持つ。 in-out 形式において、均一電場によって自発的に生成されるスピノル（スピン 1/2 フェルミオン）とスカラー（スピン 0 ボソン）の平均数は、(A)dS$_2$ 空間の大域座標と平面座標の両方において、ボゴリュボフの関係式から正確に求められる。 均一電場は平面および大域 dS 空間において荷電スピノル対と荷電スカラー対の生成を促進する一方、AdS 空間は対生成を減少させることを示す。 AdS 空間では、ブライテンローナー＝フリードマン (BF) 境界以下の弱い電場が対生成を禁じる。 dS空間における主要なボルツマン因子は、QED効果または曲率効果を与える1未満のe-folding因子を持つギボンズ-ホーキング放射またはシュウィンガー効果として記述できます。 時空曲率が解析的に連続しているという仮定のもと、dS$_2$空間とAdS$_2$空間は、スピノルとスカラーの平均数の間に逆数関係があるなど、QEDによって接続されていることがわかります。 スピノルとスカラーの平均数のこの主要な振る舞いは、位相積分定式における周波数の等高線積分の和として説明されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we investigate pure geometric $f(R)$ cosmology branes embedded in five-dimensional spacetime. The form of $f(R)$ is chosen as a polynomial. The Five-dimensional scalar curvature $R$ is assumed to be constant. Based on the value of the four-dimensional cosmological constant $\lambda_4$, the branes can be classified into Minkowski, de Sitter, and de anti-de Sitter cases. Solutions for each case can be calculated. These solutions are stable against linear tensor perturbations in all cases. In the Minkowski brane case, the zero mode of gravity can be localized on the brane. In the de Sitter brane case, the zero mode and one massive Kaluza-Klein mode can be localized on the brane. In the anti-de Sitter brane case, all massive Kaluza-Klein modes can be localized on the brane. The results of the analysis of tensor fluctuations are the same in both the Einstein frame and the Jordan frame. | 本論文では、5次元時空に埋め込まれた純粋幾何学的$f(R)$宇宙論ブレーンを解析する。 $f(R)$の形は多項式として選ばれる。 5次元スカラー曲率$R$は定数と仮定する。 4次元宇宙定数$\lambda_4$の値に基づいて、ブレーンはミンコフスキー、ド・ジッター、および反ド・ジッターの場合に分類できる。 それぞれの場合の解を計算することができる。 これらの解は、すべての場合において線形テンソル摂動に対して安定である。 ミンコフスキー・ブレーンの場合、重力のゼロモードはブレーン上に局在することができる。 ド・ジッター・ブレーンの場合、ゼロモードと1つの質量を持つカルツァ＝クライン・モードはブレーン上に局在することができる。 反ド・ジッター・ブレーンの場合、すべての質量を持つカルツァ＝クライン・モードはブレーン上に局在することができる。 テンソル変動の解析結果は、アインシュタイン座標系とジョルダン座標系の両方で同じです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Background: Constraining the nuclear matter equation of state (EoS) from neutron star observations is one of the main subjects in nuclear physics today. In general, neutron stars rotate rapidly and structure of neutron stars can be affected, especially in millisecond pulsars. To better constrain the nuclear EoS, it is important to describe neutron star structure taking into account the effects of rotation in a fully relativistic manner. Purpose: In this study, we investigate the internal structure of neutron stars under the influence of rotation. We explore correlations between rotational effects and EoS parameters, based on realistic calculations of rapidly rotating neutron stars based on the KEH method, which provides stable solutions for axially symmetric rotating equilibrium configurations. Results: Using 5 different Skyrme EoS parameter sets, we find that the maximum angular frequency achievable by rotating neutron stars, as calculated via the KEH method, varies depending on the stiffness of the equation of state. We confirm that an increase in the rotating frequency leads to an overall increase in both the mass and radius along the M-R curve. By performing calculations at two frequently referenced neutron stars, we further examine how the changes in mass and radius correlate with the nuclear matter properties at saturation density. Our results suggest that the 716Hz rotational constraint may require a more conservative interpretation when accounting for realistic stellar deformation effects. Conclusions: To place stringent constraints on the nuclear EoS based on observational data, it is sometimes essential to account for the effects of rotation in neutron star models. In particular, the influence of rotation becomes increasingly significant at higher spin frequencies and cannot be neglected in rapidly rotating systems with $>$400Hz. | 背景：中性子星観測から核物質の状態方程式（EoS）を制限することは、今日の原子核物理学における主要な課題の一つである。 一般に、中性子星は高速で回転しており、特にミリ秒パルサーにおいては、中性子星の構造が影響を受ける可能性がある。 核EoSをより適切に制限するためには、回転の効果を完全に相対論的に考慮して中性子星の構造を記述することが重要である。 目的：本研究では、回転の影響下にある中性子星の内部構造を調べる。 軸対称回転平衡配置に対して安定な解を与えるKEH法に基づき、高速回転する中性子星の現実的な計算に基づき、回転効果とEoSパラメータの相関関係を調査する。 結果：5つの異なるSkyrme EoSパラメータセットを用いて、KEH法で計算された回転中性子星によって達成可能な最大角周波数は、状態方程式の硬さに依存して変化することがわかりました。 回転周波数の増加は、M-R曲線に沿って質量と半径の両方の全体的な増加につながることを確認しました。 頻繁に参照される2つの中性子星で計算を行うことで、質量と半径の変化が飽和密度における核物質の特性とどのように相関するかをさらに調べました。 私たちの結果は、現実的な恒星変形効果を考慮する場合、716Hzの回転制限に対してより保守的な解釈が必要である可能性があることを示唆しています。 結論：観測データに基づいて核EoSに厳格な制限を課すには、中性子星モデルにおける回転の効果を考慮することが不可欠な場合があります。 特に、回転の影響はスピン周波数が高くなるとますます大きくなり、400Hzを超える高速回転システムでは無視できなくなります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The time-like structure of the four-dimensional asymptotically flat Horndeski black holes is studied in detail. Focusing on the motion of massive neutral test particles, we construct the corresponding effective potential and classify the admissible types of orbits. The equations of motion are solved analytically, yielding trajectories expressed in terms of Weierstrass elliptic functions and elementary functions. As an application, we compute the perihelion precession as a classical test of gravity within the Solar System and use it to place observational constraints on the coupling parameter between the scalar field and gravity. | 4次元漸近平坦なホルンデスキーブラックホールの時間的構造を詳細に研究する。 質量を持つ中性テスト粒子の運動に焦点を当て、対応する有効ポテンシャルを構築し、許容される軌道の種類を分類する。 運動方程式を解析的に解き、ワイエルシュトラスの楕円関数と初等関数で表される軌道を得る。 応用として、太陽系内の重力の古典的なテストとして近日点歳差運動を計算し、それを用いてスカラー場と重力の結合パラメータに観測的制約を与える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the cosmic expansion scenarios in the $f(R, L_m)$ gravity studied by using the dark energy equation of state (EoS) parameters. We proceed with the specific form of $f(R, L_m)$ gravity termed as $f(R, L_m)=\frac{R}{2}+L_{m}^{\alpha}$. We derive the expansion rate in terms of the red-shift for two different forms of EoS parameter. In first model, EoS parameter varies inversely with the redshift and in second model, it involves the exponential form with the redshift. By using the Bayesian methods based on the $\chi^{2}$-minimization technique, the median values of model parameters are determined for the cosmic chronometer(CC) and Joint (CC+Pantheon) data sets. The behavior of fundamental cosmological parameters such as the deceleration parameter, energy density and pressure are thoroughly examined. Additionally, the nature of Statefinder diagnostics and the present age of universe exemplifies the compatibility with the late-time astronomical observations. | 我々は、ダークエネルギー状態方程式（EoS）パラメータを用いて、$f(R, L_m)$重力における宇宙膨張シナリオを研究する。 $f(R, L_m)$重力の特定の形式、$f(R, L_m)=\frac{R}{2}+L_{m}^{\alpha}$を用いて議論を進める。 2つの異なるEoSパラメータについて、赤方偏移を基準とした膨張率を導出する。 最初のモデルでは、EoSパラメータは赤方偏移に反比例し、2番目のモデルでは赤方偏移に対して指数関数的に変化する。 $\chi^{2}$最小化法に基づくベイズ法を用いて、宇宙クロノメータ（CC）およびジョイント（CC+パンテオン）データセットのモデルパラメータの中央値を決定する。 減速パラメータ、エネルギー密度、圧力といった基本的な宇宙論パラメータの挙動を徹底的に検証する。 さらに、ステートファインダーの診断特性と現在の宇宙の年齢は、後期の天文観測との整合性を例証しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent ``low-energy'' warp-drive concepts propose replacing the constant gravitational coupling $\kappa_0$ with a spatially varying scalar field $\kappa(x)$ set by an engineered metamaterial's electromagnetic response. We show that the idea fails on both theoretical and experimental grounds. A prescribed, non-dynamical $\kappa(x)$ in the field equation $G^{\mu\nu} = \kappa(x)T^{\mu\nu}$ clashes with the contracted Bianchi identity, $\nabla_\mu G^{\mu\nu} \equiv 0$, forcing $\nabla_\mu T^{\mu\nu} \neq 0$ and thus violating local energy-momentum conservation. Making $\kappa(x)$ dynamical yields a scalar-tensor theory in which the scalar mediates a new long-range force that breaks the strong equivalence principle; Solar-System and pulsar-timing experiments already restrict $|\gamma - 1| \lesssim 10^{-5}$, excluding any technologically useful coupling. Junction-condition analysis further shows that any interface where $\kappa$ changes demands a $\delta$-function layer of stress-energy, while even steep continuous profiles are ruled out by torsion-balance, lunar-laser, and spacecraft Doppler measurements. Hence the concept is untenable: a non-dynamical scheme violates conservation laws, and its scalar-tensor completion is falsified by existing data.. | 最近の「低エネルギー」ワープドライブの概念では、一定の重力結合$\kappa_0$を、人工メタマテリアルの電磁気応答によって設定される空間的に変化するスカラー場$\kappa(x)$に置き換えることが提案されている。 我々は、このアイデアが理論的および実験的根拠の両方から誤りであることを示す。 場の方程式$G^{\mu\nu} = \kappa(x)T^{\mu\nu}$における所定の非動的$\kappa(x)$は、縮約されたビアンキ恒等式$\nabla_\mu G^{\mu\nu} \equiv 0$と衝突し、$\nabla_\mu T^{\mu\nu} \neq 0$を強制し、局所エネルギー運動量保存則に違反する。 $\kappa(x)$ を動的にすると、スカラーが新たな長距離力を媒介するスカラーテンソル理論が得られ、これは強い同値原理を破る。 太陽系実験とパルサータイミング実験は既に $|\gamma - 1| \lesssim 10^{-5}$ を制限しており、技術的に有用な結合は排除されている。 