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| Original Text | 日本語訳 |
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| In gravitational theories with boundaries, diffeomorphisms can become physical and acquire a non-vanishing Noether charge. Using the covariant phase space formalism, on shell of the gravitational constraints, the latter localizes on codimension-$2$ surfaces, the corners. The corner proposal asserts that these charges, and their algebras, must be important ingredients of any quantum gravity theory. In this manuscript, we continue the study of quantum corner symmetries and algebras by computing the entanglement entropy and quantum informational properties of quantum states abiding to the quantum representations of corners in the framework of $2$-dimensional gravity. We do so for two classes of states: the vacuum and coherent states, properly defined. We then apply our results to JT gravity, seen as the dimensional reduction of $4$d near extremal black holes. There, we demonstrate that the entanglement entropy of some coherent quantum gravity states -- states admitting a semiclassical description -- scales like the dilaton, reproducing the semiclassical area law behavior and further solidifying the quantum informational nature of entropy of quantum corners. We then study general states and their gluing procedure, finding a formula for the entanglement entropy based entirely on the representation theory of $2$d quantum corners. | 境界を持つ重力理論においては、微分同相写像は物理的になり、ゼロでないノイマン電荷を獲得する可能性がある。 共変位相空間形式を用いると、重力拘束条件の殻上で、後者は余次元2の面、すなわちコーナー上に局在する。 コーナー提案は、これらの電荷とその代数は、あらゆる量子重力理論の重要な構成要素でなければならないと主張している。 本稿では、2次元重力の枠組みにおいて、コーナーの量子表現に従う量子状態のエンタングルメントエントロピーと量子情報特性を計算することにより、量子コーナー対称性と代数の研究を続ける。 これを、適切に定義された真空状態とコヒーレント状態という2つの状態クラスについて行う。 次に、これらの結果を、4次元近傍極限ブラックホールの次元縮小として見られるJT重力に適用する。 そこで我々は、いくつかのコヒーレント量子重力状態（半古典的記述を許容する状態）のエンタングルメントエントロピーがディラトンのようにスケールし、半古典的面積則の振る舞いを再現し、量子コーナーのエントロピーの量子情報的性質をさらに強固にすることを示す。 次に、一般状態とその接着手順を研究し、2次元量子コーナーの表現理論のみに基づいたエンタングルメントエントロピーの公式を見出す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In analogue gravity studies, the goal is to replicate black hole phenomena, such as Hawking radiation, within controlled laboratory settings. In the realm of condensed matter systems, this may happen in 2D tilted Dirac cone materials based on honeycomb lattice. In particular, we compute the entropy of this system, and find it has the same form as black hole Bekenstein-Hawking entropy, if an analogue horizon forms. Hence, these systems can be potential analogues of quantum black holes. We show that this entropy is primarily concentrated in the region where the tilt parameter is close to one, which corresponds to the location of the analogue black hole horizon. Additionally, when nonlinear effects are taken into account, the entropy is peaked in a small pocket of the Fermi sea that forms behind the analogue event horizon, which we call the \textit{Fermi puddle}. We further refer to this new type of analogue black hole as a {\it smart hole}, since, in contrast to dumb holes, it can simulate both the correct temperature {\it and} entropy of general relativistic black holes. These results provide an opportunity to illuminate various quantum facets of black hole physics in a laboratory setting. | アナログ重力研究では、制御された実験室環境下でホーキング放射などのブラックホール現象を再現することが目標です。 凝縮系においては、ハニカム格子をベースとした2次元の傾斜ディラックコーン材料において、これが起こり得ます。 特に、この系のエントロピーを計算し、アナログ地平線が形成される場合、ブラックホールのベッケンシュタイン-ホーキングエントロピーと同じ形になることを発見しました。 したがって、これらの系は量子ブラックホールの潜在的なアナログとなり得ます。 このエントロピーは主に、傾斜パラメータが1に近い領域に集中していることを示しています。 これはアナログブラックホール地平線の位置に対応します。 さらに、非線形効果を考慮すると、エントロピーはアナログ事象の地平線の背後に形成されるフェルミ海の小さなポケット、すなわちフェルミパドルでピークに達します。 \textit{フェルミパドル} と呼びます。 さらに、この新しいタイプのアナログブラックホールを「スマートホール」と呼ぶことにする。 これは、ダムホールとは対照的に、一般相対論的ブラックホールの正確な温度とエントロピーの両方をシミュレートできるためである。 これらの結果は、実験室環境でブラックホール物理学の様々な量子的側面を明らかにする機会を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We address the problem of the thermalization process for an Unruh-DeWitt (UDW) detector outside a BTZ black hole, from a perspective of quantum thermodynamics. In the context of an open quantum system, we derive the complete dynamics of the detector, which encodes a complicated response to scalar background fields. Using various information theory tools, such as quantum relative entropy, quantum heat, coherence, quantum Fisher information, and quantum speed of evolution, we examined three quantum thermodynamic laws for the UDW detector, where the influences from BTZ angular momentum and Hawking radiation are investigated. In particular, based on information geometry theory, we find an intrinsic asymmetry in the detector's thermolization process as it undergoes Hawking radiation from the BTZ black hole. In particular, we find that the detector consistently heats faster than it cools, analogous to the quantum Mpemba effect for nonequilibrium systems. Moreover, we demonstrate that the spin of a black hole significantly influences the magnitude of the asymmetry, while preserving the dominance of heating over cooling. | BTZブラックホール外部におけるUnruh-DeWitt（UDW）検出器の熱化過程の問題を、量子熱力学の観点から考察する。 開放量子系の文脈において、スカラー背景場に対する複雑な応答を符号化する検出器の完全なダイナミクスを導出する。 量子相対エントロピー、量子熱、コヒーレンス、量子フィッシャー情報、量子発展速度といった様々な情報理論ツールを用いて、UDW検出器の3つの量子熱力学法則を解析し、BTZ角運動量とホーキング放射の影響を調べた。 特に、情報幾何学理論に基づき、BTZブラックホールからのホーキング放射を受ける検出器の熱化過程に固有の非対称性を見出した。 特に、非平衡系の量子Mpemba効果に類似し、検出器は一貫して冷却よりも速く加熱されることを見出した。 さらに、ブラックホールのスピンが、加熱が冷却よりも優勢であるにもかかわらず、非対称性の大きさに大きな影響を与えることを実証しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit the non-commutative geometry inspired Reissner-Nordstr\"{o}m black hole solution obtained by smearing the point sources with a Gaussian distribution. We show that while the form of the metric function and the physical properties derived from that remain valid, not all the components of Einstein equations are satisfied. We construct an improved energy-momentum tensor that consistently satisfies Einstein equations and show that it leads to a different prediction for the region where the strong energy condition is violated. For certain choice of parameters, our proposal predicts the violation of the energy condition outside the Cauchy horizon, which might be important for observational signatures. | 我々は、点源をガウス分布で塗りつぶすことによって得られる、非可換幾何学に着想を得たライスナー・ノルドストル\"{o}mブラックホール解を再検討する。 計量関数の形とそこから導かれる物理的性質は妥当であるものの、アインシュタイン方程式のすべての要素が満たされるわけではないことを示す。 我々は、アインシュタイン方程式を一貫して満たす改良されたエネルギー運動量テンソルを構築し、それが強いエネルギー条件が破れる領域について異なる予測につながることを示す。 特定のパラメータの選択に対して、我々の提案はコーシー地平線の外側におけるエネルギー条件の破れを予測し、これは観測シグネチャーにとって重要となる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove the existence and uniqueness of global finite energy solutions of the Maxwell-scalar field system in Lorenz gauge on the Einstein cylinder. Our method is a combination of a conformal patching argument, the finite energy existence theorem in Lorenz gauge on Minkowski space of Selberg and Tesfahun, a careful localization of finite energy data, and null form estimates of Foschi-Klainerman type. Although we prove that the energy-carrying components of the solution maintain regularity, due to the incompleteness of the null structure in Lorenz gauge and the nature of our foliation-change arguments we find small losses of regularity in both the scalar field and the potential. | アインシュタイン円筒上のローレンツゲージにおけるマクスウェル-スカラー場系の大域有限エネルギー解の存在と一意性を証明する。 我々の方法は、共形パッチングの議論、ミンコフスキー空間上のローレンツゲージにおけるセルバーグとテスファフンの有限エネルギー存在定理、有限エネルギーデータの慎重な局所化、そしてフォシ-クライナーマン型のヌル形式推定を組み合わせたものである。 解のエネルギー伝達成分が正則性を維持していることを証明したが、ローレンツゲージのヌル構造の不完全性と我々の葉理変化の議論の性質により、スカラー場とポテンシャルの両方において正則性がわずかに失われていることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The scope of this Ph.D thesis is to study the effects of the presence of a boundary from a Quantum Field Theoretical perspective, searching for new physics and explanations of observed phenomena. In particular, thanks to the formal QFT setting, the issue of the existence of local, accelerated, edge modes in Hall systems is analyzed and understood in terms of the bulk-to-boundary approach as related to a curved background in topological QFTs with boundary. Within this formalism the induced metric on the boundary can be associated to the ad hoc potential introduced in the phenomenological models in order to obtain such non-constant edge velocities. This also leads to the prediction of local modes for Topological Insulators, and Quantum Spin Hall systems in general. The paradigm for which only topological QFTs have a physical content on the boundary is broken, and also non-Topological Quantum Field Theories such as fracton models and Linearized Gravity are shown to have non-trivial boundary dynamics. Indeed due to the breaking of their defining symmetry both models have a current algebra of the Kac-Moody type on the boundary. In the case of fractons this algebra is in a generalized form, which also appears in some kinds of higher order Topological Insulators, a sign of a possible relation between these materials and edge states of fracton quasiparticles. Concerning the theory of Linearized Gravity, instead, the algebra is a standard Kac-Moody one, whose presence was suspected, but never proved before. Physical results on the boundary range between condensed matter, elasticity and (massive) gravity models. A collateral result, which enrich this Thesis, is the building of a new covariant QFT for fractons with a peculiar gauge structure. This new model better highlight the properties of these quasiparticles. | この博士論文の目的は、量子場理論の観点から境界の存在の影響を研究し、観測される現象に対する新たな物理学と説明を探求することです。 特に、形式的QFTの設定により、ホール系における局所的加速エッジモードの存在の問題は、境界を持つトポロジカルQFTにおける曲面背景と関連したバルク-境界アプローチの観点から分析され、理解されます。 この形式主義において、境界に誘起される計量は、そのような非一定エッジ速度を得るために現象論的モデルに導入されたアドホックポテンシャルと関連付けることができます。 これはまた、トポロジカル絶縁体、そして一般的な量子スピンホール系における局所モードの予測にもつながります。 位相的場の理論（QFT）のみが境界上の物理的内容を持つというパラダイムは破れ、フラクトン模型や線形重力理論といった非位相的量子場理論も非自明な境界ダイナミクスを持つことが示されています。 実際、定義対称性の破れにより、どちらの模型も境界上にKac-Moody型の電流代数を持ちます。 フラクトンの場合、この代数は一般化された形であり、ある種の高次トポロジカル絶縁体にも現れ、これらの物質とフラクトン準粒子のエッジ状態との間に関係がある可能性を示唆しています。 線形重力理論に関しては、この代数は標準的なKac-Moodyの代数であり、その存在は疑われていましたが、これまで証明されていませんでした。 境界上の物理的結果は、凝縮物質、弾性、そして（質量を持つ）重力模型にまで及びます。 本論文を豊かにする付随的な成果として、特異なゲージ構造を持つフラクトンに対する新しい共変場理論の構築が挙げられます。 この新しいモデルは、これらの準粒子の特性をより明確に示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider models where the dilaton, seen as the pseudo-Goldstone boson of broken scale invariance, plays the role of dark energy. We revisit Weinberg's theorem and show that quantum corrections induced by the graviton lead to the screening of the dilaton locally. We also discuss the time evolution of the equation of state and find that phantom crossing is a natural feature of these models. The time variation of the equation of state and its deviation from $-1$ is limited by screening locally and can only be relaxed when the dilaton is allowed to have a mass of the order of the Hubble rate cosmologically, thus going beyond single-field screened dark-energy models. This obstruction extends to all single-field screened models of the chameleon-type where the large mass of the scalar on cosmological scales leads to a negligible variation of the equation of state at low redshift. | 我々は、スケール不変性が破れた擬ゴールドストーンボソンとみなされるディラトンがダークエネルギーの役割を果たすモデルを考察する。 ワインバーグの定理を再検討し、重力子によって誘起される量子補正が局所的にディラトンの遮蔽をもたらすことを示す。 また、状態方程式の時間発展についても議論し、ファントム交差がこれらのモデルの自然な特徴であることを明らかにした。 状態方程式の時間変化と $-1$ からの偏差は局所的な遮蔽によって制限され、ディラトンが宇宙論的にハッブルレートのオーダーの質量を持つことが許される場合にのみ緩和され、単一場遮蔽ダークエネルギーモデルを超える。 この障害は、宇宙論的スケールでのスカラーの大きな質量が低赤方偏移での状態方程式の変化を無視できるような、カメレオン型の単一場遮蔽モデルすべてに及ぶ。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| According to usual calculations in quantum field theory, both in flat and curved spacetime, the mass $m^2$ of a scalar particle is quadratically sensitive to the ultimate scale of the theory, the UV physical cutoff $\Lambda$. In the present work, paying attention to the path integral measure and to the way $\Lambda$ is introduced, we calculate the one-loop effective action $\Gamma^{1l}$ for a scalar field on a non-trivial gravitational background. We find that $m^2$ presents only a (mild) logarithmic sensitivity to $\Lambda$. This is obtained without resorting to a supersymmetric embedding of the theory, nor to regularization schemes (as dimensional or zeta-function regularization) where power-like divergences are absent by construction. In view of the results of the present work, we finally speculate on the way the Minkowski limit should be approached. | 量子場の理論における通常の計算によれば、平坦時空と曲がった時空の両方において、スカラー粒子の質量$m^2$は理論の究極スケールであるUV物理的カットオフ$\Lambda$に対して2乗的に敏感である。 