接合条件解析はさらに、$\kappa$ が変化するあらゆる界面が応力エネルギーの $\delta$ 関数層を必要とすることを示しているが、ねじりバランス、月面レーザー、宇宙船のドップラー測定によって、急峻な連続プロファイルでさえ排除されている。 したがって、この概念は支持できない。 非動的スキームは保存則に違反し、そのスカラーテンソル完備性は既存データによって否定されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The growing catalog of gravitational wave (GW) detections by the LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration enables increasingly stringent tests of general relativity, particularly regarding possible parity and Lorentz violations. While most current analyses employ single-parameter methods, varying one deformation parameter at a time, modified gravity theories often predict multiple, coexisting deviations. In this work, we construct four specific multi-parameter GW waveform models incorporating parity- and Lorentz-violating effects and perform full Bayesian parameter estimation to compare multi-parameter and single-parameter constraints. We find that including multiple deformation parameters yields constraints on individual parameters that are generally comparable to those from single-parameter analyses, despite one specific model showing a degeneracy between the deformation parameters. Our results support the robustness of single-parameter tests for parity and Lorentz symmetry of gravity in current and future GW observations. | LIGO-Virgo-KAGRA連携による重力波（GW）検出のカタログが拡大するにつれ、一般相対論、特にパリティ対称性とローレンツ対称性の破れの可能性に関して、より厳密な検証が可能になっています。 現在の解析のほとんどは、一度に1つの変形パラメータを変化させる単一パラメータ法を採用していますが、修正された重力理論は、しばしば複数の共存する偏差を予測します。 本研究では、パリティ対称性とローレンツ対称性の破れの効果を取り入れた4つの特定のマルチパラメータ重力波波形モデルを構築し、完全なベイズパラメータ推定を行って、マルチパラメータ制約と単一パラメータ制約を比較します。 その結果、複数の変形パラメータを含めることで、個々のパラメータに対する制約は、単一パラメータ解析から得られるものと概ね同等であることがわかりました。 ただし、ある特定のモデルでは、変形パラメータ間の退化が示されています。 私たちの結果は、現在および将来の重力波観測における、重力のパリティ対称性とローレンツ対称性に対する単一パラメータ検証の堅牢性を支持するものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| General relativistic static spherically symmetric (SSS) asymptotically flat configurations with scalar fields typically contain naked singularities at the center. We consider minimally coupled scalar fields with power-law potentials leading to the Coulomb asymptotic of the field $\phi(r)\approx Q/r$ for large values of the radial variable r. The configurations are uniquely defined by total mass and a Q-parameter characterizing the strength of the scalar field at spatial infinity. The focus is on the linear stability against radial (monopole) perturbations of the SSS configurations satisfying conditions of asymptotic flatness. Our numerical investigations show the existence of divergent modes of small perturbations against the static background, at least for sufficiently small values of Q. This means instability of the configurations, confirming the well-known Penrose conjecture about the nonexistence of naked singularities - in this particular case. On the other hand, we have not found divergent modes of linear radial perturbations for sufficiently large Q. | 一般相対論的静的球対称（SSS）漸近平坦配位のスカラー場は、典型的には中心に裸の特異点を持つ。 我々は、動径変数rの大きな値に対して、場のクーロン漸近線$\phi(r)\approx Q/r$をもたらすべき乗則ポテンシャルを持つ最小結合スカラー場を考える。 この配位は、全質量と空間無限遠におけるスカラー場の強度を特徴付けるQパラメータによって一意に定義される。 漸近平坦性の条件を満たすSSS配位の動径（単極）摂動に対する線形安定性に焦点を置く。 我々の数値解析的検討は、少なくともQの値が十分に小さい場合、静的背景に対して小さな摂動の発散モードが存在することを示している。 これは配位の不安定性を意味し、この特定のケースにおいては裸の特異点が存在しないというよく知られたペンローズ予想を裏付けるものである。 一方、十分に大きなQに対して、線形動径摂動の発散モードは見つかっていない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In \href{https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.92.103004}{Phys. Rev. D 92 (2015) 103004}, simple analytical solutions of the Friedman equations were obtained for a universe having stiff matter component in the early universe together with a dark matter, and a dark energy component. In this analysis, the universe is considered to be made of a dark fluid which behaves as a stiff matter in the early phase of the universe (when the internal energy dominates). It is also more logical to consider quantum gravitational effects in the early phase of the cosmological evolution. In this analysis, following \href{https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.65.043508}{Phys. Rev. D 65 (2002) 043508}, we consider renormalization group improved modified Friedmann equations where the Newton's gravitational constant (G) and the cosmological constant (\Lambda) flows with the momentum scale of the universe. It is observed that for a universe undergoing a stiff matter era, radiation era, and matter era, inflation is absent in the early time regime of the universe when the flow of the Newton's gravitational constant and cosmological constant is under consideration. Using the identification of the momentum scale with the scale factor of the universe, we then explore the era $t>t_{\text{Pl}}$ which indicates a primarily matter dominated era with accelerated expansion due to the presence of dark energy. Finally, considering the total equation of state as a combination of linear equation of state along with a polytropic equation of state, we observe that after the Planck-time the universe can undergo an inflationary phase and we find out that the inflation is enhanced by quantum gravitational effects arising due to the consideration of renormalization group approach to quantum gravity | \href{https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.92.103004}{Phys. Rev. D 92 (2015) 103004} では、初期宇宙において暗黒物質と暗黒エネルギー成分とともに硬い物質成分を持つ宇宙に対するフリードマン方程式の単純な解析解が得られた。 この解析では、宇宙は暗黒流体で構成されていると考えられており、暗黒流体は宇宙の初期段階（内部エネルギーが支配的である段階）では硬い物質として振舞う。 また、宇宙進化の初期段階においては量子重力効果を考慮する方がより論理的である。 この解析では、\href{https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.65.043508}{Phys. Rev. D 65 (2002) 043508}では、ニュートンの重力定数 (G) と宇宙定数 (\Lambda) が宇宙の運動量スケールに沿って流れる、繰り込み群改良修正フリードマン方程式を考察する。 剛性物質時代、放射時代、物質時代を経る宇宙では、ニュートンの重力定数と宇宙定数の流れを考慮すると、宇宙の初期の時間領域ではインフレーションは起こらないことが観察されている。 運動量スケールと宇宙のスケール因子を同一視することにより、ダークエネルギーの存在により加速膨張を伴う、主に物質が支配的な時代を示す時代 $t>t_{\text{Pl}}$ を探索する。 最後に、全状態方程式を線型状態方程式とポリトロープ状態方程式の組み合わせとして考えると、プランク時間後に宇宙はインフレーション期を経る可能性があることが観察され、量子重力への繰り込み群アプローチの考慮から生じる量子重力効果によってインフレーションが強化されることが分かります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work we present a supersymmetric extension of the Reissner-Nordstr\"om spacetime in the framework of quantum cosmology. We achieve this by supersymmetrizing the Wheeler-DeWitt equation for a Kantowski-Sachs cosmological model defined in the interior region between the event and Cauchy horizons. We carry out this analysis following the Dirac and the reduced phase space quantization approaches and compare them. In the quantum regime we describe the novelties introduced by supersymmetry and highlight the differences with the pure bosonic case. At the classical level we analyse some limits that lead to metrics which are different than the usual Reissner-Nordstr\"om form. We show that in some regions of the spacetime, true singularities arise. In addition, we study the geodesics equation of a massive particle moving in the region where supersymmetry contributions are dominant. | 本研究では、量子宇宙論の枠組みにおいて、ライスナー・ノルドストローム時空の超対称拡張を提示する。 これは、事象地平線とコーシー地平線の間の内部領域で定義されたカントフスキー・サックス宇宙模型に対するホイーラー・デウィット方程式を超対称化することで達成する。 この解析は、ディラック量子化アプローチと縮約位相空間量子化アプローチに従って行い、それらを比較する。 量子領域においては、超対称性によってもたらされる新規性を記述し、純粋ボソンの場合との相違点を明らかにする。 古典レベルでは、通常のライスナー・ノルドストローム形式とは異なる計量をもたらすいくつかの極限を解析する。 時空のいくつかの領域において、真の特異点が生じることを示す。 さらに、超対称性の寄与が支配的な領域を運動する質量を持つ粒子の測地線方程式を調べる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| I demonstrate that soft graviton modes in de Sitter spacetimes are the Goldstone modes of the spontaneously broken asymptotic symmetry group of de Sitter space. I then show that any local measurement, including the effects of the environment, will collapse the symmetric state onto the broken state in the large volume limit. In any discussion involving observers, de Sitter spacetimes are, therefore, best described globally by the broken phase, while local observers, in the small volume limit, can not discriminate between different degenerate global vacuum states and are therefore best described by the symmetric state. As a consequence, a small Hubbled-sized local region initially in the symmetric state will, after a time-scale corresponding to the Page time of de Sitter space, have expanded to a large region in the broken state. This illuminates the physical nature of soft graviton modes in de Sitter spacetimes. | ド・ジッター時空におけるソフト重力子モードは、ド・ジッター空間の自発的に破れた漸近対称群のゴールドストーンモードであることを示す。 次に、環境効果を含むあらゆる局所測定は、大体積極限において対称状態を破れた状態へと崩壊させることを示す。 したがって、観測者を巻き込んだあらゆる議論において、ド・ジッター時空は破れた位相によって大域的に最もよく記述されるが、小体積極限においては局所観測者は異なる縮退した大域的真空状態を区別することができないため、対称状態によって最もよく記述される。 結果として、当初は対称状態にあったハッブルサイズの小さな局所領域は、ド・ジッター空間のページ時間に対応する時間スケールの後、破れた状態の大きな領域へと拡大する。 これは、ド・ジッター時空におけるソフト重力子モードの物理的性質を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently the difference between the Gibbons-Hawking temperature $T_{\rm GH}$ attributed to the Hawking radiation from the de Sitter cosmological horizon and the twice as high local temperature of the de Sitter state, $T=H/\pi=2T_{\rm GH}$, has been discussed by Hughes and Kusmartsev from the topological point of view (see arXiv:2505.05814). According to their approach, this difference is determined by the Euler characteristic $\chi({\cal M})$ of the considered spacetime with Euclidean time. The invariant $\chi({\cal M})$ is different for the global spacetime ${\cal M}=S^4$ and for the manifold limited to a region near the horizon, ${\cal M}=D^2\times S^2$. Here we consider the application of the topological approach to Reissner-Nordstr\"om (RN) black holes with two horizons. Both the outer and inner horizons are characterized by their near-horizon topology, which determines the corresponding horizon temperatures. As a result of the correlation between the horizons, the entropy of the RN black hole is independent of its electric charge, being completely determined by the mass of the black hole. This demonstrates the applicability of the topological approach to the multi-horizon systems. | 最近、ド・ジッター宇宙論的地平線からのホーキング放射に起因するギボンズ・ホーキング温度$T_{\rm GH}$と、ド・ジッター状態の2倍高い局所温度$T=H/\pi=2T_{\rm GH}$との差が、ヒューズとクシュマルトセフによって位相的な観点から議論された（arXiv:2505.05814参照）。 彼らのアプローチによれば、この差は、ユークリッド時間を持つ考察対象の時空におけるオイラー特性$\chi({\cal M})$によって決定される。 不変量$\chi({\cal M})$は、大域時空${\cal M}=S^4$と、地平線近傍の領域に限定された多様体${\cal M}=D^2\times S^2$とでは異なる。 ここでは、2つの地平線を持つライスナー・ノルドストローム（RN）ブラックホールへの位相幾何学的アプローチの適用について考察する。 外側の地平線と内側の地平線はどちらも、対応する地平線温度を決定する近地平線トポロジーによって特徴付けられる。 地平線間の相関の結果、RNブラックホールのエントロピーは電荷とは独立しており、ブラックホールの質量によって完全に決定される。 これは、位相幾何学的アプローチが複数の地平線を持つシステムに適用可能であることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In previous works in this series we focussed on Hamiltonian renormalisation of free field theories in all spacetime dimensions or interacting theories in spacetime dimensions lower than four. In this paper we address the Hamiltonian renormalisation of the U(1)**3 model for Euclidian general relativity in four spacetime dimensions which is self-interacting. The Hamiltonian flow needs as an input a choice of *-algebra and corresponding representation thereof or state on it at each resolution scale. If one uses as input the algebras and states that were used in the recent exact solutions of this model, then one finds that the flow finds as fixed point those exact solution theories. | このシリーズのこれまでの研究では、全時空次元における自由場理論、または4次元未満の時空次元における相互作用理論のハミルトン繰り込みに焦点を当ててきました。 本論文では、自己相互作用する4次元時空におけるユークリッド一般相対論のU(1)**3モデルのハミルトン繰り込みを扱います。 ハミルトンフローは、入力として、各解像度スケールにおける*-代数と、それに対応する表現またはその上の状態の選択を必要とします。 このモデルの最近の厳密解で使用された代数と状態を入力として使用すると、フローはそれらの厳密解理論を固定点として見つけることがわかります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In previous works in this series we focussed on Hamiltonian renormalisation of free field theories in all spacetime dimensions. In this paper we address the Hamiltonian renormalisation of the self-interacting scalar field in two spacetime dimensions with polynomial potential, called P(Phi,2). We consider only the finite volume case. The P(Phi,2) theory is one of the few interacting QFT's that can be rigorously constructed non-perturbatively. We find that our Hamiltonian renormalisation flow finds this theory indeed as a fixed point. | このシリーズのこれまでの研究では、全時空次元における自由場の理論のハミルトン繰り込みに焦点を当ててきました。 本論文では、多項式ポテンシャルを持つ2次元時空における自己相互作用スカラー場のハミルトン繰り込み、P(Phi,2)を取り上げます。 ここでは有限体積の場合のみを扱います。 P(Phi,2)理論は、非摂動論的に厳密に構成できる数少ない相互作用場の理論の一つです。 私たちのハミルトン繰り込みフローは、この理論が実際に不動点であることを発見しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This note includes results of a study of stationary spherically symmetric ``dark holes'', objects merging central black holes and peripheral scalar graviton dark haloes arising in the framework of the modified gravity -- the quartet-metric, or more appropriately, multiscalar-metric gravity with spontaneously broken relativity as a gauge symmetry [1]. An exact solution to be considered as a basic one for the dark holes is presented. This solution may, in principle, be used for a qualitative description of the effect of asymptotically flat rotation curves in galaxies. To convert the basic solution into a more realistic one suitable for astrophysical applications, a family of modified solutions is considered. These solutions are studied numerically for representative set of free parameters. These results were reported in the talk [2] but not included into the proceedings [3] due to article length limitations. The note can be considered as a supplement to this reference. | この論文には、修正重力理論（四重項重力、あるいはより正確には、ゲージ対称性として自発的に破れた相対論を持つ多重スカラー計量重力理論 [1]）の枠組みの中で生じる、定常球対称「ダークホール」、すなわち中心ブラックホールと周縁スカラー重力子ダークハローが合体した天体に関する研究結果が含まれている。 ダークホールの基本解として考えられる厳密解を提示する。 この解は、原理的には、銀河における漸近平坦な回転曲線の効果を定性的に記述するために用いることができる。 基本解を天体物理学的応用に適したより現実的な解に変換するために、一連の修正解が検討される。 これらの解は、代表的な自由パラメータの集合に対して数値的に解析される。 これらの結果は講演 [2] で報告されたが、論文の長さの制限によりプロシーディング [3] には収録されなかった。 この論文は、この参考文献の補足として考えることができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cosmological models based on $f(G)$ gravity are efficient in fitting different observational datasets at both background and perturbation levels. This motivates the current study to take into account dynamical system analysis to investigate the matter power spectrum within the framework of modified Gauss-Bonnet gravity. After defining the dimensionless dynamical system variables for a power-law $f(G)$ model, We derive the full system of equations governing the energy density perturbations for both matter and Gauss-Bonnet fluids using the $1+3$ covariant formalism. After solving the energy density perturbation equations, we compute the matter power spectrum. The importance of studying first order perturbations for the defined $f(G)$ model and the relevance of different initial conditions in computing the matter power spectrum are also stressed. It is reported that matter power spectrum for $f(G)$ gravity, for a particular functional form of $f(G)$ model considered is not scale invariant as the case for General Relativity. | $f(G)$重力に基づく宇宙論モデルは、背景レベルと摂動レベルの両方で、様々な観測データセットを効率的にフィッティングできる。 このため、本研究では、力学系解析を考慮に入れ、修正ガウス・ボネ重力の枠組みの中で物質パワースペクトルを調査する。 べき乗則$f(G)$モデルの無次元力学系変数を定義した後、$1+3$共変形式を用いて、物質とガウス・ボネ流体の両方に対するエネルギー密度摂動を支配する完全な方程式系を導出する。 エネルギー密度摂動方程式を解いた後、物質パワースペクトルを計算する。 定義された$f(G)$モデルに対する一次摂動の研究の重要性と、物質パワースペクトルの計算における異なる初期条件の関連性についても強調する。 特定の関数形式の$f(G)$モデルにおける$f(G)$重力の物質パワースペクトルは、一般相対論の場合のようにスケール不変ではないことが報告されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Within an inherently classical perspective, there is always an unavoidable energy cost associated with the information deletion and this common lore is at the heart of the Landauer's conjecture that does not impose, per se, any relevant limit on the information acquisition. Although such a mindset should generally apply to systems of any size, its quantum mechanical implications are particularly intriguing and, for this reason, we examine here a minimal physical structure where the system and the environment are described, respectively, by a pair of quantum oscillators coupled by an appropriate Hermitian interaction able to amplify the entropy of the initial state. Since at the onset of the dynamical evolution the system is originally in a pure state, its entropy variation is always positive semidefinite and the Landauer's conjecture should not impose any constraint. Nonetheless, provided the quantum amplification is effective, it turns out that the entropy variation of the system always undershoots the heat transferred to the environment. When the initial thermal state of the environment is characterized by a chemical potential, the entropy growth is bounded both by the particles and by the heat flowing to the environment. The limits deduced in the quantum thermodynamical framework are also scrutinized from a field theory standpoint where species of different spins are copiously produced (especially in a cosmological context) thanks to the rapid variation of the space-time curvature. | 本質的に古典的な観点から見ると、情報の削除には常に避けられないエネルギーコストが伴い、この共通の認識は、それ自体では情報取得に何らかの重要な制限を課さないランダウアー予想の核心です。 このような考え方は一般的にあらゆる規模のシステムに当てはまるはずですが、その量子力学的意味合いは特に興味深いものです。 そのため、ここでは、システムと環境がそれぞれ、初期状態のエントロピーを増幅できる適切なエルミート相互作用によって結合された一対の量子振動子によって記述される、最小限の物理構造を検討します。 動的進化の開始時には、システムはもともと純粋状態にあるため、エントロピーの変化は常に半正定値であり、ランダウアー予想はいかなる制約も課さないはずです。 しかしながら、量子増幅が有効であると仮定すると、システムのエントロピー変化は常に環境に伝達される熱量を下回ることがわかります。 環境の初期熱状態が化学ポテンシャルによって特徴付けられる場合、エントロピーの増加は粒子と環境に流入する熱の両方によって制限されます。 