本研究では、経路積分測度と$\Lambda$の導入方法に注目し、非自明な重力背景におけるスカラー場の1ループ有効作用$\Gamma^{1l}$を計算する。 $m^2$は$\Lambda$に対して（緩やかな）対数的な感度しか示さないことがわかった。 これは、理論の超対称埋め込みや、構成上べき乗発散が存在しない正則化スキーム（次元正則化やゼータ関数正則化など）に頼ることなく得られた。 本研究の結果を踏まえ、ミンコフスキー限界へのアプローチ方法について最終的に考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We review two arguments for using the Schr\"odinger equation in quantum cosmology and propose restricting to solutions in which time acts as a component with negligible backreaction on the metric - that is, it plays the role of a test field. We apply this idea to various minisuperspace models. In the semiclassical regime we recover expected results: the wavefunction peaks on the classical solution and, in models with a scalar field, the variance of $\zeta$ (a mini-superspace analogue of the comoving curvature perturbation) is conserved in time. Applied to the no-boundary wavefunction, our model highlights a bouncing behavior, which gives a straightforward quantum representation of global de Sitter space. We argue that the inevitable time dependence of the variance of the wavefunction breaks some of the classical de Sitter symmetries. Then, by modeling radiation as a fluid, we analyze the epoch of radiation domination near the singularity. The problem is equivalent to an $s$-wave scattering off a central power-law potential of the form $-r^{-2/3}$. Such a potential admits bound states, so the system is stable and the wavepacket undergoes unitary scattering. The radiation bounce, as opposed to the no-boundary bounce, does not have a classical counterpart as the corresponding classical solutions are singular. During the radiation bounce, the uncertainty and the expectation value of the scale factor become comparable. By selecting a large initial variance, the bounce can be made arbitrarily smooth, the mean value of the Hubble parameter correspondingly soft. | 量子宇宙論においてシュレーディンガー方程式を用いる2つの議論を概説し、時間が計量への反作用が無視できる成分として作用する、すなわちテスト場の役割を果たす解に限定することを提案する。 この考え方を様々なミニ超空間モデルに適用する。 半古典的領域では、期待される結果が得られる。 すなわち、波動関数は古典解でピークに達し、スカラー場を持つモデルでは、共動曲率摂動のミニ超空間における類似物である$\zeta$の分散は時間的に保存される。 境界のない波動関数に適用すると、我々のモデルは跳ね返る挙動を示し、これはグローバル・ド・ジッター空間の直接的な量子的表現を与える。 波動関数の分散の避けられない時間依存性は、いくつかの古典的ド・ジッター対称性を破ると主張する。 次に、放射を流体としてモデル化することにより、放射支配の時代を解析する。 特異点。 この問題は、$s$波が$-r^{-2/3}$の形の中心べき乗ポテンシャルで散乱する問題と等価である。 このようなポテンシャルは束縛状態を許容するため、系は安定し、波束はユニタリー散乱を受ける。 放射バウンスは、境界のないバウンスとは異なり、対応する古典的解が特異であるため、古典的に対応するものは存在しない。 放射バウンスの間、スケール因子の不確実性と期待値は同程度となる。 初期分散を大きく選択することで、バウンスは任意に滑らかにすることができ、ハッブルパラメータの平均値はそれに応じて柔らかくなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Accurate modelling of black hole binaries is critical to achieve the science goals of gravitational-wave detectors. Modelling such configurations relies strongly on calibration to numerical-relativity (NR) simulations. Binaries on quasi-circular orbits have been widely explored in NR, however, coverage of the broader 9-dimensional parameter space, including orbital eccentricity, remains sparse. This article develops a new procedure to control orbital eccentricity of binary black hole simulations that enables choosing initial data parameters with precise control over eccentricity and mean anomaly of the subsequent evolution, as well as the coalescence time. We then calculate several sequences of NR simulations that nearly uniformly cover the 2-dimensional eccentricity--mean anomaly space for equal mass, non-spinning binary black holes. We demonstrate that, for fixed eccentricity, many quantities related to the merger dynamics of binary black holes show an oscillatory dependence on mean anomaly. The amplitude of these oscillations scales nearly linearly with the eccentricity of the system. We find that for the eccentricities explored in this work, the magnitude of deviations in various quantities such as the merger amplitude and peak luminosity can approach $\sim5\%$ of their quasi-circular value. We use our findings to explain eccentric phenomena reported in other studies. We also show that methods for estimating the remnant mass employed in the effective-one-body approach exhibit similar deviations, roughly matching the amplitude of the oscillations we find in NR simulations. This work is an important step towards a complete description of eccentric binary black hole mergers, and demonstrates the importance of considering the entire 2-dimensional parameter subspace related to eccentricity. | ブラックホール連星の正確なモデリングは、重力波検出器の科学的目標を達成するために極めて重要です。 このような構成のモデリングは、数値相対論（NR）シミュレーションへのキャリブレーションに大きく依存しています。 準円軌道上の連星はNRで広く研究されてきましたが、軌道離心率を含むより広い9次元パラメータ空間のカバレッジは依然として乏しいままです。 本論文では、連星ブラックホールシミュレーションの軌道離心率を制御するための新しい手順を開発します。 この手順により、離心率とその後の進化における平均異常値、そして合体時間を正確に制御しながら初期データパラメータを選択することが可能になります。 次に、等質量で回転しない連星ブラックホールの2次元離心率-平均異常空間をほぼ均一にカバーするNRシミュレーションの複数のシーケンスを計算します。 離心率を固定した場合、連星ブラックホールの合体ダイナミクスに関連する多くの量が平均異常に対して振動的な依存性を示すことを示す。 これらの振動の振幅は、系の離心率にほぼ比例して増加する。 本研究で検討した離心率では、合体振幅やピーク光度などの様々な量の偏差の大きさが、それらの準円値の $\sim5\%$ に近づく可能性があることがわかった。 この知見を用いて、他の研究で報告されている離心率の高い現象を説明する。 また、有効一体アプローチで用いられる残留質量の推定方法も同様の偏差を示し、NRシミュレーションで発見された振動の振幅とほぼ一致することを示す。 本研究は、離心率の高い連星ブラックホール合体の完全な記述に向けた重要な一歩であり、離心率に関連する2次元パラメータ部分空間全体を考慮することの重要性を示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the radiative properties of a spherical and singularity-free black-hole geometry recently proposed in the literature. Contrary to the Schwarzschild spacetime, this geometry is geodesically complete and regular, and, instead of the singularity, it presents a minimal surface that connects a trapped (black-hole) with an antitrapped (white-hole) region. The geometry is characterized by two parameters: the Schwarzschild radius and another parameter that measures the area of the minimal surface. This parameter is related to certain corrections expected in the context of loop quantum gravity to the classical general-relativistic dynamics. We explicitly compute the spectrum of the Hawking radiation and the gray-body factor. Since the gravitational potential is shallower than in Schwarzschild, the emission spectrum turns out to be colder and purer (less gray). From this, we sketch the evaporation history of this geometry and conclude that, under certain assumptions, instead of completely evaporating, the black hole naturally leads to a remnant, which provides a possible resolution to the information-loss issue. | 我々は、最近文献で提案された球状かつ特異点のないブラックホール幾何学の放射特性を調べる。 シュワルツシルト時空とは対照的に、この幾何学は測地線的に完全かつ正則であり、特異点の代わりに、捕捉領域（ブラックホール）と反捕捉領域（ホワイトホール）を結ぶ極小面を提示する。 この幾何学は、シュワルツシルト半径と極小面の面積を測定する別のパラメータという2つのパラメータによって特徴付けられる。 このパラメータは、ループ量子重力の文脈において古典的一般相対論的力学に対して期待される特定の補正と関連している。 我々は、ホーキング放射のスペクトルと灰色体因子を明示的に計算する。 重力ポテンシャルがシュワルツシルトよりも浅いため、放射スペクトルはより冷たく純粋（灰色が少ない）になることがわかる。 このことから、我々はこの幾何学的形状の蒸発履歴を概観し、ある仮定の下では、ブラックホールは完全に蒸発するのではなく、自然に残骸を形成し、それが情報損失問題の解決策となる可能性があると結論付けました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A generic characteristic of self-gravitating systems is that they have a negative heat capacity. An important example of this behavior is given by the Schwarzschild black hole. The case of charged and rotating black holes is even more interesting since a change of sign of the specific heat takes place through an infinite discontinuity. This has been usually associated with a black hole thermodynamic phase transition appearing at the points where the heat capacity diverges, the so-called Davies points. This aspect of black hole thermodynamics has been addressed from different perspectives, motivating different interpretations since its discovery in the 1970s. In this paper, a physical reinterpretation of the heat capacity is provided for spherically symmetric and static black holes. Our analysis is partially based on a reformulation of the black hole heat capacity using the Newman-Penrose formalism. The application to the Reissner-Nordstr\"om-de Sitter black hole case reveals a clear physical interpretation of the Newman-Penrose scalars evaluated at the event horizon. This allows us to write the heat capacity as a balance of pressures defined at the horizon, in particular, a matter pressure (coming from the energy-momentum tensor) and a thermal pressure (coming from the holographic energy equipartition of the horizon). The Davies point is identified with the point where the Komar thermal energy density matches the matter pressure at the horizon. We also compare the black hole case with the case of self-gravitating objects and their corresponding thermal evolutions. We conclude that the heat capacity of black holes and self-gravitating systems can be understood qualitatively in similar terms. | 自己重力系の一般的な特徴として、負の熱容量を持つという点が挙げられる。 この挙動の重要な例として、シュワルツシルト・ブラックホールが挙げられる。 荷電ブラックホールや回転ブラックホールの場合は、無限不連続性によって比熱の符号が変化するため、さらに興味深い。 これは通常、熱容量が発散する点、いわゆるデイヴィス点に現れるブラックホール熱力学的相転移と関連付けられている。 ブラックホール熱力学のこの側面は、1970年代の発見以来、様々な観点から検討され、様々な解釈を生み出してきた。 本稿では、球対称ブラックホールおよび静的ブラックホールについて、熱容量の物理的な再解釈を行う。 本解析は、ニューマン・ペンローズ形式を用いたブラックホール熱容量の再定式化に部分的に基づいている。 ライスナー-ノルドストローム-ド・ジッター・ブラックホールのケースへの適用は、事象の地平線で評価されたニューマン-ペンローズ・スカラーの明確な物理的解釈を明らかにする。 これにより、熱容量を、事象の地平線で定義される圧力、特に物質圧力（エネルギー運動量テンソルに由来）と熱圧力（地平線のホログラフィック・エネルギー等分配に由来）のバランスとして記述することができる。 デイヴィス点は、コマー熱エネルギー密度が地平線における物質圧力と一致する点と同一視される。 また、ブラックホールのケースを、自己重力物体およびそれに対応する熱的発展のケースと比較する。 ブラックホールと自己重力系の熱容量は、同様の用語で定性的に理解できると結論付ける。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Rotating black holes can amplify ultralight bosonic fields through superradiance, forming macroscopic clouds known as gravitational atoms. When the cloud forms around one of the components of a binary system, it can undergo a series of distinctive interactions, comprising both secular effects, such as dynamical friction or accretion, and resonant behaviour. These processes are expected to leave a distinctive signature on the gravitational waveform emitted by the binary, whose detectability we investigate in this paper. To do so, we implement a numerical code that integrates these effects, computed within a Newtonian approximation, for intermediate-to-high mass-ratio binaries on circular equatorial orbits. Realistic waveforms incorporating these environmental influences are generated and analyzed using the Fisher matrix formalism to evaluate the detectability of bosonic clouds with current and next-generation ground-based gravitational wave observatories. Our results demonstrate the potential for gravitational wave astronomy to probe the existence and properties of ultralight bosons. | 回転するブラックホールは、超放射を通して超軽量ボソン場を増幅し、重力原子として知られる巨視的な雲を形成する。 連星系の構成要素の1つの周りに雲が形成されると、動摩擦や降着などの永年効果と共鳴挙動の両方を含む一連の特徴的な相互作用を受ける可能性がある。 これらのプロセスは、連星から放出される重力波形に特徴的な特徴を残すと予想されており、本論文ではその検出可能性を調査する。 そのために、円軌道上の中質量比から高質量比の連星について、ニュートン近似内で計算されたこれらの効果を統合する数値コードを実装する。 これらの環境の影響を取り入れた現実的な波形を生成し、フィッシャー行列形式を用いて解析することで、現在および次世代の地上重力波観測所によるボソン雲の検出可能性を評価する。 私たちの研究結果は、重力波天文学が超軽量ボソンの存在と特性を探る可能性を示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Double neutron star (DNS) systems could serve as intriguing dual-line gravitational-wave (GW) sources, emitting both high- and low-frequency GWs, arising respectively from the asymmetric spinning bodies of individual neutron stars (NSs) and the binary orbital inspiral. Detecting such dual-line signals could provide novel perspectives on binary orbital geometry and NS internal physics. We expand upon previously calculated spinning NS waveforms by incorporating higher-order terms of NS structural parameters. A population simulation is performed for spinning NS components in DNS systems potentially detectable by the space-based Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Based on 4-year LISA observation of 35 resolvable DNS systems under an optimistic scenario, we estimate that 6 (22) spinning NS components could be detected by the next-generation ground-based GW detector, Cosmic Explorer, under log-uniform (uniform) sampling of NS structural parameters. For these dual-line sources, the median signal-to-noise ratio achievable with Cosmic Explorer is approximately 20--30. Through the dual-line GW detection strategy, the relative measurement accuracy of the NS moment of inertia is estimated to be $\sim 8\%$. | 二重中性子星（DNS）系は、興味深い二重線重力波（GW）源となる可能性があり、高周波と低周波の両方の重力波を放射します。 