量子熱力学の枠組みで導出された限界は、時空曲率の急激な変化によって異なるスピン種が大量に生成される（特に宇宙論的文脈において）場の理論の観点からも精査されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we employ numerical methods to investigate the fundamental properties of Hayward boson stars and the optical appearance of their accretion disks in asymptotically anti-de Sitter (AdS) spacetime. Our results show that variations in the negative cosmological constant significantly affect the relationship between ADM mass and frequency, the critical magnetic monopole charge, the size of the photon ring, and the kinematic characteristics of particles at the innermost stable circular orbit (ISCO). Through ray-tracing studies of the accretion disk's appearance, we find that for non-frozen boson stars, the absence of an event horizon leads to multiple photon rings appearing within the central shadow region. In contrast, for frozen boson stars, the presence of a critical event horizon causes their images to resemble those of Schwarzschild black holes, with no additional photon rings appearing within the shadow region. Furthermore, the negative cosmological constant significantly alters the image structure: a smaller ISCO radius leads to photon rings being obscured at specific viewing angles, preventing their appearance within the shadow region. | 本論文では、数値解析手法を用いて、ヘイワードボソン星の基本特性と、漸近反ド・ジッター（AdS）時空におけるその降着円盤の光学的な外観を調査する。 結果は、負の宇宙定数の変動が、ADMの質量と周波数の関係、臨界磁気単極子電荷、光子リングのサイズ、最内周安定円軌道（ISCO）における粒子の運動学的特性に有意な影響を与えることを示している。 降着円盤の外観に関する光線追跡研究を通して、凍結していないボソン星では事象の地平線が存在しないために中心の影の領域内に複数の光子リングが出現することが明らかになった。 対照的に、凍結したボソン星では、臨界事象の地平線が存在するため、その像はシュワルツシルト・ブラックホールに類似し、影の領域内に追加の光子リングは出現しない。 さらに、負の宇宙定数は画像構造を大きく変化させます。 ISCO半径が小さくなると、特定の視野角で光子リングが隠され、影の領域内に現れなくなります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that the amplitude of electromagnetic memory can be significantly enhanced in comparison to known estimates. In a Lorentz breaking phase of lowered phase velocity of light, there exist critical spacetime directions of memory-source emission along the effective light cone, about which the total memory offset receives order of magnitude increases. The same amplification is already present in the Lorentz preserving case by considering ultra-relativistic memory-source charges. These observations may pave the way for a first observation of the phenomenon of memory and laboratory tests of the concepts of asymptotic symmetries and soft theorems. | 我々は、電磁メモリの振幅が既知の推定値と比較して大幅に増大することを示す。 ローレンツ対称性の破れ、つまり光位相速度が低下する位相においては、実効光円錐に沿ったメモリ源放射の臨界時空方向が存在し、その周囲でメモリオフセット全体が桁違いに増加する。 超相対論的なメモリ源電荷を考慮すると、ローレンツ対称性保存の場合にも同様の増幅が既に存在する。 これらの観測は、メモリ現象の初めての観測、そして漸近対称性やソフト定理の概念の実験室検証への道を開く可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The thermodynamic inconsistency observed in regular black holes is resolved through the framework of reduced thermodynamic phase spaces. We demonstrate that regular black holes are essentially induced from singular black holes by adding an extra requirement, which imposes a constraint among black hole parameters. This constraint reduces the thermodynamic phase space, rendering the standard form of the first law of black hole thermodynamics inapplicable. Accordingly, we propose a novel methodology to study the thermodynamic properties of regular black holes. Thermodynamic quantities must be defined in the full, unconstrained thermodynamic phase space of the underlying singular black holes, only afterward is the constraint imposed to derive the consistent and meaningful thermodynamic quantities of the regular black holes. Crucially, this framework extends beyond regular black holes and applies universally to any black hole with this kind of constraint. | 通常のブラックホールで観測される熱力学的矛盾は、縮約された熱力学的位相空間の枠組みを通して解決される。 我々は、通常のブラックホールは、ブラックホールパラメータに制約を課す追加の要件を加えることによって、本質的に特異ブラックホールから誘導されることを示す。 この制約は熱力学的位相空間を縮約し、ブラックホール熱力学の第一法則の標準的な形を適用できなくなる。 したがって、我々は通常のブラックホールの熱力学的特性を研究するための新しい方法論を提案する。 熱力学的量は、基礎となる特異ブラックホールの完全で制約のない熱力学的位相空間において定義されなければならず、その後に初めて、通常のブラックホールの整合した意味のある熱力学的量を導くための制約が課される。 重要なのは、この枠組みは通常のブラックホールを超えて拡張され、この種の制約を持つあらゆるブラックホールに普遍的に適用されることである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a method for separating and detecting the non-tensor modes of stochastic gravitational-wave backgrounds (SGWBs) using networks of space-based gravitational-wave detectors. We consider four distinct data-reconstruction schemes for the co-inclination and anti-inclination orbital configurations of the LISA-Taiji network. We find that the co-inclination configuration offers its advantages over the anti-inclination one and can achieve signal-to-noise ratios up to 17.3 for the vector modes and 10.4 for the scalar modes with the energy density spectrum as $\Omega_{GW}^p(f)=10^{-12}$. Our method can be used to measure beyond-general-relativity polarization modes of SGWBs at mHz frequency band, opening a new avenue for testing alternative gravity theories. | 宇宙重力波検出器ネットワークを用いて、確率的重力波背景（SGWB）の非テンソルモードを分離・検出する方法を提案する。 LISA-Taijiネットワークの共傾斜軌道構成と反傾斜軌道構成について、4つの異なるデータ再構成手法を検討する。 共傾斜軌道構成は反傾斜軌道構成よりも利点があり、エネルギー密度スペクトルが$\Omega_{GW}^p(f)=10^{-12}$であるとき、ベクトルモードで最大17.3、スカラーモードで最大10.4の信号対雑音比を達成できることがわかった。 本手法は、mHz周波数帯におけるSGWBの一般相対論を超える偏光モードの測定に使用でき、代替重力理論を検証するための新たな道を開く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Source inference for deterministic gravitational waves is a computationally demanding task in LISA. In a novel approach, we investigate the capability of Gaussian Processes to learn the posterior surface in order to reconstruct individual signal posteriors. We use GPry, which automates this reconstruction through active learning, using a very small number of likelihood evaluations, without the need for pretraining. We benchmark GPry against the cutting-edge nested sampler nessai, by injecting individually three signals on LISA noisy data simulated with Balrog: a white dwarf binary (DWD), a stellar-mass black hole binary (stBHB), and a super-massive black hole binary (SMBHB). We find that GPry needs $\mathcal O(10^{-2})$ fewer likelihood evaluations to achieve an inference accuracy comparable to nessai, with Jensen-Shannon divergence $D_{\scriptscriptstyle \mathrm{JS}} \lesssim 0.01$ for the DWD, and $D_{\scriptscriptstyle \mathrm{JS}} \lesssim 0.05$ for the SMBHB. Lower accuracy is found for the less Gaussian posterior of the stBHB: $D_{\scriptscriptstyle \mathrm{JS}} \lesssim 0.2$. Despite the overhead costs of GPry, we obtain a speed-up of $\mathcal O(10^2)$ for the slowest cases of stBHB and SMBHB. In conclusion, active-learning Gaussian process frameworks show great potential for rapid LISA parameter inference, especially for costly likelihoods, enabling suppression of computational costs without the trade-off of approximations in the calculations. | 決定論的重力波の波源推定は、LISAにおいて計算負荷の高いタスクです。 本研究では、ガウス過程が事後面を学習し、個々の信号事後分布を再構築する能力を新たなアプローチで調査します。 GPryは、事前学習を必要とせず、非常に少ない尤度評価を用いた能動学習によってこの再構築を自動化します。 BalrogでシミュレートされたLISAのノイズデータに、白色矮星連星（DWD）、恒星質量ブラックホール連星（stBHB）、超大質量ブラックホール連星（SMBHB）の3つの信号を個別に注入することで、最先端のネストサンプラーnessaiと比較し、GPryをベンチマークします。 GPryは、DWDで$D_{\scriptscriptstyle \mathrm{JS}} \lesssim 0.01$、SMBHBで$D_{\scriptscriptstyle \mathrm{JS}} \lesssim 0.05$のJensen-Shannon情報量において、nessaiに匹敵する推論精度を達成するために必要な尤度評価回数が$\mathcal O(10^{-2})$回少ないことがわかりました。 stBHBの事後分布がガウス分布に近くなると精度は低下し、$D_{\scriptscriptstyle \mathrm{JS}} \lesssim 0.2$となります。 GPryのオーバーヘッドコストにもかかわらず、stBHBとSMBHBの最も遅いケースでは$\mathcal O(10^2)$の高速化が実現されています。 結論として、能動学習ガウス過程フレームワークは、特に計算コストのかかる尤度に対して、LISAパラメータ推論を迅速に行う上で大きな可能性を示しており、計算における近似値のトレードオフなしに計算コストを抑制することを可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate a spatially flat FLRW cosmological model in the framework of modified gravity described by the function \( f(R, L_m) = \alpha R + L_m^\beta + \gamma \), where \( L_m \) is the matter Lagrangian density. The modified Friedmann equations yield the Hubble parameter as $ H(z) = H_0 \sqrt{(1 - \lambda) + \lambda (1 + z)^{3(1 + w)}},$ with the parameters \( \lambda = \frac{\gamma}{6\alpha H_0^2} + 1 \) and \( w = \frac{\beta(n - 2) + 1}{2\beta - 1} \). Using a Bayesian Markov Chain Monte Carlo (MCMC) approach, we constrain the model parameters with recent observational data, including cosmic chronometers, the Pantheon+ Supernovae dataset, Baryon Acoustic Oscillations (BAO), and Cosmic Microwave Background (CMB) shift parameters. The best-fit values are found to be \( H_0 = 72.773^{+0.148}_{-0.152} \) km/s/Mpc, \( \lambda = 0.289^{+0.007}_{-0.007} \), and \( w = -0.002^{+0.002}_{-0.002} \), all quoted at the 1\(\sigma\) confidence level.This model predicts a transition redshift of \( z_t \approx 0.76 \) for the onset of cosmic acceleration and an estimated universe age of 13.21 Gyr. The higher inferred value of \( H_0 \) compared to the Planck 2018 result offers a potential resolution to the Hubble tension. Additionally, using \( \rho_0 = 0.534 \times 10^{-30} \, \text{g/cm}^3 \) and assuming \( n = 1 \), we derive the model constants as \( \beta = 1.00201 \), \( \alpha = 512247 \), and \( \gamma = -1.215 \times 10^{-29} \). We also evaluate the Bayesian Information Criterion (BIC) to compare the model's performance with that of the standard \(\Lambda\)CDM model. The small BIC difference (\( \Delta \text{BIC} = 0.16 \)) indicates comparable statistical support for both models. Thus, the \( f(R, L_m) \) gravity scenario serves as a consistent and viable alternative to \(\Lambda\)CDM, potentially addressing open questions in late-time cosmology. | 我々は、関数 \( f(R, L_m) = \alpha R + L_m^\beta + \gamma \) で記述される修正重力の枠組みにおいて、空間的に平坦な FLRW 宇宙論モデルを考察する。 