これらの重力波は、それぞれ個々の中性子星（NS）の非対称な回転体と連星軌道のインスパイラルから発生します。 このような二重線信号を検出することで、連星軌道の幾何学とNS内部物理に関する新たな視点が得られる可能性があります。 我々は、これまでに計算された回転NS波形を、NS構造パラメータの高次項を組み込むことで拡張します。 宇宙に設置されたレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）によって検出可能なDNS系における回転NS成分のポピュレーションシミュレーションを実行します。 楽観的なシナリオ下、4年間にわたるLISAによる35個の分解可能なDNSシステムの観測に基づき、次世代地上重力波検出器Cosmic Explorerを用いて、NS構造パラメータの対数一様（一様）サンプリングを行うことで、6個（22個）の回転するNS成分を検出できると推定した。 これらの二重線源に対して、Cosmic Explorerで達成可能な信号対雑音比の中央値は約20～30である。 二重線重力波検出戦略により、NS慣性モーメントの相対測定精度は$\sim 8\%$と推定される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We perform axisymmetric general relativistic radiation-viscous hydrodynamics simulations of black hole (BH)-torus systems with full Boltzmann Monte-Carlo neutrino transport to investigate the role of neutrino-antineutrino pair annihilation in launching relativistic outflows. Our models span a wide range of BH spins, torus masses, and viscosity parameters. We find that the pair annihilation leads to the formation of relativistic fireballs in most cases, except for those with low black-hole spin and high viscosity. The isotropic-equivalent energies of these outflows reach $\lesssim 10^{51}\,{\rm erg}$ with durations $\lesssim 0.2\,{\rm s}$. While this is insufficient to explain the brightest short gamma-ray bursts (sGRBs), our results suggest that the pair annihilation may account for some low-luminosity sGRBs and GRB precursors. We also provide updated scaling relations for the pair annihilation energy deposition rate as a function of accretion rate, and discuss the sensitivity of outflow properties to numerical resolution and floor density. | 我々は、ブラックホール（BH）-トーラス系の軸対称一般相対論的放射粘性流体シミュレーションを、完全ボルツマン・モンテカルロ法を用いて行い、ニュートリノ-反ニュートリノ対消滅が相対論的アウトフローの発生に果たす役割を調べた。 我々のモデルは、BHスピン、トーラス質量、および粘性パラメータの広い範囲をカバーしている。 その結果、ブラックホールスピンが低く粘性が高い場合を除いて、ほとんどの場合、対消滅が相対論的火の玉の形成につながることがわかった。 これらのアウトフローの等方等価エネルギーは$\lesssim 10^{51}\,{\rm erg}$に達し、持続時間は$\lesssim 0.2\,{\rm s}$である。 これは最も明るい短時間ガンマ線バースト（sGRB）を説明するには不十分ですが、我々の結果は、対消滅が低光度のsGRBやGRB前駆現象の一部を説明する可能性があることを示唆しています。 また、対消滅エネルギー蓄積率の降着率の関数としての最新のスケーリング関係を示し、数値解像度と底密度に対するアウトフロー特性の感度について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Tunneling processes offer a promising path for finding signatures of quantum gravity. While tunneling of geometry has long been recognized in the literature, few detailed analyses have been carried out. We investigate covariant Loop Quantum Gravity transitions in the holonomy representation, which naturally encodes the extrinsic curvature of boundary states. We study these amplitudes within the simple framework of the Ponzano-Regge spinfoam model for three-dimensional Euclidean quantum gravity. Having identified the geometries that dominate the spinfoam path integral in the classically forbidden regime when it is formulated in terms of dihedral angles as boundary data, we argue that they correspond to tunneling processes. Finally, we characterize these non-classical geometries and show that their contributions to the spinfoam amplitude are exponentially suppressed in the semiclassical limit via analytic continuation of the discrete gravity action. This work sheds light on quantum black-to-white-hole transitions, in particular clarifying the origin of the exponential suppression of various quantum amplitudes. | トンネル過程は量子重力の兆候を発見するための有望な道筋を提供する。 幾何学のトンネル効果は文献において長らく認識されてきたものの、詳細な解析はほとんど行われていない。 我々は、境界状態の外在的曲率を自然に符号化するホロノミー表現における共変ループ量子重力遷移を調べる。 我々はこれらの振幅を、3次元ユークリッド量子重力に対するポンザノ-レッジェ・スピンフォーム模型の単純な枠組みの中で調べる。 二面角を境界データとして定式化した場合に古典的禁制領域におけるスピンフォーム経路積分を支配する幾何学を特定し、それらがトンネル過程に対応すると主張する。 最後に、これらの非古典的な幾何学を特徴付け、離散重力作用の解析接続を介して、半古典的極限においてスピンフォーム振幅への寄与が指数関数的に抑制されることを示す。 この研究は、量子ブラックホールからホワイトホールへの遷移に光を当て、特に様々な量子振幅の指数関数的抑制の起源を明らかにします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study theories breaking diffeomorphism (Diff) invariance down to the subgroup of transverse diffeomorphisms (TDiff), consisting of multiple scalar fields in a cosmological background. In particular, we focus on models involving a field dominated by its kinetic term and a field dominated by its potential, coupled to gravity through power-law functions of the metric determinant. The Diff symmetry breaking results in the individual energy-momentum tensors not being conserved, although the total conservation-law is satisfied. Consequently, an energy exchange takes place between the fields, acting as an effective interaction between them. With this in mind, we consider the covariantized approach to describe the theory in a Diff invariant way but with an additional field, and discuss the phenomenological consequences of these models when it comes to the study of the dark sector. | 我々は、微分同相写像不変性（Diff）を、宇宙論的背景における複数のスカラー場からなる横方向微分同相写像の部分群（TDiff）まで破る理論を研究する。 特に、運動量項が支配的な場とポテンシャルが支配的な場が、計量行列式のべき乗関数を介して重力と結合したモデルに焦点を当てる。 Diff対称性の破れにより、全体のエネルギー運動量テンソルは保存されないものの、全体のエネルギー保存則は満たされる。 その結果、場の間でエネルギー交換が起こり、場間の有効な相互作用として作用する。 これを念頭に、我々は共変化アプローチを用いて理論をDiff不変な方法で記述するが、追加の場も用いることを検討し、ダークセクターの研究におけるこれらのモデルの現象論的帰結について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore a cosmological model in which dark matter is non-minimally coupled to gravity at the fluid level. While typically subdominant compared to Standard Model forces, such couplings may dominate dark matter dynamics. We show that this interaction modifies the early-time Friedmann equations, driving a phase of accelerated expansion that can resolve the horizon and flatness problems without introducing additional fields. At even earlier times, the coupling to spatial curvature may give rise to a cosmological bounce, replacing the initial singularity of standard cosmology. These results suggest that non-minimally coupled dark matter could offer a unified framework for addressing both the singularity and fine-tuning problems. | 我々は、暗黒物質が流体レベルで重力と非最小限に結合している宇宙論モデルを探求する。 このような結合は標準モデルの力に比べて通常は支配的でないが、暗黒物質のダイナミクスを支配する可能性がある。 この相互作用が初期フリードマン方程式を修正し、追加の場を導入することなく地平線問題と平坦性問題を解決できる加速膨張の段階を駆動することを示す。 さらに初期の段階では、空間曲率との結合が宇宙論的バウンスを引き起こし、標準宇宙論の初期特異点に取って代わる可能性がある。 これらの結果は、非最小限に結合した暗黒物質が、特異点問題と微調整問題の両方に対処するための統一的な枠組みを提供できることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The conversion of gravitational to electromagnetic waves in the presence of background magnetic fields is known as the inverse Gertsenshtein effect, analogous to the Primakoff effect for axions. Rephrasing this conversion as a classical electrodynamics problem in the far-field regime of a magnetized region, we derive the angular distribution of the intensity and polarization of the emitted electromagnetic waves. We discuss the interplay of the internal structure of the magnetic field, the polarization of the gravitational wave and the scattering angle, demonstrating for example that a dipolar field can convert an unpolarized stochastic gravitational wave background into polarized electromagnetic emission, with peak emission intensity along the equator. We moreover outline how to incorporate medium effects in this framework, necessary for a realistic 3D description of gravitational wave to photon conversion in the magnetosphere of neutron stars. | 背景磁場の存在下での重力波から電磁波への変換は、逆ゲルツェンシュタイン効果として知られており、アクシオンのプリマコフ効果に類似している。 この変換を磁化領域の遠方場領域における古典電気力学の問題として言い換え、放射される電磁波の強度と偏光の角度分布を導く。 磁場の内部構造、重力波の偏光、散乱角の相互作用について議論し、例えば双極子場が非偏光の確率的重力波背景を偏光電磁放射に変換し、赤道に沿って放射強度が最大となることを示す。 さらに、中性子星の磁気圏における重力波から光子への変換を現実的な3次元で記述するために必要な、この枠組みに媒質効果を組み込む方法についても概説する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We introduce configuration space path integrals for quantum fields interacting with classical fields. We show that this can be done consistently by proving that the dynamics are completely positive directly, without resorting to master equation methods. These path integrals allow one to readily impose space-time symmetries, including Lorentz invariance or diffeomorphism invariance. They generalize and combine the Feynman-Vernon path integral of open quantum systems and the stochastic path integral of classical stochastic dynamics while respecting symmetry principles. We introduce a path integral formulation of general relativity where the space-time metric is treated classically. The theory is a candidate for a fundamental theory that reconciles general relativity with quantum mechanics. The theory is manifestly covariant, and may be inequivalent to the theory derived using master-equation methods. We prove that entanglement cannot be created via the classical field, reinforcing proposals to test the quantum nature of gravity via entanglement generation. | 我々は、古典場と相互作用する量子場に対して、配置空間経路積分を導入する。 これは、マスター方程式法に頼ることなく、ダイナミクスが完全に正であることを直接証明することによって、矛盾なく実行できることを示す。 これらの経路積分により、ローレンツ不変性や微分同相不変性などの時空対称性を容易に課すことができる。 これらは、対称性原理を尊重しながら、開量子系のファインマン-バーノン経路積分と古典確率ダイナミクスの確率経路積分を一般化し、統合する。 我々は、時空計量を古典的に扱う一般相対論の経路積分の定式化を導入する。 この理論は、一般相対論と量子力学を調和させる基礎理論の候補となる。 この理論は明らかに共変であり、マスター方程式法を用いて導出される理論とは非等価である可能性がある。 我々は、エンタングルメントが古典場を介して生成できないことを証明し、エンタングルメント生成を介して重力の量子的性質を検証するという提案を補強する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Neutrinos and dark energy (DE) have entered a new era of investigation, as the latest DESI baryon acoustic oscillation measurements tighten the constraints on the neutrino mass and suggest that DE may be dynamical rather than a cosmological constant. In this work, we investigate the cosmological implications of simultaneously incorporating $\sum m_\nu$ and $N_{\rm eff}$ within the framework of dynamical DE. A joint analysis of DESI DR2, cosmic microwave background, DESY5 supernova, and DESY1 weak lensing data yields a total neutrino mass of $\sum m_\nu = 0.098^{+0.016}_{-0.037}\,\mathrm{eV}$, indicating a preference for a positive neutrino mass at the $2.7\sigma$ level within the $w_0w_a$CDM framework. This work highlights the important influence of the strength of evidence for dynamically evolving DE on the measurement of neutrino mass, with stronger evidence for DE dynamics leading to a larger neutrino mass. These results underscore the importance of measuring the neutrino mass within the framework of dynamical DE, particularly in light of the forthcoming, more complete DESI data releases. | ニュートリノとダークエネルギー（DE）は新たな研究の時代に入った。 最新のDESI重粒子音響振動測定により、ニュートリノ質量への制限が強化され、DEが宇宙定数ではなく力学的定数である可能性が示唆されたためである。 本研究では、力学的DEの枠組みに$\sum m_\nu$と$N_{\rm eff}$を同時に組み込むことの宇宙論的意味合いを調査する。 DESI DR2、宇宙マイクロ波背景放射、DESY5超新星、およびDESY1弱重力レンズ効果データの共同解析により、ニュートリノ全質量は$\sum m_\nu = 0.098^{+0.016}_{-0.037}\,\mathrm{eV}$となり、$w_0w_a$CDM枠組みにおいて、$2.7\sigma$レベルの正のニュートリノ質量が優先されることが示唆された。 この研究は、動的に進化するDEの証拠の強さがニュートリノ質量測定に重要な影響を与えることを明らかにしており、DEの力学に関する証拠が強まるほど、ニュートリノ質量も大きくなることを示しています。 これらの結果は、特に今後公開されるより完全なDESIデータを考慮すると、動的DEの枠組みの中でニュートリノ質量を測定することの重要性を強調しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A key test for any quasi-local energy in general relativity is that it be nonnegative and satisfy a rigidity property; if it vanishes, the region enclosed is flat. We show that the Hawking energy, when evaluated on its natural area-constrained critical surfaces, henceforth called "Hawking surfaces", satisfies both properties under the dominant energy condition. In the time-symmetric case, where Hawking surfaces coincide with area-constrained Willmore surfaces, we extend positivity and rigidity to include electric charge, a nonzero cosmological constant, and higher dimensions. In the fully dynamical (non-time-symmetric) case, we establish the first nonnegativity and rigidity theorems for the Hawking energy in this general setting. These results confirm the Hawking energy consistency with basic physical principles and address several longstanding ambiguities and criticisms. | 一般相対論における準局所エネルギーの重要なテストは、それが非負であり、かつ剛性特性を満たすことである。 もしそれがゼロであれば、その領域は平坦である。 ホーキングエネルギーは、その自然な面積制約臨界面（以下「ホーキング面」と呼ぶ）上で評価した場合、支配的なエネルギー条件の下で両方の特性を満たすことを示す。 ホーキング面が面積制約ウィルモア面と一致する時間対称なケースでは、正値性と剛性を拡張し、電荷、非ゼロ宇宙定数、高次元を含むものとする。 完全に力学的（時間対称でない）ケースでは、この一般的な設定において、ホーキングエネルギーに関する最初の非負定理と剛性定理を確立する。 これらの結果は、ホーキングエネルギーが基本的な物理原理と整合していることを確認し、長年の曖昧さや批判のいくつかに対処している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss the optical appearance from thin accretion disks in parametrized black holes, namely, solutions characterized by an arbitrarily large number of parameters without any regards to the theory of the gravitational and matter fields they come from. More precisely, we consider the leading-order terms of the spherically symmetric Johanssen-Psaltis (JP) and Konoplya-Zhidenko (KZ) parametrizations after imposing constraints from asymptotic flatness and solar system observations. Furthermore, we use the inferred correlation, by the Event Horizon Telescope Collaboration, between the size of the bright ring (which is directly observable) and the size of the central brightness depression (which is not) of M87 and Sgr A$^*$ central supermassive objects, to constrain the parameters of the leading-order JP and KZ solutions. Using ten samples of the Standard Unbound distribution previously employed in the literature to reproduce certain scenarios of General Relativistic HydroDynamical simulations, we produce images of four samples of JP and KZ geometries enhancing and diminishing the shadow's size, respectively. Via a qualitative and quantitative analysis of the features of the corresponding photon rings and, in particular, of their relative brightness, we argue that it should be possible to distinguish between such parametrized solutions and the Schwarzschild geometry via future upgrades of very long baseline interferometry. We furthermore consider images of some naked objects within these parametrizations, and also discuss the role of inclination in comparing images of different black holes. | 我々は、パラメータ化されたブラックホール内の薄い降着円盤からの光学的出現、すなわち、重力場や物質場の理論には一切関係なく、任意の多数のパラメータによって特徴付けられる解について議論する。 より正確には、漸近平坦性および太陽系観測からの制約を課した上で、球対称なヨハンセン・プサルティス（JP）パラメータ化およびコノプリア・ジデンコ（KZ）パラメータ化の主要次項を考察する。 さらに、イベント・ホライズン・テレスコープ・コラボレーションによって推定された、M87およびSgr A$^*$中心超大質量天体の明るいリングの大きさ（直接観測可能）と中心輝度低下の大きさ（直接観測不可能）との間の相関関係を用いて、主要次JPおよびKZ解のパラメータを制限する。 一般相対論的流体力学シミュレーションの特定のシナリオを再現するために文献で以前に用いられた標準非拘束分布の10個のサンプルを用いて、影のサイズをそれぞれ拡大および縮小するJP幾何学およびKZ幾何学の4つのサンプルの画像を作成する。 対応する光子リングの特徴、特にそれらの相対的な明るさの定性的および定量的分析により、将来的な超長基線干渉法の改良によって、このようなパラメータ化された解とシュワルツシルト幾何学を区別することが可能になるはずであると主張する。 さらに、これらのパラメータ化の範囲内でいくつかの裸の天体の画像を考察し、異なるブラックホールの画像を比較する際の傾斜角の役割についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Emergent spacetime analogs in condensed matter systems have opened a fascinating window into simulating aspects of gravitational physics in controlled laboratory environments. In this work, we develop a comprehensive nonlinear analog gravity framework within a topological material, incorporating the impact of Berry curvature on the hydrodynamic flow of electrons. Unlike prevalent studies in existing literature limited to linear perturbations, we derive and analyze a fully nonlinear wave equation governing radial perturbations of density and velocity fields, which dynamically generate an effective acoustic metric. Taking the example of graphene as a representative system, and calculating its properties from first principles, we numerically demonstrate the formation of evolving acoustic horizons and quantify analog Hawking temperatures in experimentally accessible regimes. Our findings suggest that topological materials can serve as versatile platforms to probe rich gravitational phenomena, including horizon dynamics and quasi-thermal emission, beyond conventional linear approximations. This work lays the groundwork for exploring nonlinear emergent spacetime in a broad class of quantum materials, bridging condensed matter physics and gravitational analogs. | 凝縮系における時空類似体の出現は、制御された実験室環境における重力物理学の側面のシミュレーションへの魅力的な扉を開いた。 本研究では、ベリー曲率が電子の流体力学的流れに与える影響を考慮した、トポロジカル物質における包括的な非線形アナログ重力フレームワークを開発する。 既存の文献における線形摂動に限定された一般的な研究とは異なり、我々は密度場と速度場の径方向摂動を支配する完全非線形波動方程式を導出し、解析する。 この波動方程式は、有効な音響計量を動的に生成する。 代表的な系としてグラフェンを例に挙げ、その特性を第一原理から計算することにより、進化する音響地平の形成を数値的に実証し、実験的にアクセス可能な領域におけるアナログホーキング温度を定量化する。 我々の研究結果は、トポロジカル物質が、従来の線形近似を超えて、地平線ダイナミクスや準熱放射などの豊富な重力現象を調査するための多用途プラットフォームとして機能できることを示唆している。 この研究は、凝縮系物理学と重力理論の類似物を橋渡しし、幅広い量子物質における非線形創発時空を探求するための基礎を築くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Whether gravity must be quantized remains one of the biggest open problems in fundamental physics. Classical-quantum hybrid theories have recently attracted attention as a possible framework in which gravity is treated classically yet interacts consistently with quantum matter. Schemes based on completely positive dynamics satisfy most formal consistency requirements and enable a systematic treatment of quantum backreaction, but they also give rise to features that challenge conventional physical intuition, such as the breakdown of conservation laws. To illustrate this issue, we consider a qubit interacting with a classical particle and demonstrate that the corresponding hybrid system violates angular momentum conservation despite the rotational symmetry of the underlying equations of motion. | 重力を量子化する必要があるかどうかは、基礎物理学における最大の未解決問題の一つです。 古典量子ハイブリッド理論は、重力を古典的に扱いながらも量子物質と整合的に相互作用する可能性のある枠組みとして、近年注目を集めています。 完全に正の力学に基づく枠組みは、形式的な整合性の要件のほとんどを満たし、量子反作用を体系的に扱うことを可能にしますが、保存則の破綻など、従来の物理的直感に反する特徴も生じます。 この問題を説明するために、我々は古典粒子と相互作用する量子ビットを考察し、対応するハイブリッド系が、基礎となる運動方程式の回転対称性にもかかわらず、角運動量保存則を破ることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a detailed derivation of the weak-field deflection of light in the scalar hairy black hole spacetime with scalar charge $Q_s$ and bumblebee gravity black hole spacetime, characterized by a Lorentz-violating parameter $\ell$. Starting from the metric, we derive the photon orbit equation up to second order in the small parameters $M/b$, $Q_s$ or $\ell$. Then we derive the weak-field deflection angle via three independent semi-analytical techniques- (1) Homotopy-Perturbation Method, (2) Variational Iteration Method, (3) Single-Impulse (Transverse-Kick) Method-are each applied in full detail. We demonstrate exact agreement among these approaches and discuss their relative computational efficiencies, thereby offering diverse tools for lensing calculations in spherically symmetric spacetimes. | 我々は、スカラー電荷$Q_s$とバンブルビー重力ブラックホール時空を持つスカラーヘアリーブラックホール時空における光の弱場偏向の詳細な導出を提示する。 これらの時空はローレンツ対称性を破るパラメータ$\ell$によって特徴付けられる。 この計量から出発して、小さなパラメータ$M/b$、$Q_s$、または$\ell$について、2次の光子軌道方程式を導出する。 次に、3つの独立した半解析的手法（(1)ホモトピー摂動法、(2)変分反復法、(3)シングルインパルス（横方向キック）法）をそれぞれ詳細に適用して、弱場偏向角を導出する。 これらの手法が完全に一致することを実証し、それらの相対的な計算効率について議論することにより、球対称時空におけるレンズ効果計算のための多様なツールを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black hole quasinormal modes arise as eigenmodes of a non-normal Hamiltonian and consequently they do not obey orthogonality relations with respect to commonly used inner products, for example, the energy inner product. A direct consequence of this is the appearance of transient phenomena. This review summarises current developments on the topic, both in frequency- and time-domain. In particular, we discuss the appearance of i) transient plateaus: arbitrarily long-lived sums of quasinormal modes, corresponding to localised energy packets near the future horizon; ii) transient growth, with the latter either appearing in the vicinity of black hole phase transitions or in the context of higher-derivative Sobolev norms. | ブラックホール準正規モードは、非正規ハミルトニアンの固有モードとして発生し、その結果、一般的に用いられる内積、例えばエネルギー内積に関して直交関係に従わない。 この直接的な帰結として、過渡現象が出現する。 本レビューでは、周波数領域と時間領域の両方において、このテーマに関する最新の進展を概説する。 特に、i) 過渡プラトー（任意に長寿命の準正規モードの和で、未来地平線付近の局所的なエネルギーパケットに対応する）、ii) 過渡成長（後者はブラックホール相転移の近傍、または高階微分ソボレフノルムの文脈で出現する）の出現について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a robust mechanism where the geometrical free-gravitational entropy of an isolated astrophysical radiating star undergoing continual gravitational collapse, as measured by an external observer, makes a smooth transition to the Bekenstein-Hawking entropy at the onset of the horizon formation and in the late times of black hole evaporation. It is interesting to note that both in the classical regime and the semi classical evaporating black hole regime, the matter is radiated via the Vaidya exterior surrounding the radiating star, as well as the evaporating black hole. Our result, being independent of the interior matter dynamics of the collapsing star, clearly indicates that the Bekenstein-Hawking entropy and its non-extensive nature indeed originates from the Riemannian geometry, which dictates the free-gravity entropy in general relativity. | 我々は、外部観測者によって測定される、継続的な重力崩壊を起こしている孤立した天体放射星の幾何学的自由重力エントロピーが、地平線形成の開始時とブラックホール蒸発後期にベッケンシュタイン＝ホーキングエントロピーへと滑らかに遷移するという、堅牢なメカニズムを提示する。 興味深いことに、古典的領域と半古典的蒸発ブラックホール領域の両方において、物質は蒸発ブラックホールだけでなく、放射星を取り囲むヴァイディア外部からも放射される。 我々の結果は、崩壊星の内部物質ダイナミクスとは独立しており、ベッケンシュタイン＝ホーキングエントロピーとその非示量性が、一般相対論における自由重力エントロピーを規定するリーマン幾何学に由来することを明確に示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the structural and physical properties of strange stars admixed with dark matter by modeling the total energy density as a weighted combination of quark matter and bosonic dark matter components regulated by a volume fraction. Both the components are assumed to be distributed throughout the star. The quark matter is described by a linear equation of state (EOS), whereas the bosonic dark matter follows an EOS with repulsive self-interactions. By combining these into a single effective EOS, we reduce the two-fluid system to an equivalent one-fluid model and numerically solve the Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) equations to obtain the mass-radius (M-R) relationship of the hybrid configuration. We systematically analyze how the stellar structure is modified by varying dark matter fractions, the mass of the dark matter particle and the self-repulsion coupling strength. Our results reveal distinct modifications to the M-R profiles and apparent phase behavior of the quark matter suggesting observable signatures that could offer insights into the properties of dark matter in extreme astrophysical environments. This model also provides a possible explanation for ultra-compact stars with small radii, such as XTE J1814-338, suggesting its potential nature as a hybrid star. | 我々は、暗黒物質が混在するストレンジスターの構造的・物理的特性を、全エネルギー密度を体積率で規定されるクォーク物質とボソン暗黒物質成分の重み付き組み合わせとしてモデル化することにより調査する。 両成分は星全体に分布していると仮定する。 クォーク物質は線形状態方程式（EOS）で記述されるのに対し、ボソン暗黒物質は反発的な自己相互作用を伴うEOSに従う。 これらを単一の有効EOSに統合することにより、二流体系を等価な一流体モデルに縮減し、トールマン・オッペンハイマー・フォルコフ（TOV）方程式を数値的に解いて混成構成の質量半径（M-R）関係を求める。 我々は、暗黒物質の割合、暗黒物質粒子の質量、および自己反発結合強度を変化させることによって星の構造がどのように変化するかを体系的に解析する。 私たちの研究結果は、クォーク物質のMRプロファイルと見かけの位相挙動に明確な変化が見られることを示し、極限天体物理環境における暗黒物質の性質についての知見をもたらす可能性のある観測可能な兆候を示唆しています。 このモデルはまた、XTE J1814-338のような半径の小さい超コンパクト星に対する可能な説明を提供し、混成星としての潜在的な性質を示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We are exploring the possibility of traversable wormholes existing in a more realistic context. Specifically, we are looking at scenarios that don't rely on exotic factors, like having a mass shell at the throat or allowing particles and antiparticles to coexist without annihilation. To do this, we are constructing wormholes with double power-law density distributions, drawing inspiration from the Dehnen-type dark matter halo in the framework of generalized geometry-matter coupling gravity. Our investigation carefully considers the challenges of traversability and stability, as well as the roles of exotic matter, the exoticity parameter, and the anisotropy parameter. We have discovered solutions that describe asymmetric, asymptotically flat traversable wormholes, supported by a smooth metric and double power-law density distributions. These solutions successfully avoid the problems, giving us hope that such wormholes could actually exist in nature. | 我々は、より現実的な状況において、通過可能なワームホールが存在する可能性を探求しています。 具体的には、先端部に質量殻を持つことや、粒子と反粒子が消滅することなく共存することなど、エキゾチックな要因に依存しないシナリオを検討しています。 このために、一般化幾何学-物質結合重力の枠組みにおいて、デーネン型暗黒物質ハローから着想を得て、二重べき乗法則の密度分布を持つワームホールを構築しています。 私たちの研究では、通過可能性と安定性の課題、そしてエキゾチック物質、エキゾチック性パラメータ、異方性パラメータの役割を慎重に検討しています。 そして、滑らかな計量と二重べき乗法則の密度分布によって裏付けられた、非対称で漸近的に平坦な通過可能なワームホールを記述する解を発見しました。 