ここで、 \( L_m \) は物質ラグランジアン密度である。 修正フリードマン方程式は、ハッブルパラメータを $ H(z) = H_0 \sqrt{(1 - \lambda) + \lambda (1 + z)^{3(1 + w)}},$ として与え、パラメータは \( \lambda = \frac{\gamma}{6\alpha H_0^2} + 1 \) および \( w = \frac{\beta(n - 2) + 1}{2\beta - 1} \) である。 ベイジアン・マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）アプローチを用いて、宇宙クロノメーター、パンテオン+超新星データセット、重粒子音響振動（BAO）、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）シフトパラメータなどの最近の観測データを用いてモデルパラメータを制約します。 最も適合する値は、\( H_0 = 72.773^{+0.148}_{-0.152} \) km/s/Mpc、\( \lambda = 0.289^{+0.007}_{-0.007} \)、\( w = -0.002^{+0.002}_{-0.002} \) であり、いずれも信頼水準 1\(\sigma\) で引用されています。 このモデルは、宇宙の加速開始時の遷移赤方偏移を \( z_t \approx 0.76 \) と予測し、宇宙年齢は推定 13.21 Gyr です。 Planck 2018 の結果と比較して、推定された \( H_0 \) の値が高いことは、ハッブル・テンションの潜在的な解決策を示しています。 さらに、\( \rho_0 = 0.534 \times 10^{-30} \, \text{g/cm}^3 \) を用い、\( n = 1 \) と仮定すると、モデル定数はそれぞれ \( \beta = 1.00201 \)、\( \alpha = 512247 \)、 \( \gamma = -1.215 \times 10^{-29} \) と導出されます。 また、ベイズ情報量基準 (BIC) を評価し、本モデルの性能を標準的な \(\Lambda\)CDM モデルと比較します。 BIC の差が小さい (\( \Delta \text{BIC} = 0.16 \)) ことは、両モデルが統計的に同等の支持を持っていることを示しています。 したがって、\( f(R, L_m) \)重力シナリオは、\(\Lambda\)CDMの一貫性のある実行可能な代替案として機能し、後期宇宙論における未解決の疑問を解決する可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate static and spherically symmetric traversable wormhole solutions within the framework of the extended symmetric teleparallel gravity, specifically the $\mathcal{F}(Q,\mathcal{L}_{m},\mathcal{T})$ gravity theory, where $Q$, $\mathcal{L}_{m}$, and $\mathcal{T}$ are the respective representations of the non-metricity scalar, the matter Lagrangian, and the trace of the energy-momentum tensor. By employing a specific redshift function and deriving the shape function through the Karmarkar condition, we examine the fundamental geometric features required for a viable wormhole structure. The analysis confirms the satisfaction of key conditions such as the throat condition, flaring-out condition, and asymptotic flatness. A detailed study of energy conditions for various values of model parameters reveals that the null energy condition and averaged null energy condition are violated near the throat, indicating the presence of exotic matter. Additionally, thermodynamic quantities such as temperature, pressure, specific heat, work density, and energy flux are analyzed, all of which support the thermal and equilibrium stability of the wormhole. Our findings demonstrate that even in extended theories like $\mathcal{F}(Q,\mathcal{L}_{m},\mathcal{T})$ gravity, exotic matter remains essential for sustaining traversable wormholes. This work lays the foundation for further investigations into their stability under dynamical perturbations and potential astrophysical implications. | 本研究では、拡張対称テレパラレル重力理論、具体的には$\mathcal{F}(Q,\mathcal{L}_{m},\mathcal{T})$重力理論の枠組みにおいて、静的かつ球対称な横断可能ワームホール解を解析する。 ここで、$Q$、$\mathcal{L}_{m}$、$\mathcal{T}$はそれぞれ、非計量性スカラー、物質ラグランジアン、エネルギー運動量テンソルのトレースの表現である。 特定の赤方偏移関数を用い、Karmarkar条件によって形状関数を導出することで、実現可能なワームホール構造に必要な基本的な幾何学的特徴を検証する。 この解析により、スロート条件、フレアアウト条件、漸近平坦性といった重要な条件が満たされることを確認する。 モデルパラメータの様々な値に対するエネルギー条件の詳細な研究により、ヌルエネルギー条件と平均ヌルエネルギー条件がワームホールの喉部付近で破れていることが明らかになり、エキゾチック物質の存在を示唆しています。 さらに、温度、圧力、比熱、仕事密度、エネルギー流束といった熱力学量も解析され、これらはすべてワームホールの熱的安定性と平衡安定性を裏付けています。 我々の研究結果は、$\mathcal{F}(Q,\mathcal{L}_{m},\mathcal{T})$重力理論のような拡張理論においても、エキゾチック物質は通過可能なワームホールの維持に不可欠であることを示しています。 本研究は、力学的摂動下におけるワームホールの安定性と、その潜在的な天体物理学的影響に関する更なる研究の基礎を築くものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The recently unveiled deep-field images from the James Webb Space Telescope have renewed interest in what we can and cannot see of the universe. Answering these questions requires understanding the so-called "cosmological horizons" and the "Hubble sphere". Here we review the topic of cosmological horizons in a form that university physics teachers can use in their lessons, using the latest data about the so-called standard "Lambda Cold Dark Matter" ($\Lambda$CDM) model. Graphical representations are plotted in terms of both conformal and proper coordinates as an aid to understanding the propagation of light in the expanding universe at various epochs. | 最近公開されたジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の深宇宙画像は、宇宙の何が見えるのか、何が見えないのかという関心を再び呼び起こしました。 これらの疑問に答えるには、いわゆる「宇宙の地平線」と「ハッブル球」を理解する必要があります。 本稿では、いわゆる標準的な「ラムダ冷暗黒物質」($\Lambda$CDM)モデルに関する最新のデータを用いて、大学の物理学教師が授業で活用できる形で、宇宙の地平線というテーマを概説します。 様々な時代における膨張宇宙における光の伝播を理解するための補助として、共形座標と固有座標の両方でグラフ表示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It is straightforward to take the gravitational wave solution to first order in $v/c$ far from a binary source in a Minkowski background and adapt it to the Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) background, representing an expanding isotropic and homogeneous universe. We find the analogous solution for a slightly anisotropic background, which may be a more accurate description of our late universe through which gravitational waves propagate, and implications from tight CMB anisotropy constraints may not necessarily determine the level of anisotropy in the late universe in light of modified gravity models as well as the Hubble tension. We use a perturbative form of the Bianchi I metric and demonstrate how the waveform differs. Using supernova anisotropy data as a reference, we show that the assumption of a Bianchi I background could imply on average a 2.1\% difference in inferred luminosity distance compared to what would be inferred under the assumption of the FLRW background. This difference can be as high as 5.9\% depending on the observation direction. Therefore, the background spacetime used for the inference of the Hubble parameter from gravitational wave data should be considered carefully. | ミンコフスキー背景にある連星源から遠く離れた場所における重力波の$v/c$の一次解を、膨張する等方性かつ均質な宇宙を表すフリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）背景に適用するのは簡単です。 我々は、わずかに異方性を持つ背景に対して類似の解を見出します。 これは、重力波が伝播する後期宇宙をより正確に記述する可能性があり、CMB異方性に関する厳密な制約からの示唆は、修正された重力モデルやハッブル張力を考慮すると、必ずしも後期宇宙における異方性の程度を決定するものではないかもしれません。 我々はビアンキI計量の摂動形を用いて、波形がどのように異なるかを示します。 超新星の異方性データを参考に、ビアンキI背景を仮定した場合、FLRW背景を仮定した場合と比較して、推定される光度距離に平均2.1%の差が生じる可能性があることを示す。 この差は観測方向に依存し、最大5.9%に達する可能性がある。 したがって、重力波データからハッブルパラメータを推定する際に用いられる背景時空は慎重に検討する必要がある。 |
| 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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| Astronomical observations suggest that the current standard $\Lambda$-Cold Dark Matter model in modern cosmology has some discrepancies when fitting the data during the whole expansion history of the universe. To solve the Hubble constant ($H_0$) tension, usually an unknown mechanism is considered that shifts the sound horizon at the decoupling era. On the other hand, dynamical dark energy models are also considered to resolve the problems of the cosmological constant, and the additional degrees of freedom require initial conditions for a solution. In this article we have considered a coupled quintessence dark energy model with a special focus on its early-time behaviour. In our solution the initial conditions are naturally decided by setting the value of the sound horizon at the recombination time, $\theta^*$. We find that during this process, $H_0$ could be derived and its value rises with the coupling strength of the interaction. We also performed the background and cosmic microwave background power spectrum analysis, and find that the existence of the interaction term affects the energy density during a narrow time interval range and shifts the early cosmic microwave background spectrum. We also constrained the parameter space of the underlying scenario using the markov chain monte carlo analysis. We find that the best-fit values of $H_0$ and $S_8$ are improved slightly for the interacting model, but not enough to release the tensions. | 天文学的観測は、現代宇宙論における現在の標準的な$\Lambda$-冷たい暗黒物質モデルが、宇宙の膨張史全体にわたるデータのフィッティングにおいて、いくつかの矛盾点を持つことを示唆している。 