これらの解は問題をうまく回避し、このようなワームホールが自然界に実際に存在する可能性があるという希望を与えています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The stochastic gravitational wave background (SGWB) consists of an incoherent collection of waves from both astrophysical and cosmological sources. To distinguish the SGWB from noise, it is essential to verify its quadrupolar nature, exemplified by the cross-correlations among pairs of pulsars within a pulsar timing array, commonly referred to as the Hellings-Downs curve. We study how this quadrupolar signature manifests in correlations between general GW detector pairs, characterized by their antenna responses. Focusing on space-based missions including laser interferometers (LISA, Taiji, TianQin) and atom interferometers (AEDGE/MAGIS), we demonstrate how orbital motion dynamically modulates detector correlations through time-dependent separations and relative orientation shifts. These modulations encode unique statistical features that serve as definitive markers of the SGWB's quadrupolar nature. Our findings identify optimal configurations for these missions, offer forecasts for the time needed to identify the quadrupolar nature of the SGWB, and are applicable to both space-space and space-terrestrial correlations. | 確率的重力波背景（SGWB）は、天体物理学的および宇宙論的起源の両方からの非干渉性の波動の集合体から構成されています。 SGWBをノイズと区別するためには、ヘリングス・ダウンズ曲線と呼ばれるパルサータイミングアレイ内のパルサーペア間の相互相関に代表される、その四重極特性を検証することが不可欠です。 本研究では、この四重極特性が、アンテナ応答によって特徴付けられる一般的な重力波検出器ペア間の相関にどのように現れるかを研究します。 レーザー干渉計（LISA、Taiji、TianQin）や原子干渉計（AEDGE/MAGIS）などの宇宙ベースのミッションに焦点を当て、軌道運動が時間依存の分離と相対的な向きのシフトを通じて検出器相関をどのように動的に変調するかを示します。 これらの変調は、SGWBの四重極特性を決定づける指標となる独自の統計的特徴を符号化しています。 私たちの研究結果は、これらのミッションに最適な構成を特定し、SGWBの四重極特性を特定するために必要な時間を予測し、宇宙間および宇宙と地球間の相関関係の両方に適用可能です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we explore the cosmological implications of $f(Q)$ gravity with the barotropic fluid satisfying the affine equation of state (EoS). We study the impact of affine EoS on the cosmic evolution in model and derive the functional form $f(Q)$ in this gravity. We show that the non-metricity scalar may describe the unified scenario in which the universe transits from the decelerated expansion into the accelerated expansion. The model parameters are constrained by the Bayesian analysis based on $\chi^{2}$ minimization technique with the observational data of the cosmic chronometer and supernovae type Ia. The cosmic dynamics based on constrained parameters describe the observable universe evolution. The present day values of the cosmological parameters along with the current age of the universe are compatible with the observations. | 本研究では、アフィン状態方程式（EoS）を満たす順圧流体を用いて、$f(Q)$重力の宇宙論的意味を探求する。 アフィンEoSがモデルにおける宇宙進化に与える影響を研究し、この重力における関数形$f(Q)$を導出する。 非計量性スカラーは、宇宙が減速膨張から加速膨張へと遷移する統一シナリオを記述できることを示す。 モデルのパラメータは、宇宙クロノメータとIa型超新星の観測データを用いた$\chi^{2}$最小化手法に基づくベイズ解析によって制約される。 制約されたパラメータに基づく宇宙力学は、観測可能な宇宙進化を記述する。 現在の宇宙論パラメータの値と宇宙の年齢は、観測結果と整合している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a comprehensive Eulerian (Hamiltonian) framework for relativistic fluid dynamics in curved spacetimes, with emphasis on Schwarzschild geometry. The key innovation lies in the consistent use of density and three-velocity fields, all defined in coordinate (Newtonian) time, while fully incorporating relativistic and curvature effects. {\it We stress that the entire dynamics is developed in coordinate (Eulerian) time, from the viewpoint of a static Eulerian observer.} In the non-relativistic regime, it is well known that Poisson brackets between the density $\rho(\vec{x}, t)$ and velocity fields $v^i(\vec{x}, t)$, together with an appropriate Hamiltonian, yield the continuity and Euler equations as Hamiltonian equations of motion. These field-theoretic Poisson brackets can be derived from canonical phase-space brackets defined on Lagrangian variables $(x_i, p_j)$, mapped to Eulerian fields $(\rho, v^i)$. We extend this framework to curved spacetime by constructing a relativistic version of the Eulerian Poisson algebra and proposing a corresponding Hamiltonian. This yields relativistic continuity and Euler equations valid in generic spacetimes, with evolution in coordinate time. Applying this to the Schwarzschild metric, we obtain exact stationary background solutions for radial flows and perform a perturbative stability analysis. We also introduce a generalised vorticity and examine its effect on perturbations over irrotational backgrounds, revealing its role in flow stability. This work offers a unified, first-principles Hamiltonian formulation of relativistic fluid dynamics in curved geometries, forming a foundation for further study of astrophysical and cosmological fluid phenomena. | 我々は、シュワルツシルト幾何学に重点を置き、曲がった時空における相対論的流体力学のための包括的なオイラー（ハミルトニアン）枠組みを提示する。 重要な革新性は、座標（ニュートン）時間で定義された密度場と3元速度場を一貫して使用し、相対論的効果と曲率効果を完全に組み込んでいることにある。 {\it 我々は、静的なオイラー観測者の観点から、全体の力学が座標（オイラー）時間で展開されることを強調する。 } 非相対論的領域では、密度場 $\rho(\vec{x}, t)$ と速度場 $v^i(\vec{x}, t)$ の間のポアソン括弧と適切なハミルトニアンを組み合わせると、連続方程式とオイラー方程式がハミルトン運動方程式として得られることがよく知られている。 これらの場の理論的ポアソン括弧は、ラグランジアン変数 $(x_i, p_j)$ 上に定義され、オイラー場 $(\rho, v^i)$ に写像された標準的な位相空間括弧から導くことができる。 我々はこの枠組みを曲がった時空に拡張するために、オイラーポアソン代数の相対論的バージョンを構築し、対応するハミルトニアンを提案する。 これにより、座標時間における発展を伴う、一般的な時空で有効な相対論的連続性とオイラー方程式が得られる。 これをシュワルツシルト計量に適用することで、径方向流れの正確な定常背景解を得て、摂動論的安定性解析を行う。 また、一般化渦度を導入し、それが非回転背景上の摂動に与える影響を調べ、流れの安定性におけるその役割を明らかにする。 この研究は、曲面形状における相対論的流体力学の統一的な第一原理ハミルトニアン定式化を提示し、天体物理学および宇宙論における流体現象のさらなる研究の基礎を形成する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Similar to particle accelerators, black holes also have the ability to accelerate particles, generating significant amounts of energy through particle collisions. In this study, we examine the horizon and spacetime structures of a rotating black hole within the framework of Einstein-Maxwell-Dilaton gravity. Additionally, we extend the analysis to explore particle collisions and energy extraction near this black hole using the Banados-Silk-West mechanism. Our findings reveal that the mass and angular momentum of the colliding particles significantly influence the center of mass energy, more so than the parameters of the black hole itself. Furthermore, we apply the Banados-Silk-West mechanism to massless particles, particularly photons, while disregarding their intrinsic spin in plasma; an aspect that has not been previously explored. The Banados-Silk-West mechanism cannot be directly applied, as the refractive index condition only permits photon propagation, meaning that massive particles in vacuum cannot be included in this study. We derive the propagation conditions for photons and analyze photon collisions by treating them as massive particles in a dispersive medium. The impact of the plasma parameter on the extracted center of mass energy is also examined. Our results show that the plasma parameter has a relatively weak and unchanged effect on the center of mass energy across all cases, indicating that energy losses due to friction within the medium are a contributing factor. | 粒子加速器と同様に、ブラックホールも粒子を加速する能力を持ち、粒子衝突によって多大なエネルギーを生成します。 本研究では、回転するブラックホールの地平線と時空構造を、アインシュタイン-マクスウェル-ディラトン重力理論の枠組みの中で調べます。 さらに、解析を拡張し、バナドス-シルク-ウェスト機構を用いて、このブラックホール近傍での粒子衝突とエネルギー抽出を探索します。 その結果、衝突粒子の質量と角運動量は、ブラックホール自体のパラメータよりも、質量中心エネルギーに大きな影響を与えることが明らかになりました。 さらに、バナドス-シルク-ウェスト機構を質量のない粒子、特に光子に適用し、プラズマ中の固有スピンを無視します。 これはこれまで検討されていなかった側面です。 バナドス-シルク-ウェスト機構は、屈折率条件が光子の伝播のみを許容するため直接適用できず、真空中の質量粒子は本研究に含めることができない。 本研究では光子の伝播条件を導出し、光子を分散媒質中の質量粒子として扱い、光子衝突を解析する。 また、プラズマパラメータが抽出される質量中心エネルギーに与える影響も検討する。 結果は、プラズマパラメータがすべてのケースにおいて質量中心エネルギーに比較的弱く、変化しない影響しか及ぼさないことを示し、媒質内の摩擦によるエネルギー損失が一因であることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a rigorous definition of quasinormal modes for the Kerr black hole. They are obtained as the discrete set of poles of the meromorphically continued cutoff resolvent. The construction combines the method of complex scaling near asymptotically flat infinity with microlocal methods near the black hole horizon. We study the distribution of quasinormal modes in both the high and low energy regimes. We establish the existence of a high energy spectral gap and exclude the accumulation of quasinormal modes at zero energy. | カーブラックホールの準正規モードの厳密な定義を与える。 これらは、有理型連続カットオフレゾルベントの離散的な極の集合として得られる。 この構成は、漸近平坦無限大近傍における複素スケーリング法と、ブラックホール地平線近傍におけるミクロ局所的手法を組み合わせたものである。 高エネルギー領域と低エネルギー領域の両方における準正規モードの分布を調べる。 高エネルギー領域にスペクトルギャップが存在することを証明し、ゼロエネルギーにおける準正規モードの集積を排除する。 |
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| We revisit scale separation for compactifications of ten- and eleven-dimensional supergravity. For cosmological solutions rolling down flux-generated potentials, we observe that scale separation is achieved as time flows, and is fairly generic. This is realized without the need of orientifolds nor corrections to the classical supergravity approximation. We then confront scale separation with the Covariant Entropy Bound (CEB) and the CKN bound. We show that a naive application of these bounds to vacua hints at the existence of at least two extra dimensions. For rolling solutions, we observe that the CEB is not always respected, but since these examples lack a cosmic horizon, the application of entropy bounds remains delicate. | 10次元および11次元超重力のコンパクト化におけるスケール分離を再考する。 フラックス生成ポテンシャルを下降する宇宙論的解については、時間の流れとしてスケール分離が達成され、かなり一般的なことを観察する。 これは、オリエンティフォールドや古典的な超重力近似に対する補正を必要とせずに実現される。 次に、共変エントロピー境界（CEB）とCKN境界を用いてスケール分離を検討する。 これらの境界を真空に単純に適用すると、少なくとも2つの余剰次元の存在が示唆されることを示す。 回転解については、CEBが常に尊重されるわけではないが、これらの例には宇宙の地平線がないため、エントロピー境界の適用は依然として微妙な問題である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Teukolsky equation describes perturbations of Kerr spacetime and is central to the study of rotating black holes and gravitational waves. In the frequency domain, the Teukolsky equation separates into radial and angular ordinary differential equations. Mano, Suzuki, and Takasugi (MST) found semi-analytic solutions to the homogeneous radial Teukolsky equation in terms of series of analytic special functions. The MST expansions hinge on an auxiliary parameter known as the renormalized angular momentum $\nu$, which one must calculate to ensure the convergence of these series solutions. In this work, we present a method for calculating $\nu$ via monodromy eigenvalues, which capture the behavior of ordinary differential equations and their solutions in the complex domain near their singular points. We directly relate the monodromy data of the radial Teukolsky equation to the parameter $\nu$ and provide a numerical scheme for calculating $\nu$ based on monodromy. With this method we evaluate $\nu$ in different regions of parameter space and analyze the numerical stability of this approach. We also highlight how, through $\nu$, monodromy data are linked to scattering amplitudes for generic (linear) perturbations of Kerr spacetime. | テューコルスキー方程式はカー時空の摂動を記述し、回転ブラックホールと重力波の研究において中心的な役割を果たしています。 周波数領域において、テューコルスキー方程式はラジアル常微分方程式と角常微分方程式に分離します。 Mano, Suzuki, Takasugi (MST) は、解析特殊関数の級数を用いて、同次ラジアルテューコルスキー方程式の半解析解を見出しました。 MST展開は、これらの級数解の収束を保証するために計算しなければならない、繰り込み角運動量 $\nu$ と呼ばれる補助パラメータに依存しています。 本研究では、モノドロミー固有値を用いて $\nu$ を計算する手法を提示します。 モノドロミー固有値は、複素領域における常微分方程式とその解の特異点近傍での挙動を捉えます。 我々は、ラジアルテューコルスキー方程式のモノドロミーデータをパラメータ $\nu$ に直接関連付け、モノドロミーに基づいて $\nu$ を計算するための数値スキームを提供します。 この手法を用いて、パラメータ空間の様々な領域における$\nu$を評価し、この手法の数値安定性を解析する。 また、$\nu$を通して、モノドロミーデータがカー時空の一般的な（線形）摂動に対する散乱振幅とどのように結びつくかを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a novel type of soliton dubbed soft oscillons. In contrast with conventional oscillons the soft counterparts come in a continuum of unboundedly large sizes. They are peculiar also in that the oscillation frequency is set by their size and in their high harmonic content, that leads to a peculiar core structure and pulsating emission of radiation. Soft oscillons appear in a broad class of scalar field theories with plateau potentials and owe their existence to a simple confinement mechanism: a large field perturbation automatically acts as a cavity that traps massless modes. We study the classical evaporation rate, lifetime and stability under anisotropic deformations. Soft oscillons are longer lived in gapless models, where lifetimes can reach 100 times the initial radius or more. | 我々は、ソフト・オシロンと呼ばれる新しいタイプのソリトンを提示する。 従来のオシロンとは対照的に、ソフト・オシロンは際限なく大きなサイズの連続体として現れる。 また、振動周波数がサイズによって決まり、高い高調波成分を含むという点でも特異であり、これが特異なコア構造と脈動的な放射をもたらす。 ソフト・オシロンは、プラトーポテンシャルを持つスカラー場の理論の広範なクラスに現れ、その存在は単純な閉じ込め機構に起因している。 すなわち、大きな場の摂動が自動的に質量ゼロのモードを閉じ込める空洞として作用する。 我々は、異方性変形下における古典的な蒸発速度、寿命、および安定性を調べる。 ソフト・オシロンはギャップレス・モデルではより長寿命であり、寿命は初期半径の100倍以上に達することもある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We scrutinize the reported lensing anomaly of the CMB by considering several phenomenological modifications of the lensing consistency parameter, $A_{\rm L}$. Considering Planck spectra alone, we find statisically significant evidence for scale dependence (`running') of $A_{\rm L}$. We then demonstrate that the anomaly is entirely driven by Planck's low multipoles, $\ell \leq 30$. When these data points are excluded a joint analysis with several other datasets clearly favors $\Lambda$CDM over the extended $\Lambda \rm CDM+A_L$ model. Not only that the lensing anomaly and low $\ell$ anomaly of the CMB go away in this case, but also the $S_8$ tension is ameliorated, and only the Hubble tension persists. | 我々は、CMBのレンズ異常について、レンズ整合パラメータ$A_{\rm L}$のいくつかの現象論的修正を考慮することで、報告されているレンズ異常を精査する。 プランクスペクトルのみを考慮すると、$A_{\rm L}$のスケール依存性（「ランニング」）の統計的に有意な証拠が見出される。 そして、この異常はプランクの低多重極子$\ell \leq 30$によって完全に駆動されていることを示す。 これらのデータ点を除外すると、他のいくつかのデータセットとの共同解析は、拡張$\Lambda \rm CDM+A_L$モデルよりも明らかに$\Lambda$CDMを支持する。 この場合、CMBのレンズ異常と低$\ell$異常が消失するだけでなく、$S_8$張力も緩和され、ハッブル張力のみが持続する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| QFT vector models are a newly developed approach to quantum gravity. In this proceedings paper, we review in short form some basic definitions and properties related to these models, and point out directions for future research. | QFTベクトル模型は、量子重力に対する新しく開発されたアプローチです。 本論文では、これらのモデルに関連するいくつかの基本的な定義と性質を簡単に概説し、今後の研究の方向性を示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a parametrised model to describe the formation and evolution of massive black holes, designed for comparisons with both electromagnetic and gravitational wave observations. Using an extended Press-Schechter formalism, we generate dark matter halo merger trees. We then seed and evolve massive black holes through parameterised prescriptions. This approach, which avoids solving differential equations, is computationally efficient, enabling us to analyse observational data and infer the parameters of our model in a fully Bayesian framework. We find that observations of the black hole luminosity function are compatible with the nHz gravitational wave signal (likely) measured by PTAs, provided we allow for an increased luminosity function at high redshift ($4-7$), as recently suggested by JWST observations. Our model can simultaneously reproduce the bulk of the $M_*-M_{\rm BH}$ relation at $z-0$, as well as its outliers, something cosmological simulations struggle to do. The inferred model parameters are consistent with expectations from observations and more complex simulations: They favour heavier black hole seeds and short delays between halo and black hole mergers, while requiring supper-Edington accretion episodes lasting a few tens of million years, which in our model are linked to galaxy mergers. We find accretion to be suppressed in the most massive black holes below $z\simeq 2.5$, consistently with the anti-hierarchical growth hypothesis. Finally, our predictions for LISA, although fairly broad, are in agreement with previous models. Our model offers a new perspective on the apparent tensions between the black hole luminosity function and the latest JWST and PTA results. Its flexibility makes it ideal to fully exploit the potential of future gravitational wave observations of massive black hole binaries with LISA. | 我々は、電磁波観測と重力波観測の両方と比較するために設計された、巨大ブラックホールの形成と進化を記述するパラメータ化モデルを開発した。 拡張プレス・シェヒター形式を用いて、暗黒物質ハロー合体ツリーを生成する。 次に、パラメータ化された処方箋を用いて巨大ブラックホールの種をまき、進化させる。 微分方程式を解く必要がないこのアプローチは計算効率が高く、観測データを分析し、完全なベイズ的枠組みでモデルのパラメータを推定することを可能にする。 ブラックホールの光度関数の観測は、PTAによって測定されたnHz重力波信号と（おそらく）整合することがわかった。 ただし、最近JWST観測によって示唆されたように、高赤方偏移（4-7）で光度関数が増加することを考慮に入れなければならない。 我々のモデルは、$z-0$における$M_*-M_{\rm BH}$関係の大部分とその外れ値を同時に再現することができるが、これは宇宙論的シミュレーションでは困難である。 推定されたモデルパラメータは、観測やより複雑なシミュレーションからの予測と整合している。 すなわち、より重いブラックホールの種と、ハローとブラックホールの合体間の短い遅延を支持する一方で、数千万年続くスーパーエディントン降着エピソードを必要とし、これは我々のモデルでは銀河合体と関連付けられている。 $z\simeq 2.5$未満の最も質量の大きいブラックホールでは、降着が抑制されていることが分かり、これは反階層的成長仮説と一致している。 最後に、LISAに関する我々の予測は、かなり大まかではあるが、以前のモデルと一致している。 我々のモデルは、ブラックホールの光度関数と最新のJWSTおよびPTAの結果との間の見かけ上の緊張関係に新たな視点を提供する。 その柔軟性により、LISAによる将来の巨大ブラックホール連星の重力波観測の可能性を最大限に活用するのに理想的です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The horizon of black hole is surrounded by the photon sphere and an outside observer cannot easily examine the geometry inside the photon sphere. In this note, we propose a way to investigate the region from dual conformal field theory by making use of AdS/CFT correspondence. We first construct gravastar geometry as an asymptotic anti-de Sitter spacetime, where the region inside the photon sphere is replaced by a horizon-less geometry. It is known that bulk-cone singularities in the retarded Green function in dual conformal field theory can encode the bulk null geodesics. We then compute numerically the retarded Green function from the bulk theory and observe bulk-cone singularities corresponding to null geodesics traveling into the interior region. In this way, we show that it is possible to examine the region inside the photon sphere from bulk-cone singularities of dual conformal field theory. | ブラックホールの地平線は光子球に囲まれており、外部の観測者は光子球内の幾何学的構造を容易に調べることができない。 本稿では、AdS/CFT対応を用いて、双対共形場理論からこの領域を調べる方法を提案する。 まず、漸近反ド・ジッター時空として重力星幾何学を構築し、光子球内の領域を地平線のない幾何学に置き換える。 双対共形場理論における遅延グリーン関数のバルク円錐特異点は、バルクのヌル測地線を符号化できることが知られている。 次に、バルク理論から遅延グリーン関数を数値的に計算し、内部領域に伝播するヌル測地線に対応するバルク円錐特異点を観測する。 このようにして、双対共形場理論のバルク円錐特異点から光子球内の領域を調べることが可能であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We evolve for the first time in full general relativity a small, collisional N-body black hole cluster of arbitrary total mass M. The bound cluster is initially compact (radius R/M~10), stable, and consists of 25 equal-mass, nonspinning black holes. The dynamical interactions of compact objects in N-body clusters is of great interest for the formation of black holes in the upper mass gap as well as intermediate and supermassive black holes. These are potential sources of gravitational waves that may be detected by both current and future observatories. Unlike previous N-body Newtonian and post-Newtonian simulations, no "subgrid physics" is required to handle collisions and mergers. We can therefore confirm in full general relativity several predictions from these simulations and analytic estimates: the runaway growth of a large black hole via repeated mergers; spindown of the central black hole with increasing captures; the ejection of a black hole with a large asymptotic velocity due to a several-body interaction; and a regime where mergers occur primarily via direct collisions on highly eccentric orbits instead of quasicircular inspirals. We extract the gravitational wave signal and find it has several distinct features associated with the compact cluster regime. Our results suggest the signal is sufficiently loud that next generation observatories would likely be able to detect similar events across most of the observable universe. This work is a preliminary proof-of-principle study that we hope will open up a new arena for numerical relativity and the study of N-body compact systems. | 我々は初めて、完全な一般相対論において、任意の総質量Mを持つ小型の衝突型N体ブラックホールクラスターを発展させた。 このクラスターは、初期状態ではコンパクト（半径R/M≒10）で安定しており、25個の等質量非自転ブラックホールから構成される。 N体クラスター内のコンパクト天体の動的相互作用は、大質量ギャップにおけるブラックホール、ならびに中質量・超大質量ブラックホールの形成において非常に興味深い。 これらは、現在および将来の観測所によって検出される可能性のある重力波の潜在的な発生源である。 これまでのN体ニュートン力学およびポストニュートン力学シミュレーションとは異なり、衝突や合体を扱うために「サブグリッド物理」は必要ない。 したがって、これらのシミュレーションと解析的推定から、完全な一般相対論においていくつかの予測を確認することができる。 それは、繰り返しの合体による巨大ブラックホールの暴走成長、捕獲数の増加に伴う中心ブラックホールのスピンダウンなどである。 多体相互作用による大きな漸近速度を持つブラックホールの放出、そして準円弧インスパイラルではなく、主に高離心率軌道上の直接衝突によって合体が起こる領域。 我々は重力波信号を抽出し、それがコンパクトクラスター領域に関連するいくつかの明確な特徴を持つことを発見した。 我々の結果は、信号が十分に大きく、次世代の観測所が観測可能な宇宙の大部分で同様の事象を検出できる可能性が高いことを示唆している。 本研究は、数値相対論とN体コンパクト系の研究に新たな分野を開くことを期待する、原理実証のための予備的な研究である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a nonperturbative completion of two-point correlators in $T\bar{T}$-deformed conformal field theories (CFTs), and analyze their behavior at distance scales shorter than the fundamental length scale set by the $T\bar{T}$ deformation. Building on the interpretation of the $T\bar{T}$ deformation as a coupling to two-dimensional quantum gravity with a unique built-in length scale, we advance the study of $T\bar{T}$-deformed CFTs as a toy model for Planckian physics. As we probe shorter distances, trans-Planckian oscillations are followed by a super-Planckian regime in which correlations are typically suppressed by geometric randomness, in contrast to the power-law growth characteristic of CFTs. Moreover, their dependence on distance becomes exponentially weaker, suggesting that the underlying geometric structure has been largely erased -- a behavior broadly consistent with expectations for quantum spacetime in this regime. | 我々は、$T\bar{T}$ 変形共形場理論 (CFT) における2点相関関数の非摂動論的完備化を提案し、$T\bar{T}$ 変形によって設定される基本的な長さスケールよりも短い距離スケールにおけるその挙動を解析する。 $T\bar{T}$ 変形を、固有の長さスケールを組み込んだ2次元量子重力への結合として解釈することに基づき、$T\bar{T}$ 変形 CFT をプランク物理学の玩具モデルとして研究を進める。 より短い距離を調べると、トランスプランク振動に続いて超プランク領域が現れ、そこでは CFT のべき乗則成長特性とは対照的に、相関は典型的には幾何学的ランダム性によって抑制される。 さらに、距離への依存性は指数関数的に弱まり、基礎となる幾何学的構造が大部分消去されたことを示唆しています。 これは、この領域における量子時空に対する期待と概ね一致する挙動です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a systematic study of the Starobinsky-Higgs inflation model in the presence of an additional cubic term of the Ricci scalar. We investigate, in particular, the effects of the cubic term on the spectral index $n_s$ and the tensor-to-scalar ratio $r$. Through both analytical and numerical analyses, we show that the $R^3$-corrected Starobinsky-Higgs model can achieve compatibility with cosmic microwave background observations while producing distinct observational signatures with different frequency ranges. In addition, we discuss the complementarity between different observational probes, including the scalar-induced gravitational waves and spectral distortions, offering an independent probe of the enhanced curvature perturbations. Detection prospects are also discussed. | 我々は、リッチスカラーの3次項が加わったスタロビンスキー-ヒッグスインフレーション模型の系統的研究を行う。 特に、3次項がスペクトル指数$n_s$とテンソル-スカラー比$r$に与える影響を調査する。 解析的解析と数値解析の両方を通して、$R^3$補正スタロビンスキー-ヒッグス模型は、異なる周波数範囲で異なる観測シグネチャーを生成しながら、宇宙マイクロ波背景放射の観測との整合性を達成できることを示す。 さらに、スカラー誘起重力波やスペクトル歪みといった異なる観測プローブ間の相補性についても議論し、増大した曲率摂動の独立したプローブを提供する。 検出の見通しについても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The density fluctuations in the nearly homogeneous background in the very early universe are argued to be the origin of the cosmic structures we observe in our present universe. Along with many other structures, these fluctuations would have also given rise to primordial black holes at the end of unhindered gravitational collapse of high-density matter blobs that developed due to these fluctuations. We study here such a collapse, which are seeded by a scalar field $\phi$ associated to a non-trivial potential function $V(\phi)$, minimally coupled to gravity. Such a continual collapse is presumed to form a black hole always and is named a primordial black hole (PBH). Examining the dynamics of such a collapse, we find the parameter range where the apparent horizon does not form, thus resulting in the visibility of the final singularity of collapse for faraway external observers. This treatment is within the classical limits dictated by Planck's constraints. The slow-roll parameters are analysed here to keep the relic abundance of the scalar field high enough so that the abundance of produced primordial naked singularities (PNaSs) falls within the range of resolution of possible observational probes. | 初期宇宙におけるほぼ均一な背景の密度揺らぎは、現在の宇宙で観測される宇宙構造の起源であると主張されています。 これらの揺らぎは、他の多くの構造と同様に、揺らぎによって発達した高密度物質塊の妨げのない重力崩壊の末に、原始ブラックホールをも生み出したと考えられます。 本研究では、重力と最小限に結合した非自明なポテンシャル関数$V(\phi)$に付随するスカラー場$\phi$によって発生する、そのような崩壊を研究します。 このような継続的な崩壊は常にブラックホールを形成すると仮定され、原始ブラックホール（PBH）と名付けられています。 このような崩壊のダイナミクスを解析することで、見かけの地平線が形成されないパラメータ範囲が見つかり、その結果、遠方の外部観測者から崩壊の最終特異点が見えるようになります。 この扱いは、プランクの制約によって規定される古典的な限界の範囲内です。 