ハッブル定数（$H_0$）張力を解くために、通常、分離期に音の地平線をシフトさせる未知のメカニズムが考慮される。 一方、動的ダークエネルギーモデルも宇宙定数の問題を解決すると考えられており、追加された自由度は解の初期条件を必要とする。 本稿では、結合クインテッセンスダークエネルギーモデルを考察し、特にその初期挙動に焦点を当てる。 本解では、初期条件は再結合時の音の地平線の値$\theta^*$を設定することで自然に決定される。 この過程で$H_0$が導出され、その値は相互作用の結合強度とともに増加することがわかる。 また、背景放射と宇宙マイクロ波背景放射のパワースペクトル解析を行い、相互作用項の存在が狭い時間間隔範囲でエネルギー密度に影響を与え、初期宇宙マイクロ波背景放射スペクトルをシフトさせることを発見しました。 また、マルコフ連鎖モンテカルロ解析を用いて、基礎シナリオのパラメータ空間を制限しました。 相互作用モデルでは、$H_0$と$S_8$の最適値はわずかに改善されましたが、緊張を緩和するには不十分でした。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| When a gravitational wave (GW) passes through a DC magnetic field, it couples to the conducting wires carrying the currents which generate the magnetic field, causing them to oscillate at the GW frequency. The oscillating currents then generate an AC component through which the GW can be detected - thus forming a resonant mass detector or a Magnetic Weber Bar. We quantify this claim and demonstrate that magnets can have exceptional sensitivity to GWs over a frequency range demarcated by the mechanical and electromagnetic resonant frequencies of the system; indeed, we outline why a magnetic readout strategy can be considered an optimal Weber bar design. The concept is applicable to a broad class of magnets, but can be particularly well exploited by the powerful magnets being deployed in search of axion dark matter, for example by DMRadio and ADMX-EFR. Explicitly, we demonstrate that the MRI magnet that is being deployed for ADMX-EFR can achieve a broadband GW strain sensitivity of $\sim$$10^{-20}/\sqrt{\text{Hz}}$ from a few kHz to about 10 MHz, with a peak sensitivity down to $\sim$$10^{-22}/\sqrt{\text{Hz}}$ at a kHz exploiting a mechanical resonance. | 重力波（GW）が直流磁場を通過すると、磁場を発生させる電流を流す導線と結合し、導線を重力波周波数で振動させます。 振動電流は交流成分を生成し、それを通して重力波を検出します。 こうして共鳴質量検出器、すなわち磁気ウェーバー・バーが構成されます。 本研究ではこの主張を定量化し、システムの機械的共鳴周波数と電磁的共鳴周波数によって区切られる周波数範囲において、磁石が重力波に対して非常に優れた感度を持つことができることを実証します。 さらに、磁気読み出し戦略が最適なウェーバー・バー設計と考えられる理由を概説します。 この概念は幅広い種類の磁石に適用可能ですが、DMRadioやADMX-EFRなど、アクシオン暗黒物質の探索に使用されている強力な磁石によって特に有効に活用できます。 具体的には、ADMX-EFRに配備されているMRI磁石は、数kHzから約10MHzまで$\sim$$10^{-20}/\sqrt{\text{Hz}}$の広帯域重力波ひずみ感度を達成でき、機械的共振を利用することで1kHzで$\sim$$10^{-22}/\sqrt{\text{Hz}}$までのピーク感度を実現できることを実証しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate classical and semiclassical signatures of black holes in a recently proposed Proca-Gauss-Bonnet gravity model that admits asymptotically flat solutions with primary hair. Two distinct classes of spherically symmetric metrics arise from different relations between the coupling constants of scalar-tensor and vector-tensor Gauss-Bonnet interactions. For each geometry, we examine the range of parameters permitting horizon formation and analyze the motion of test particles and light rays. We compute characteristic observables including the shadow radius, Lyapunov exponent, innermost stable circular orbit (ISCO) frequency, and binding energy. Additionally, we study scalar and Dirac field perturbations, derive the corresponding effective potentials, and calculate the grey-body factors (GBFs) using both the sixth-order Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) method and their correspondence with quasinormal modes (QNMs). Our results show that the QNM-based approximation of GBFs is accurate for sufficiently large multipole numbers and that deviations from Schwarzschild geometry become pronounced for large values of the Proca hair and Gauss-Bonnet couplings. | 我々は、最近提案された、一次毛を持つ漸近平坦解を許容するプロカ・ガウス・ボネ重力模型におけるブラックホールの古典的および半古典的な特徴を調べる。 スカラー-テンソルおよびベクトル-テンソル・ガウス・ボネ相互作用の結合定数間の異なる関係から、2つの異なる球対称計量のクラスが生じる。 それぞれの幾何学において、地平線形成を可能にするパラメータの範囲を調べ、テスト粒子と光線の運動を解析する。 影の半径、リアプノフ指数、最内安定円軌道（ISCO）周波数、結合エネルギーなどの特性観測量を計算する。 さらに、スカラー場およびディラック場の摂動を調べ、対応する有効ポテンシャルを導出し、6次ウェンツェル-クレイマース-ブリルアン（WKB）法とそれらの準正規モード（QNM）との対応を用いて灰色体因子（GBF）を計算する。 我々の結果は、QNMに基づくGBF近似が十分に大きな多重極数に対して正確であること、そしてプロカヘア結合とガウス・ボネ結合の値が大きい場合、シュワルツシルト幾何学からの逸脱が顕著になることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider a scalar-tensor theory in teleparallel gravity where a general function of the scalar field, f(phi), is non-minimally coupled to the torsion scalar T. First, we derive the field equations in this framework. Then, we study the cosmological evolution in a spatially flat, homogeneous, and isotropic universe described by the FRW metric, containing radiation and non-relativistic matter with energy densities rho_r and rho_m, respectively. We analyze the system as an autonomous dynamical model of dark energy. The cosmological behavior depends on the coupling function sigma = f'(phi)/sqrt(f(phi)) and the potential parameter lambda = [V'(phi) * f(phi)] / [V(phi) * f'(phi)]. A constant coupling sigma leads to a quadratic form f(phi) proportional to (phi + c)^2, while a constant lambda results in a power-law potential V(phi) proportional to f(phi)^lambda. These forms are supported by mathematical and physical considerations. We perform phase space analysis and show that lambda much greater than 1 is a necessary condition to obtain a radiation-dominated era with effective equation of state w_eff approximately 1/3 and a matter-dominated era with w_eff approximately 0. Moreover, small sigma^2 ensures radiation and matter dominance in the respective eras. Finally, we derive the necessary conditions for a viable cosmological trajectory in this setting. | 我々は、スカラー場の一般関数 f(phi) がねじれスカラー T と非最小結合しているテレパラレル重力におけるスカラー-テンソル理論を考察する。 まず、この枠組みにおいて場の方程式を導出する。 次に、FRW 計量で記述される空間的に平坦で均質かつ等方的な宇宙における宇宙論的進化を研究する。 この宇宙論的宇宙論は、エネルギー密度 rho_r と rho_m を持つ輻射物質と非相対論的物質を含む。 この系をダークエネルギーの自律的力学モデルとして解析する。 宇宙論的振る舞いは、結合関数 sigma = f'(phi)/sqrt(f(phi)) とポテンシャルパラメータ lambda = [V'(phi) * f(phi)] / [V(phi) * f'(phi)] に依存する。 一定の結合シグマは(phi + c)^2に比例する二次形式f(phi)を導き、一定のラムダはf(phi)^lambdaに比例するべき乗法則ポテンシャルV(phi)を導きます。 これらの形式は数学的および物理的な考察によって裏付けられています。 位相空間解析を行い、λが1よりはるかに大きいことが、有効状態方程式w_effが約1/3となる放射優勢時代と、w_effが約0となる物質優勢時代を得るための必要条件であることを示します。 さらに、小さなシグマ^2は、それぞれの時代における放射と物質の優勢を保証します。 最後に、この設定において実行可能な宇宙論的軌道の必要条件を導出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Considering an action in F(G) modified gravity, the static spherically symmetric solutions are investigated. Introducing the Lagrangian multipliers {\alpha} we obtain the Lagrangian and equations of motion. we obtain two type solutions for these models. The first case leads to Schwarzschild-de Sitter (anti de Sitter) solution and the other one, results in a new metric. At last, the event horizon, the Hawking temperature and the generalized second law of thermodynamics in the framework of the modified Gauss-Bonnet gravity for this solution as a black hole are investigated. | F(G)修正重力における作用を考慮し、静的球対称解を考察する。 ラグランジアン乗数{\alpha}を導入することで、ラグランジアンと運動方程式を得る。 これらのモデルに対して2種類の解を得る。 最初のケースはシュワルツシルト・ド・ジッター（反ド・ジッター）解につながり、もう1つは新しい計量をもたらす。 最後に、ブラックホールとしてのこの解について、修正ガウス・ボネ重力の枠組みにおける事象の地平線、ホーキング温度、および一般化熱力学第二法則を考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Constraints on the cosmological parameters of Torsion Condensation (TorC) are investigated using Planck 2018 Cosmic Microwave Background data. TorC is a case of Poincar\'e gauge theory -- a formulation of gravity motivated by the gauge field theories underlying fundamental forces in the standard model of particle physics. Unlike general relativity, TorC incorporates intrinsic torsion degrees of freedom while maintaining second-order field equations. At specific parameter values, it reduces to the $\Lambda$CDM model, providing a natural extension to standard cosmology. The base model of TorC introduces two parameters beyond those in $\Lambda$CDM: the initial value of the torsion scalar field and its time derivative -- one can absorb the latter by allowing the dark energy density to float. To constrain these parameters, `PolyChord` nested sampling algorithm is employed, interfaced via `Cobaya` with a modified version of `CAMB`. Our results indicate that TorC allows for a larger inferred Hubble constant, offering a potential resolution to the Hubble tension. Tension analysis using the $R$-statistic shows that TorC alleviates the statistical tension between the Planck 2018 and SH0Es 2020 datasets, though this improvement is not sufficient to decisively favour TorC over $\Lambda$CDM in a Bayesian model comparison. This study highlights TorC as a compelling theory of gravity, demonstrating its potential to address cosmological tensions and motivating further investigations of extended theories of gravity within a cosmological context. As current and upcoming surveys -- including Euclid, Roman Space Telescope, Vera C. Rubin Observatory, LISA, and Simons Observatory -- deliver data on gravity across all scales, they will offer critical tests of gravity models like TorC, making the present a pivotal moment for exploring extended theories of gravity. | プランク宇宙マイクロ波背景放射2018のデータを用いて、ねじれ凝縮（TorC）の宇宙論パラメータへの制限を調べた。 TorCはポアンカレ・ゲージ理論（素粒子物理学の標準モデルにおける基本的な力の基盤となるゲージ場理論に着想を得た重力の定式化）の一例である。 一般相対論とは異なり、TorCは2次の場の方程式を維持しながら、固有のねじれ自由度を取り入れている。 特定のパラメータ値において、TorCは$\Lambda$CDMモデルに帰着し、標準宇宙論への自然な拡張を提供する。 TorCの基本モデルは、$\Lambda$CDMのパラメータに加えて、ねじれスカラー場の初期値とその時間微分という2つのパラメータを導入する。 後者は、ダークエネルギー密度を浮動させることで吸収することができる。 これらのパラメータを制限するために、`PolyChord`ネストサンプリングアルゴリズムが採用され、`Cobaya`を介して`CAMB`の修正版とインターフェースされている。 我々の結果は、TorCがより大きなハッブル定数の推定を可能にし、ハッブル・テンションの潜在的な解決策となることを示している。 $R$統計量を用いたテンション解析は、TorCがPlanck 2018データセットとSH0Es 2020データセット間の統計的テンションを緩和することを示しているが、この改善はベイズモデルの比較において$\Lambda$CDMよりもTorCを決定的に有利にするには不十分である。 本研究は、TorCが魅力的な重力理論であることを強調し、宇宙論的テンションに対処する可能性を示し、宇宙論的文脈における拡張重力理論のさらなる研究を促すものである。 ユークリッド宇宙望遠鏡、ローマ宇宙望遠鏡、ヴェラ・C・ルビン天文台、LISA、シモンズ天文台など、現在および今後の探査によって、あらゆるスケールの重力に関するデータが得られるため、TorCのような重力モデルの重要な検証が可能となり、現在は重力の拡張理論を探求する上で極めて重要な時期となっています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We examine the dissipation of infalling particles near black holes under the assumption that the equivalence principle breaks down at the stretched horizon. This violation allows partial reflection of particles just outside the event horizon, as suggested by models such as the fuzzball and firewall proposals. We show that scattering with blue-shifted Hawking radiation leads to moderate dissipation when the particle energy is comparable to the Hawking temperature. The decay rate is independent of the Planck mass, and therefore gravitational wave echoes-arising from such partial reflection-may survive despite the presence of quantum gravitational effects. Our result is universal and does not rely on the detailed microphysics of the horizon. | 我々は、等価性原理が引き伸ばされた地平線で破綻するという仮定の下、ブラックホール近傍への落下粒子の散逸を考察する。 この破れは、ファズボールやファイアウォールといったモデルが示唆するように、事象の地平線のすぐ外側で粒子が部分的に反射することを可能にする。 我々は、粒子エネルギーがホーキング温度に匹敵する場合、青方偏移したホーキング放射による散乱が中程度の散逸をもたらすことを示す。 減衰率はプランク質量に依存しないため、このような部分反射から生じる重力波エコーは、量子重力効果が存在するにもかかわらず残存する可能性がある。 我々の結果は普遍的であり、地平線の詳細な微視的物理学に依存しない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper we present quasi equilibrium models of black hole-neutron star (BHNS) binaries with mass and spin values compatible with parameter estimates derived from gravitational radiation events GW200105 and GW200115, events consistent with the merger of BHNSs. Using the FUKA initial data framework, we determine the location of ISCO (Innermost Stable Circular Orbit) and radius of mass shedding. In most of the cases studied here the innermost stable orbit is located at larger separations. This is consistent with the fact that for those two events no electromagnetic counterparts have been observed since it is believed that the NS will enter into the plunge phase in a short time once the separation of the components of the binary will be smaller of ISCO. In analogy with classical binaries, we have associated to these QE sequences a Newtonian and Post Newtonian Roche Lobe analysis to verify whether the NS is filling its Roche Lobe before approaching the ISCO. For selected configurations explored here, the location of ISCO and of the orbit at which mass shedding occurs are at separation smaller than the last converged solution of our sequences. Our analysis shows that in such cases the neutron star is filling its Roche lobe suggesting that mass transfer might occur well before encountering the last stable orbit, and this should happen in catastrophic way in order to prevent any electromagnetic emissions. If this is the case, we are suggestion a third fate of the neutron star beyond the plunge or tidal disruption ones. | 本論文では、ブラックホール-中性子星（BHNS）連星の準平衡モデルを提示する。 これらの質量およびスピン値は、BHNSの合体と整合する重力放射イベントGW200105およびGW200115から得られたパラメータ推定値と整合する。 FUKA初期データフレームワークを用いて、ISCO（最内安定円軌道）の位置と質量放出半径を決定した。 ここで検討したほとんどのケースにおいて、最内安定軌道はより大きな距離に位置している。 これは、これらの2つのイベントでは電磁波対応物が観測されていないという事実と整合している。 これは、連星の構成要素間の距離がISCOよりも小さくなると、NSは短期間でプランジ段階に入ると考えられているからである。 古典的連星の場合と同様に、これらのQEシーケンスにニュートン流およびポストニュートン流のロッシュ・ローブ解析を関連付け、NSがISCOに接近する前にロッシュ・ローブを満たしているかどうかを検証しました。 ここで検討した特定の構成では、ISCOの位置と質量放出が発生する軌道は、シーケンスの最後の収束解よりも小さい距離にあります。 解析によると、このような場合、中性子星はロッシュ・ローブを満たしており、最後の安定軌道に遭遇するかなり前に質量移動が発生する可能性があることが示唆されています。 そして、これは電磁放射を防ぐために破滅的な形で発生するはずです。 もしこれが事実であれば、中性子星には、突入や潮汐破壊以外の第三の運命があると考えられます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate an interacting dark energy-dark matter model within the quintessence framework, characterized by the coupling term $Q_0 = \alpha \kappa \rho_m \dot{\phi} \left[1 - \beta R^2/(6H^2) \right]$, and the scalar field evolves under an exponential potential $V(\phi) = V_0 e^{-\lambda \kappa \phi}$, with parameters $\alpha$, $\lambda$, and $\beta$. Recasting the cosmological equations into a first-order autonomous system using dimensionless variables, we perform a phase space analysis to identify conditions for stable, non-phantom accelerating attractors. The Ricci scalar term, controlled by $\beta$, significantly affects the stability of critical points, with attractors transitioning to repellers for higher values of $\beta$. We also analyze linear scalar perturbations, focusing on the matter density contrast $\delta_m$ and the growth index $\gamma$. Additionally, we compute the deceleration and jerk parameters, the Hubble rate, and the distance modulus $\mu(z)$, showing good agreement with observational data. The model naturally addresses the cosmic coincidence problem through scalar field tracking behavior. For moderate parameter values, matter perturbations continue to grow into the future, capturing both background and perturbative dynamics effectively. This framework thus offers a consistent and observationally viable approach to interacting dark energy. | 我々は、相互作用するダークエネルギー-ダークマター模型を、クインテッセンス枠組みにおいて調査する。 この模型は結合項 $Q_0 = \alpha \kappa \rho_m \dot{\phi} \left[1 - \beta R^2/(6H^2) \right]$ によって特徴付けられ、スカラー場は指数ポテンシャル $V(\phi) = V_0 e^{-\lambda \kappa \phi}$ の下で発展する。 このスカラー場はパラメータ $\alpha$、$\lambda$、$\beta$ を持つ。 宇宙論方程式を無次元変数を用いた一次自律系に書き直し、位相空間解析を行うことで、安定でファントムではない加速アトラクターの条件を特定する。 $\beta$ によって制御されるリッチ・スカラー項は臨界点の安定性に大きな影響を与え、$\beta$ の値が大きいほどアトラクターは反発アトラクターへと遷移する。 また、物質密度コントラスト$\delta_m$と成長指数$\gamma$に焦点を当て、線形スカラー摂動を解析する。 さらに、減速パラメータとジャークパラメータ、ハッブル宇宙望遠鏡の速度、距離係数$\mu(z)$を計算し、観測データと良好な一致を示した。 このモデルは、スカラー場の追跡挙動を通じて宇宙の同時発生問題に自然に対処している。 中程度のパラメータ値では、物質摂動は将来に向かって成長し続け、背景ダイナミクスと摂動ダイナミクスの両方を効果的に捉えている。 したがって、この枠組みは、相互作用するダークエネルギーに対する、一貫性があり観測的に実行可能なアプローチを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We have investigated the bright ring-like features and polarization structures in the Kerr-Sen black hole's images based on general relativistic radiative transfer (GRRT) simulations, which are illuminated by the 230 GHz thermal synchrotron emission from the radiatively inefficient accretion flows (RIAF). Using the REx method, we extracted the bright ring from the black hole images and found that both the bright ring and black hole shadow shrink as the dilation parameter increases. Combing with the Event Horizon Telescope (EHT) observational data of SgrA*, we present the allowed ranges of black hole parameters for different observed inclinations and disk thicknesses. Our results show that effects of the disk thickness on the allowed parameter space are more strong than those of the observed inclination. We also probe the rotational symmetry of EVPA in the polarization structure of the black hole images by analyzing the coefficient $\beta_2$. The dilaton parameter results in that the real part $Re\beta_2$ increases and the imaginary part $Im\beta_2$ decreases, but the magnitude $|\beta_2|$ generally exhibits a declining trend. Finally, we find that effects of the disk thickness on $\beta_2$ are much weaker than those from the dilaton parameter. | 我々は、一般相対論的放射伝達（GRRT）シミュレーションに基づき、放射非効率降着流（RIAF）からの230GHz熱シンクロトロン放射によって照射されたカー・セン・ブラックホール像における明るいリング状の特徴と偏光構造を調査した。 REx法を用いてブラックホール像から明るいリングを抽出し、膨張パラメータが増加するにつれて、明るいリングとブラックホールシャドウの両方が縮小することを発見した。 SgrA*のイベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）観測データと組み合わせて、観測された傾斜角とディスク厚さの異なるブラックホールパラメータの許容範囲を示す。 結果は、ディスク厚さが許容パラメータ空間に与える影響は、観測された傾斜角の影響よりも強いことを示している。 また、係数$\beta_2$を解析することにより、ブラックホール像の偏光構造におけるEVPAの回転対称性についても調べた。 ディラトンパラメータの結果、実部$Re\beta_2$は増加し、虚部$Im\beta_2$は減少しますが、大きさ$|\beta_2|$は一般的に減少傾向を示します。 