ここでスローロールパラメータを解析するのは、スカラー場の残存質量を十分に高く保ち、生成される原始裸特異点（PNaS）の質量が観測可能なプローブの分解能の範囲内に収まるようにするためである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The positive and negative energy modes of a field theory in $\kappa$-Minkowski/$\kappa$-Poincar\'e noncommutative spacetime have very different symmetry properties. This can be understood geometrically by considering that they span two distinct sectors of a curved momentum space. It seems that because of this asymmetry, charge conjugation and Poincar\'e invariance are incompatible. However, the structure of momentum space suggests that time reversal could be deformed so that the overall CPT-invariance is restored. We test these features by calculating explicitly the whole set of Noether charges associated with continuous relativistic symmetries within the canonical formalism, and study their transformation properties under deformed discrete symmetries. | $\kappa$-ミンコフスキー/$\kappa$-ポアンカレ非可換時空における場の理論の正エネルギーモードと負エネルギーモードは、非常に異なる対称性特性を持つ。 これは、それらが曲がった運動量空間の2つの異なるセクターに広がると考えることで幾何学的に理解できる。 この非対称性のために、電荷共役とポアンカレ不変性は両立しないように見える。 しかし、運動量空間の構造は、時間反転を変形することで全体的なCPT不変性が回復できることを示唆している。 我々は、正準形式論の範囲内で連続的な相対論的対称性に関連するノイザー電荷の集合全体を明示的に計算することによりこれらの特徴を検証し、変形された離散対称性の下でのそれらの変換特性を調べる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Rendering images of black holes by utilizing ray tracing techniques is a common methodology employed in many aspects of scientific and astrophysical visualizations. Similarly, general ray tracing techniques are widely used in areas related to computer graphics. In this work we describe the implementation of a parallel open-source program that can ray trace images in the presence of a black hole geometry. We do this by combining a couple of different techniques usually present in parallel scientific computing, such as, mathematical approximations, utilization of scientific libraries, shared-memory and distributed-memory parallelism. | レイトレーシング技術を用いたブラックホール画像のレンダリングは、科学および天体物理学の可視化の多くの側面で用いられる一般的な手法です。 同様に、一般的なレイトレーシング技術は、コンピュータグラフィックス関連の分野でも広く用いられています。 本研究では、ブラックホール形状が存在する状況下で画像をレイトレーシングできる並列オープンソースプログラムの実装について説明します。 これは、数学的近似、科学ライブラリの利用、共有メモリおよび分散メモリ並列処理など、並列科学計算で一般的に用いられるいくつかの異なる手法を組み合わせることで実現します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The uniqueness theorems for general relativity and Yang-Mills theories can be circumvented by dropping the ubiquitous, yet often implicit, assumption that physical fields, such as the spacetime metric, are fundamental. The novel concept of emergent fields makes it possible to construct modified theories of gravity and forces where the spacetime metric and strength tensor fields emerge from a covariance analysis in the canonical formulation with nontrivial relations to the fundamental phase space and no additional degrees of freedom are required. This is an example of a post-Einstein-Yang-Mills theory that implies new physics. In particular, explicit realizations of the theory in symmetry-reduced systems have shown robust resolutions of the singularities that plague the classical theories in regions of extreme spacetime curvature, including nonsingular (SU(2)xU(1)-charged) black holes with a cosmologial constant and collapsing solutions, as well as Gowdy and FLRW cosmologies. Further applications include modifications in the spectrum of quasinormal modes and in the evaporation process of black holes, as well as relativistic formulations of long-range gravitational effects capable of modeling MOND as an alternative solution to the dark matter problem. New results here include an extension of the spherically symmetric system that couples SU(2) gauge fields and the generalization of previous dynamical, homogeneous solutions. | 一般相対論とヤン＝ミルズ理論の一意性定理は、時空計量のような物理場が基本的であるという、普遍的でありながらしばしば暗黙の仮定を放棄することによって回避できる。 創発場という新しい概念は、時空計量と強度テンソル場が、基本位相空間との非自明な関係を持ち、追加の自由度を必要としない標準的な定式における共分散分析から創発される、重力と力の修正理論の構築を可能にする。 これは、新しい物理学を示唆するポスト・アインシュタイン＝ヤン＝ミルズ理論の一例である。 特に、対称性が縮小された系における理論の明示的実現は、時空が極端に曲がった領域における古典理論を悩ませてきた特異点のロバストな解決を示しました。 これには、宇宙定数を持つ非特異（SU(2)×U(1)荷電）ブラックホールや崩壊解、ガウディ宇宙論やFLRW宇宙論が含まれます。 さらなる応用としては、準基準モードのスペクトルやブラックホールの蒸発過程の修正、そしてMONDを暗黒物質問題に対する代替解としてモデル化できる長距離重力効果の相対論的定式化などがあります。 ここでの新しい結果には、SU(2)ゲージ場を結合する球対称系の拡張と、これまでの力学的同次解の一般化が含まれます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Universal cosmologies are exact solutions of 10d type IIA supergravity containing a 4d Friedmann-Lema\^{i}tre-Robertson-Walker factor, that can also be repackaged as solutions of 4d models, i.e. as 4d consistent truncations. We extend the dynamical system analysis of universal cosmologies, beyond the case of a single exponential potential. For an open universe (negative 3d spatial curvature), these models generally possess many desirable features: parametric control of e-folds, late-time acceleration from potentials with steep exponentials (i.e. in accordance with swampland bounds), small string-loop and $\alpha'$-corrections, scale separation and/or absence of decompactification. | 普遍宇宙論は、4次元フリードマン・レマ・トレ・ロバートソン・ウォーカー因子を含む10次元IIA型超重力の厳密解であり、4次元モデルの解、すなわち4次元整合切断として再パッケージ化することもできる。 我々は、単一の指数関数型ポテンシャルの場合を超えて、普遍宇宙論の力学系解析を拡張する。 開宇宙（負の3次元空間曲率）の場合、これらのモデルは一般に多くの望ましい特徴を持つ。 例えば、eフォールドのパラメトリック制御、急峻な指数関数型ポテンシャル（すなわち、スワンプランド境界に従う）からの遅れ時間加速、小さなストリングループおよび$\alpha'$補正、スケール分離、および/またはデコンパクト化の欠如などである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Dark matter (DM) remains undetected, and developing theoretical models such as the promising perfect fluid dark matter (PFDM) is a key challenge in modern cosmology. In this work, we investigate the quantum characteristics of PFDM by analyzing the behavior of quantum entanglement and coherence for both fermionic and bosonic fields near a Schwarzschild black hole embedded in a PFDM halo. Our results reveal that PFDM can either enhance or degrade quantum entanglement and coherence, depending sensitively on its density. Notably, bosonic entanglement shows greater susceptibility to PFDM effects compared to fermionic entanglement, while fermionic coherence exhibits a stronger dependence on PFDM than its bosonic counterpart. These findings highlight the necessity of selecting appropriate quantum probes for DM detection based on the type of quantum resources, as different quantum fields exhibit significantly different responses to PFDM in curved spacetime. | 暗黒物質（DM）は未だ検出されておらず、有望な完全流体暗黒物質（PFDM）などの理論モデルの開発は、現代宇宙論における重要な課題です。 本研究では、PFDMハローに埋め込まれたシュワルツシルトブラックホール近傍のフェルミオンおよびボソン場における量子エンタングルメントとコヒーレンスの挙動を解析することにより、PFDMの量子特性を調査します。 その結果、PFDMは密度に敏感に依存して、量子エンタングルメントとコヒーレンスを増強または劣化させることが明らかになりました。 特に、ボソンエンタングルメントはフェルミオンエンタングルメントと比較してPFDMの影響をより強く受けやすく、一方、フェルミオンコヒーレンスはボソンコヒーレンスよりもPFDMへの依存性が強いことが示されました。 これらの研究結果は、異なる量子場が曲がった時空におけるPFDMに対して著しく異なる応答を示すため、量子資源の種類に基づいてDM検出に適した量子プローブを選択する必要性を浮き彫りにしている。 |
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| Progress in gravitational-wave astronomy depends upon having sensitive detectors with good data quality. Since the end of the LIGO-Virgo-KAGRA third Observing run in March 2020, detector-characterization efforts have lead to increased sensitivity of the detectors, swifter validation of gravitational-wave candidates and improved tools used for data-quality products. In this article, we discuss these efforts in detail and their impact on our ability to detect and study gravitational-waves. These include the multiple instrumental investigations that led to reduction in transient noise, along with the work to improve software tools used to examine the detectors data-quality. We end with a brief discussion on the role and requirements of detector characterization as the sensitivity of our detectors further improves in the future Observing runs. | 重力波天文学の進歩は、優れたデータ品質を備えた高感度検出器の存在にかかっています。 2020年3月にLIGO-Virgo-KAGRAによる第3回観測が終了して以来、検出器特性評価の取り組みにより、検出器の感度向上、重力波候補の検証迅速化、データ品質製品に使用されるツールの改善が実現しました。 本稿では、これらの取り組みと、重力波の検出と研究能力への影響について詳細に考察します。 これには、過渡ノイズの低減につながった複数の機器調査と、検出器のデータ品質を検証するためのソフトウェアツールの改善作業が含まれます。 最後に、今後の観測で検出器の感度がさらに向上するにつれて、検出器特性評価の役割と要件について簡単に考察します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The gravitational path integral suggests a striking result: the Hilbert space of closed universes in each superselection sector, a so-called $\alpha$-sector, is one-dimensional. We develop an abstract formalism encapsulating recent proposals that modify the gravitational path integral in the presence of observers and allow larger Hilbert spaces to be associated with closed universes. Our formalism regards the gravitational path integral as a map from abstract objects called sources to complex numbers, and introduces additional objects called partial sources, which form sources when glued together. We apply this formalism to treat, on equal footing, universes with spatial boundaries, closed universes with prescribed observer worldlines, and closed universes containing observers entangled with external systems. In these contexts, the relevant gravitational Hilbert spaces contain states prepared by partial sources and can consequently have nontrivial $\alpha$-sectors supporting noncommuting operators. Within our general framework, the positivity of the gravitational inner product implies a bound on the Hilbert space trace of certain positive operators over each $\alpha$-sector. The trace of such operators, in turn, quantifies the effective size of this Hilbert space. | 重力経路積分は、驚くべき結果を示唆する。 すなわち、各超選択セクター（いわゆる$\alpha$セクター）内の閉宇宙のヒルベルト空間は1次元である。 我々は、観測者の存在下での重力経路積分を修正し、より大きなヒルベルト空間を閉宇宙に関連付けることを可能にする最近の提案を包含する抽象的な形式論を展開する。 我々の形式論は、重力経路積分を、ソースと呼ばれる抽象的なオブジェクトから複素数への写像とみなし、部分ソースと呼ばれる追加のオブジェクトを導入する。 部分ソースは、互いに接着されるとソースを形成する。 我々はこの形式論を適用して、空間境界を持つ宇宙、規定された観測者世界線を持つ閉宇宙、そして外部システムとエンタングルメントした観測者を含む閉宇宙を、同等に扱う。 これらの文脈において、関連する重力ヒルベルト空間は部分源によって準備された状態を含み、その結果、非可換作用素を支える非自明な$\alpha$セクターを持つ可能性がある。 我々の一般的な枠組みでは、重力内積の正値は、各$\alpha$セクター上の特定の正作用素のヒルベルト空間トレースに上限を与えることを意味する。 そして、そのような作用素のトレースは、このヒルベルト空間の有効サイズを量化する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The original Kerr theorem provides the foundation for Kerr-Schild transformations by classifying all shear-free and geodesic null congruences in flat spacetime; the key ingredient of the Kerr-Schild ansatz. However, due to the high level of degeneracy of the outcome it is often less practical than its symmetric refinements, which may single out congruences leading to physically significant spacetimes by imposing relevant symmetries. An illustrative example is the stationary axisymmetric version of Kerr theorem which has been shown to lead directly and uniquely to the Kerr black hole in vacuum. In this work, we propose a new symmetric refinement of the Kerr theorem by boosting the stationary symmetry into its ultrarelativistic limit to achieve invariance under null translations, while keeping axisymmetry. Under these assumptions, the classification yields only two distinct congruences. The first congruence is covariantly constant and, through the Kerr-Schild ansatz, evidently yields an axisymmetric pp-wave. The vacuum axisymmetric profile of this pp-wave displays a logarithmic dependence on the polar radius, characteristic of the exterior gravitational field of the Bonnor light beam, and includes as a special case the Aichelburg-Sexl ultrarelativistic limit of the Schwarzschild black hole. The Kerr-Schild transformation of the second congruence gives rise to a non-trivial vacuum solution recently reported in [Phys. Rev. D 112, 024020 (2025)]. Using circularity and appropriately fixing the reparameterization invariance of the orthogonal manifold to the Killing fields, we show that the latter solution corresponds to the well-known Taub-NUT spacetime with planar topology. These results emphasize how symmetry-based refinements of the Kerr theorem constitute a powerful tool to constructing physically essential spacetimes. | 元のカー定理は、平坦時空におけるすべてのシアフリーおよび測地線ヌル合同を分類することにより、カー・シルト変換の基礎を提供する。 これはカー・シルト仮説の重要な要素である。 しかし、その結果の高度な退化のため、多くの場合、関連する対称性を課すことで物理的に重要な時空につながる合同を選び出す対称的な改良よりも実用的ではない。 一例として、カー定理の定常軸対称版が挙げられ、これは真空中のカーブラックホールに直接かつ一意につながることが示されている。 本研究では、定常対称性を超相対論的極限まで高めることで、軸対称性を維持しながらヌル並進に対する不変性を実現する、カー定理の新たな対称的改良を提案する。 これらの仮定の下では、この分類は2つの異なる合同のみを生成する。 最初の合同式は共変定数であり、カー・シルト仮説を通して明らかに軸対称pp波を生み出す。 このpp波の真空軸対称プロファイルは、ボンナー光ビームの外部重力場の特性である極半径に対数的依存性を示し、特別な例としてシュワルツシルトブラックホールのアイヒェルブルグ・セクスル超相対論的極限を含む。 2番目の合同式のカー・シルト変換は、最近[Phys. Rev. D 112, 024020(2025)]で報告された非自明な真空解を生み出す。 円形性を用い、直交多様体のキリング場に対する再パラメータ化不変性を適切に固定することにより、後者の解が平面位相を持つよく知られたタウブ-NUT時空に対応することを示す。 