最後に、円盤の厚さが$\beta_2$に与える影響は、ディラトンパラメータによる影響よりもはるかに弱いことがわかります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In recent years, the existence of a gap in the mass spectrum of compact objects formed from stellar collapse, between the heaviest neutron stars and the lightest black holes, has been a matter of significant debate. The presence or absence of a mass gap has implications for the supernova mechanism, as well as being a fundamental property of the compact object mass function. In X-ray binaries containing black holes a gap is observed, but it is not known whether this is representative of a true gap in the mass function or due to selection effects or systematic biases in mass estimation. Binary black hole mergers detected from gravitational waves in the GWTC-3 transient catalog furnish a large sample of several tens of low-mass black holes with a well-understood selection function. Here we analyze the \nevts{} GWTC-3 merger events (along with GW230529\_181500) with at least one black hole ($3 \, M_\odot < m_1$) and chirp masses below those of a $20\,M_\odot$--$20\,M_\odot$ merger ($\mathcal{M} < 17.41 M_{\odot}$) to uncover the structure of the low-mass black hole mass function. Using flexible parameterized models for the mass function, we find, similar to existing studies, a sharp peak in the mass function at $m \simeq (8-10 M_{\odot})$. We observe a steady decline in the merger rate to lower masses, but by less than an order of magnitude in total, and find that the first percentile of black hole masses in our most flexible model is $m_{1\%} =3.13^{+0.18}_{-0.04}$. In other words, this sample of low-mass black holes is not consistent with the existence of a mass gap. | 近年、恒星の崩壊によって形成されたコンパクト天体の質量スペクトルにおいて、最も重い中性子星と最も軽いブラックホールの間にギャップが存在するかどうかが、重要な議論の的となっている。 質量ギャップの有無は、コンパクト天体の質量関数の基本的な特性であるだけでなく、超新星爆発のメカニズムにも影響を与える。 ブラックホールを含むX線連星ではギャップが観測されるが、これが質量関数の真のギャップを表しているのか、それとも選択効果や質量推定における系統的なバイアスによるものなのかは分かっていない。 GWTC-3トランジェントカタログの重力波から検出された連星ブラックホールの合体は、よく理解された選択関数を持つ数十個の低質量ブラックホールの大規模なサンプルを提供している。 本稿では、GWTC-3の合体イベント（GW230529\_181500と共に）において、少なくとも1つのブラックホール（$3 \, M_\odot < m_1$）と、$20\, M_\odot$--$20\, M_\odot$合体（$\mathcal{M} < 17.41 M_{\odot}$）より質量の小さいチャープ質量を持つ事象を解析し、低質量ブラックホールの質量関数の構造を解明する。 質量関数の柔軟なパラメータ化モデルを用いることで、既存の研究と同様に、$m \simeq (8-10 M_{\odot})$で質量関数の鋭いピークが見られることを明らかにした。 低質量ブラックホールへの合体率は着実に減少しているが、その減少幅は全体では1桁未満であり、最も柔軟なモデルにおけるブラックホール質量の最初のパーセンタイルは$m_{1\%} =3.13^{+0.18}_{-0.04}$であることがわかりました。 言い換えれば、この低質量ブラックホールのサンプルは、質量ギャップの存在と整合しません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper we develop a new framework for non-linear perturbations of the Kerr spacetime. This is based on a characterization of the Kerr spacetime in terms of a Killing spinor. On the perturbed spacetime, one can construct an approximation of the Killing spinor. Based on this, a number of quantities are constructed measuring the deviation from Kerr. Evolution equations for these quantities are derived. Approximations of the Killing vectors, the mass and angular momentum parameters etc., are constructed along with a full set of equations for their derivatives. In this setting, we don't need a reference background solution. Instead, we covariantly construct the relevant structures on the perturbed spacetime itself. This can eliminate many issues and allow for a cleaner analysis. | 本論文では、カー時空への非線形摂動のための新しい枠組みを構築する。 これは、キリングスピノルを用いたカー時空の特徴づけに基づく。 摂動を受けた時空上で、キリングスピノルの近似を構築することができる。 これに基づき、カーからの偏差を測定するいくつかの量を構築する。 これらの量に対する発展方程式を導出する。 キリングベクトル、質量および角運動量パラメータなどの近似値と、それらの導関数に関する一連の方程式を構築する。 この設定では、参照となる背景解は必要ない。 代わりに、摂動を受けた時空自体に共変的に関連構造を構築する。 これにより多くの問題が解消され、より明確な解析が可能になる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A regular method is proposed that makes it possible to obtain a new exact solution with a wormhole from any topologically trivial exact solution of the Einstein-Maxwell equations in an electrovacuum (topological dressing method). This solution has a structure similar to that of a thin-shell wormhole, but unlike it, it is exact and, therefore, does not require the presence of any other field sources. The wormhole itself is shown to create both gravitational and electromagnetic fields. The corresponding effective mass and effective charge are distributed over the surface of its throat and around it. The topological dressing of the Reissner-Nordstr\"om solution with zero effective mass and non-zero effective charge gives a new solution describing a traversable wormhole. This solution is shown to be stable in the presence of external pressure. | 電気真空中におけるアインシュタイン-マクスウェル方程式の位相的に自明な任意の厳密解から、ワームホールを含む新しい厳密解を得ることを可能にする正規の方法（トポロジカル・ドレッシング法）が提案されている。 この解は薄殻ワームホールに類似した構造を持つが、薄殻ワームホールとは異なり、厳密であるため、他の場源の存在を必要としない。 ワームホール自体は重力場と電磁場の両方を生成することが示される。 対応する有効質量と有効電荷は、ワームホールの喉部表面とその周囲に分布する。 有効質量がゼロで有効電荷がゼロでないライスナー-ノルドストローム解のトポロジカル・ドレッシングは、通過可能なワームホールを記述する新しい解を与える。 この解は外圧の存在下でも安定であることが示される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quantum energy teleportation (QET) exploits the existence of correlations to enable remote energy transfer without the need for physical energy carriers between emitter and receiver. This paper presents a review of the thermodynamic foundations of QET and reviews its first experimental demonstration (performed using Nuclear Magnetic Resonance), along with its implementation on publicly available superconducting quantum hardware. Additionally, we review an application of QET in the field of quantum thermodynamics as an efficient algorithmic cooling technique to cool down individual parts of interacting systems. Finally, we will review how QET can be employed to optimally generate exotic quantum states characterized by negative average stress-energy densities, offering a new operational approach to engineering such states which are promising in the context of semiclassical gravity. | 量子エネルギーテレポーテーション（QET）は、相関の存在を利用して、送信側と受信側の間に物理的なエネルギーキャリアを必要とせずに遠隔エネルギー転送を可能にする。 本稿では、QETの熱力学的基礎を概説し、核磁気共鳴を用いて行われた最初の実験的実証と、公開されている超伝導量子ハードウェアへの実装について概説する。 さらに、相互作用するシステムの個々の部分を冷却するための効率的なアルゴリズム冷却技術としての量子熱力学分野におけるQETの応用についても概説する。 最後に、負の平均応力エネルギー密度を特徴とするエキゾチックな量子状態を最適に生成するためにQETをどのように用いることができるかを概説し、半古典的重力の文脈において有望なそのような状態を設計するための新しい操作的アプローチを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study frozen states of charged boson stars. These solutions are globally regular and exist in a U(1) gauged scalar field model minimally coupled to gravity for suitable choices of the coupling constants. These configurations are field theoretical realizations of the Mazur-Mottola solution with a de Sitter interior, a black hole exterior and a thin shell that interpolates between the two and replaces the event horizon. We demonstrate that standard electrodynamics is sufficient to find these frozen states, but that the self-interaction of the scalar field is crucial. Adding Horndeski vector-tensor gravity to the model allows the frozen states to exist without self-interaction though. The frozen states possess one stable and one unstable lightring, the former inside the thin shell, the latter in the black hole exterior. | 本論文では、荷電ボソン星の凍結状態を研究する。 これらの解は大域的に正則であり、適切な結合定数の選択により重力と最小限に結合したU(1)ゲージスカラー場模型内に存在する。 これらの構成は、ド・ジッター内部、ブラックホール外部、そして両者の間を補間し事象の地平線を置き換える薄い殻を持つマズール-モットラ解の場の理論的実現である。 我々は、これらの凍結状態を見つけるには標準的な電気力学で十分であるが、スカラー場の自己相互作用が決定的に重要であることを示す。 しかし、ホーンデスキーベクトルテンソル重力をモデルに追加することで、凍結状態は自己相互作用なしに存在できるようになる。 凍結状態は1つの安定なライトリングと1つの不安定なライトリングを持ち、前者は薄い殻の内側に、後者はブラックホール外部にある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The possibility of extracting energy from a rotating black hole via the Blandford-Znajek mechanism represents a cornerstone of relativistic astrophysics. We present general-relativistic collisionless kinetic simulations of Kerr black-hole magnetospheres covering a wide range in the black-hole spin. Considering a classical split-monopole magnetic field, we can reproduce with these ab-initio calculations the force-free electrodynamics of rotating black holes and measure the power of the jet launched as a function of the spin. The Blandford-Znajek luminosity we find is in very good agreement with analytic calculations and compatible with general-relativistic magnetohydrodynamics simulations via a simple rescaling. These results provide strong evidence of the robustness of the Blandford-Znajek mechanism and accurate estimates of the electromagnetic luminosity to be expected in those scenarios involving rotating black holes across the mass scale. | 回転するブラックホールからブランフォード・ズナイェク機構を介してエネルギーを取り出す可能性は、相対論的天体物理学の礎石となる。 我々は、ブラックホールスピンの広い範囲をカバーするカーブラックホール磁気圏の一般相対論的無衝突運動シミュレーションを提示する。 古典的なスプリットモノポール磁場を考慮すると、これらの第一原理計算によって、回転するブラックホールのフォースフリーな電磁力学を再現し、放出されるジェットのエネルギーをスピンの関数として測定することができる。 我々が求めたブランフォード・ズナイェク光度は解析計算と非常によく一致し、単純なリスケーリングにより一般相対論的磁気流体力学シミュレーションとも整合する。 これらの結果は、ブランフォード・ズナイェク機構の堅牢性の強力な証拠であり、質量スケール全体にわたって回転するブラックホールを含むシナリオにおいて予想される電磁光度の正確な推定値を提供する。 |