これらの結果は、カー定理の対称性に基づく改良が、物理的に本質的な時空を構築するための強力なツールとなることを強調しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Parameter estimation (PE) for compact binary coalescence (CBC) events observed by gravitational wave (GW) laser interferometers is a core task in GW astrophysics. We present a method to compute the posterior distribution efficiently without relying on stochastic samplers. First, we show how to select sets of intrinsic and extrinsic parameters that efficiently cover the relevant phase space. We then show how to compute the likelihood for all combinations of these parameters using dot products. We describe how to assess and tune the integration accuracy, making the outcome predictable and adaptable to different applications. The low computational cost allows full PE in minutes on a single CPU, with the potential for further acceleration using multiple CPUs or GPUs. We implement this method in the $\texttt{dot-PE}$ package, enabling sensitive searches using the full evidence integral for precessing CBCs and supporting large waveform banks ($\sim10^6$ waveforms), regardless of waveform generation cost. | 重力波（GW）レーザー干渉計によって観測されるコンパクトバイナリーコアレッセンス（CBC）事象のパラメータ推定（PE）は、重力波天体物理学における中核的な課題です。 本研究では、確率的サンプラーに依存せずに事後分布を効率的に計算する手法を提示します。 まず、関連する位相空間を効率的にカバーする内部パラメータと外部パラメータのセットを選択する方法を示します。 次に、ドット積を用いてこれらのパラメータのすべての組み合わせの尤度を計算する方法を示します。 積分精度を評価および調整し、結果を予測可能にし、さまざまなアプリケーションに適応できるようにする方法を説明します。 計算コストが低いため、単一のCPUで数分で完全なPEを実行でき、複数のCPUまたはGPUを使用することでさらに高速化できる可能性があります。 この手法は$\texttt{dot-PE}$パッケージに実装されており、歳差運動CBCの完全な証拠積分を用いた高感度な探索を可能にし、波形生成コストに関わらず、大規模な波形バンク（$\sim10^6$波形）をサポートします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the present work we analyze two different models of interaction between dark energy and dark matter, also known as vacuum decay models or $\Lambda(t)$CDM models. In both models, when the $H_0$ parameter is constrained by the Planck distance priors, its value is compatible with a higher value of $H_0$, in agreement with SH0ES data, while simultaneously reducing the values of $\Omega_m$ and $\Omega_b$. In both models, we find $H_0=73.1\pm0.86$ at 68\% c.l. by combining Planck+SH0ES data. We also find the decay parameter to be $\varepsilon=0.0197^{+0.0032}_{-0.0027}$ for one model and $\varepsilon=0.0203\pm0.0034$ for the other one. From these analyses, a noninteracting model is excluded at least at $6\sigma$ c.l.! This shows that these types of models are promising in solving or at least alleviating the $H_0$ tension problem. Our analysis also shows a preference for the decay of vacuum into dark matter, in agreement to thermodynamic analyses. | 本研究では、真空崩壊モデルまたは$\Lambda(t)$CDMモデルとしても知られる、ダークエネルギーとダークマターの相互作用に関する2つの異なるモデルを解析する。 どちらのモデルにおいても、$H_0$パラメータがプランク距離事前分布によって制約されている場合、その値はSH0ESデータと一致してより高い$H_0$値と両立し、同時に$\Omega_m$と$\Omega_b$の値は減少する。 プランクデータとSH0ESデータを組み合わせることで、どちらのモデルでも68\% c.l.で$H_0=73.1\pm0.86$が得られる。 また、一方のモデルでは崩壊パラメータは$\varepsilon=0.0197^{+0.0032}_{-0.0027}$、もう一方のモデルでは$\varepsilon=0.0203\pm0.0034$であることがわかった。 これらの解析から、少なくとも$6\sigma$ c.l.において非相互作用モデルは排除されます！これは、この種のモデルが$H_0$張力問題の解決、あるいは少なくとも緩和に有望であることを示しています。 また、我々の解析は、熱力学的解析と一致して、真空が暗黒物質へと崩壊する傾向を示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In Jackiw-Teitelboim (JT) gravity, which is dual to a random matrix ensemble, the annealed entropy differs from the quenched entropy at low temperatures and goes negative. However, computing the quenched entropy in JT gravity requires a replica limit that is poorly understood. To circumvent this, we define an intermediate quantity called the semi-quenched entropy, which has the positivity properties of the quenched entropy, while requiring a much simpler replica trick. We compute this in JT gravity in different regimes using i) a bulk calculation involving wormholes corresponding to the Airy limit of the dual matrix integral and ii) a boundary calculation involving one-eigenvalue instantons, demonstrating consistency between these two calculations in their common regime of validity. We also clarify why a recent attempt to compute the quenched entropy using one-eigenvalue instantons is unreliable due to a breakdown of the saddle-point approximation for the one-eigenvalue instanton in the replica limit. | ランダム行列アンサンブルの双対であるJackiw-Teitelboim (JT)重力において、アニールエントロピーは低温でクエンチエントロピーとは異なり、負の値をとる。 しかし、JT重力においてクエンチエントロピーを計算するには、十分に理解されていないレプリカ極限が必要となる。 これを回避するため、我々はセミクエンチエントロピーと呼ばれる中間量を定義する。 セミクエンチエントロピーはクエンチエントロピーの正値特性を持ちながら、はるかに単純なレプリカトリックを必要とする。 我々は、JT重力において、i) 双対行列積分のエアリー極限に対応するワームホールを含むバルク計算と、ii) 1固有値インスタントンを含む境界計算を用いて、異なる領域でこれを計算し、これら2つの計算が共通の妥当性領域で一貫していることを示す。 また、1固有値インスタントンを用いてクエンチエントロピーを計算する最近の試みが、レプリカ極限における1固有値インスタントンの鞍点近似の破綻のために信頼できない理由も明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The latest detection of GW231123, a binary black hole (BH) merger with exceptionally large masses and high spins for the incoming components, has been suggested as a smoking gun for hierarchical formation. In this scenario, a first generation of BHs resulting from collapsing stars form in a dense environment. Here they can assemble dynamically and undergo subsequent mergers. We discuss three challenges for the formation of a GW231123-like event inside a star cluster: 1) The high masses of the incoming BHs appear to be in the predicted pair-instability mass gap and thus suggest that second-generation or higher-order generation BHs are involved. 2) Very high spins ($\chi_f \gtrsim 0.8$) are very unlikely for dynamically assembled BHs because of the isotropic distribution of spin vectors. 3) Hierarchically formed BHs are susceptible to receive large recoils, which could kick them out of their cluster. We simulate this scenario and show that only a few percent of mergers recover remnants within GW231123's primary spin estimate $\chi_1=0.9^{+0.10}_{-0.19}$ and are retained inside typical star clusters. A large fraction of very rapidly spinning second-generation BHs (including $\chi_f>0.9$) can only form if the first-generation BHs merges with aligned spins. This is a natural outcome of massive binary star evolution scenarios, such as a chemically homogeneous evolution. This scenario also predicts equal masses for the components, implying that the resulting BHs tend to receive very low recoil kicks and would therefore likely be retained inside a cluster. We conclude that GW231123-like events, if formed in a star cluster, could require first-generation BHs with large aligned spins that evolved through stellar binary interaction, followed by the dynamical assembly for a subsequent merger. We discuss the implications for the uncertain lower edge of the putative mass gap 60-130 $\rm M_\odot$. | GW231123 は、流入してくるブラックホールの質量が非常に大きく、スピンも非常に大きい連星ブラックホール（BH）の合体であり、最近検出されたことは、階層的形成の決定的な証拠として示唆されている。 このシナリオでは、高密度環境で崩壊する星から生じる第一世代の BH が形成される。 これらの BH はここで動的に集合し、その後合体する可能性がある。 星団内で GW231123 のような事象が形成される際の 3 つの課題について考察する。 1) 流入する BH の高質量は、予測される対不安定性質量ギャップ内にあるため、第二世代、あるいはより高次の世代の BH が関与している可能性が示唆される。 2) スピンベクトルの等方的な分布のため、動的に集合する BH では非常に高いスピン（$\chi_f \gtrsim 0.8$）が存在する可能性は非常に低い。 3) 階層的に形成された連星系は大きな反動を受けやすく、その結果、星団から弾き出される可能性があります。 このシナリオをシミュレーションした結果、GW231123の主スピン推定値$\chi_1=0.9^{+0.10}_{-0.19}$の範囲内に残骸が残る合体の割合はわずか数パーセントであり、それらは典型的な星団内に留まることがわかりました。 非常に高速に回転する第二世代のBH（$\chi_f>0.9$を含む）の大部分は、第一世代のBHが同軸スピンで合体した場合にのみ形成されます。 これは、化学的に均一な進化など、大質量連星の進化シナリオにおける自然な帰結です。 このシナリオでは、各成分の質量が等しいことも予測されるため、結果として生じるBHは反動による衝撃が非常に小さく、したがって星団内に留まる可能性が高いと考えられます。 GW231123のような事象が星団内で形成される場合、星間相互作用によって進化した、大きく整列したスピンを持つ第一世代のBHが必要となり、その後の合体のための力学的集合が起こる可能性があると結論付ける。 推定質量ギャップの下限が不確定な60-130 $\rm M_\odot$であることへの示唆を議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We define a notion of `quantum entanglement index' with the aim to compute it for black hole horizons in string theory at one-loop order using the stringy replica method. We consider the horizon of BTZ black holes to construct the relevant conical orbifolds, labeled by an odd integer $N$, and compute the partition function as a function of $N$, corresponding to the fractional indexed R\'enyi entropy. We show that it is free of tachyons and naturally finite both in the ultraviolet and the infrared, even though it is generically ultraviolet divergent in the field theory limit. Thus, the index provides a useful diagnostic of the entanglement structure of string theory without the need for analytic continuation in $N$. | 我々は、弦理論におけるブラックホールの地平線に対して、弦レプリカ法を用いて1ループオーダーで「量子エンタングルメント指数」を計算することを目的として、「量子エンタングルメント指数」という概念を定義する。 BTZブラックホールの地平線を考慮し、奇数$N$でラベル付けされた関連する円錐オービフォールドを構築し、分数インデックス付きR\'enyiエントロピーに対応する$N$の関数としての分配関数を計算する。 この関数はタキオンを含まず、場の理論極限では一般的に紫外発散するが、紫外と赤外の両方で自然に有限であることを示す。 したがって、この指数は、$N$における解析接続を必要とせずに、弦理論のエンタングルメント構造の有用な診断を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study cosmological correlators in de Sitter quantum gravity in the limit where $G_N \to 0$. This limit is distinct from a nongravitational QFT because the gravitational constraints still force states and observables to be de Sitter invariant. We first examine a class of perturbative correlators that, in gauge-fixed form, are represented by the expectation value of a product of elementary fields on the late-time boundary. We formulate Feynman rules for our computations and enumerate some necessary, but not sufficient, conditions that must be imposed on states and operators to avoid group-volume divergences. These correlators are conformally invariant in all allowed perturbative states but never coincide with QFT vacuum-expectation values. For instance, our sample computations yield interesting non-Gaussianities even when the underlying vacuum wavefunction is Gaussian. However, we show that, in the presence of a heavy background state, it is possible to construct a separate class of state-dependent relational observables whose values approximate QFT correlators in the vacuum. This illustrates a key contrast in quantum gravity -- between observables that are microscopically simple and observables whose expectation values in an appropriate background state lead to simple QFT-like correlators. | 我々は、$G_N \to 0$ の極限におけるド・ジッター量子重力における宇宙論的相関関数を研究する。 この極限は、重力的拘束条件によって状態と観測量が依然としてド・ジッター不変となるため、非重力的な場の理論とは異なる。 まず、ゲージ固定形式で、後期時間境界における素場の積の期待値で表される摂動論的相関関数のクラスを調べる。 計算のためのファインマン則を定式化し、群体積発散を回避するために状態と演算子に課さなければならない必要条件だが十分条件ではない条件を列挙する。 これらの相関関数は、許容されるすべての摂動論的状態において共形不変であるが、場の理論の真空期待値とは決して一致しない。 例えば、我々のサンプル計算は、基礎となる真空波動関数がガウス分布であっても、興味深い非ガウス性をもたらす。 しかし、重い背景状態が存在する場合、真空中のQFT相関変数に近似する値を持つ、状態依存の関係的観測量の別のクラスを構築できることを示します。 これは、量子重力における重要な対照、すなわち微視的に単純な観測量と、適切な背景状態における期待値が単純なQFTのような相関変数につながる観測量との間の対照を示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We initiate the analysis of the inflationary dynamics in Weyl-invariant Einstein-Cartan gravity nonminimally coupled to the Standard Model of particle physics. We take the axion-like particle of gravitational origin to be heavy and show that inflation with the Higgs field can be accommodated in this framework. | 我々は、素粒子物理学の標準模型と非最小的に結合したワイル不変なアインシュタイン・カルタン重力におけるインフレーションダイナミクスの解析を開始する。 重力起源のアクシオン様粒子を重いものとし、ヒッグス場を伴うインフレーションがこの枠組みに適応できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| I construct a set of master field equations encompassing all possible second-order field equations for spherically symmetric spacetimes beyond general relativity. The structure of 2-dimensional Horndeski theory is leveraged to define a spherically symmetric gravitational tensor that is identically conserved and can play an equivalent role as the Einstein tensor in the coupling to spherically symmetric stress-energy tensors. The master field equations provide a framework in which to study a wide variety of previously intractable problems and prove general results across different theories, as illustrated with the example of the Jebsen--Birkhoff theorem that holds generally. This work sets up the stage for the study of the dynamics of spherically symmetric spacetimes beyond general relativity and provides powerful tools for the exploration of a new paradigm of black hole physics. | 一般相対論を超える球対称時空における、あらゆる可能な2階場の方程式を包含するマスター場方程式群を構築する。 2次元ホルンデスキー理論の構造を利用して、球対称重力テンソルを定義する。 このテンソルは、球対称応力エネルギーテンソルとの結合において、アインシュタインテンソルと同等の役割を果たせる。 マスター場方程式は、これまで難しかった様々な問題を研究し、異なる理論にまたがる一般的な結果を証明するための枠組みを提供する。 これは、一般に成立するジェプセン-バーコフ定理の例で示される。 本研究は、一般相対論を超える球対称時空のダイナミクスの研究の舞台を整え、ブラックホール物理学の新たなパラダイムを探求するための強力なツールを提供する。 |