本ウェブサイトはあくまで非公式です．
研究に用いる場合には，必ず原論文を読んでください．このウェブサイトはあくまで情報収集をサポートするためのものであり，正確性を保証するものではありません．
掲載されている論文の著作権は各論文の著者にあります．
本ウェブサイトで利用しているメタデータ（タイトルやアブストラクト等）はCC0 1.0の下で利用が許可されています．
本ウェブサイトの利用によって生じたあらゆる損害について管理人は責任を負いません．
Thank you to arXiv for use of its open access interoperability. This service was not reviewed or approved by, nor does it necessarily express or reflect the policies or opinions of, arXiv.
本ウェブページの作成にはarXiv APIを使用しています.arXivのオープンアクセスな相互運用性を利用できることについて,arXivに心より感謝申し上げます.このウェブサイトはarXivによってレビューまたは承認されたものではなく，必ずしもarXivの方針または意見を表明または反映するものではありません．
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The interplay between black hole interior dynamics and quantum chaos provides a crucial framework for probing quantum effects in quantum gravity. In this work, we investigate non-perturbative overlaps in Jackiw-Teitelboim (JT) gravity to uncover universal signatures of quantum chaos and quantum complexity. Taking advantage of universal spectral correlators from random matrix theory, we compute the overlaps between the thermofield double (TFD) state and two distinct classes of states: fixed-length states, which encode maximal volume slices, and time-shifted TFD states. The squared overlaps naturally define probability distributions that quantify the expectation values of gravitational observables. Central to our results is the introduction of generating functions for quantum complexity measures, such as $\langle e^{-\alpha \ell} \rangle$. The time evolution of these generating functions exhibits the universal slope-ramp-plateau structure, mirroring the behavior of the spectral form factor (SFF). Using generating functions, we further demonstrate that the universal time evolution of complexity for chaotic systems, which is characterized by a linear growth followed by a late-time plateau, arises from the disappearance of the linear ramp as the regularization parameter $\alpha$ decreases. With regard to the time-shifted TFD state, we derive a surprising result: the expectation value of the time shift, which classically grows linearly, vanishes when non-perturbative quantum corrections are incorporated. This cancellation highlights a fundamental distinction between semiclassical and quantum gravitational descriptions of the black hole interior. All our findings establish generating functions as powerful probes of quantum complexity and chaos in gravitational and quantum systems. | ブラックホール内部のダイナミクスと量子カオスの相互作用は、量子重力における量子効果を調査するための重要な枠組みを提供する。 本研究では、ジャッキー・タイテルボイム（JT）重力における非摂動的な重なりを調査し、量子カオスと量子複雑性の普遍的な特徴を明らかにする。 ランダム行列理論の普遍スペクトル相関子を利用して、熱場二重（TFD）状態と、最大体積スライスを符号化する固定長状態と時間シフトしたTFD状態という2つの異なる状態クラスとの間の重なりを計算する。 重なりの2乗は、重力観測量の期待値を定量化する確率分布を自然に定義する。 我々の結果の中心となるのは、$\langle e^{-\alpha \ell} \rangle$ などの量子複雑性尺度の生成関数の導入である。 これらの生成関数の時間発展は、スペクトル形状因子（SFF）の挙動を反映した普遍的な傾斜-傾斜-プラトー構造を示す。 生成関数を用いてさらに、線形増加とそれに続く後期プラトーを特徴とするカオス系の複雑性の普遍的な時間発展は、正則化パラメータ$\alpha$の減少に伴う線形ランプの消失から生じることを示す。 時間シフトしたTFD状態に関しては、驚くべき結果を導出した。 古典的には線形に増加する時間シフトの期待値は、非摂動的な量子補正を加えると消滅する。 この相殺は、ブラックホール内部の半古典的重力記述と量子重力記述の根本的な違いを浮き彫りにする。 我々の発見はすべて、生成関数が重力系および量子系における量子複雑性とカオスの強力なプローブであることを確立するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Neutrino-cooled accretion disks can form in the aftermath of neutron-star mergers as well as during the collapse of rapidly rotating massive stars (collapsars) and the accretion-induced collapse of rapidly rotating white dwarfs. Due to Pauli blocking as electrons become degenerate at sufficiently high accretion rates $\dot{M}$, the resulting 'self-neutronization' of the dissociated accreting plasma makes these astrophysical systems promising sources of rapid neutron capture nucleosynthesis (the r-process). We present a one-dimensional general-relativistic, viscous-hydrodynamic model of neutrino-cooled accretion disks around black holes. With collapsars, super-collapsars and very massive star collapse in mind, we chart the composition of the accretion flow and systematically explore different radiatively efficient and inefficient accretion regimes with increasing $\dot M$, across a vast parameter space of $\dot{M}\sim 10^{-6}-10^6 M_\odot \,\text{s}^{-1}$, black hole masses of $M_\bullet\sim 1 - 10^4 M_\odot$ and dimensionless spins of $\chi_\bullet \in [0,1)$, as well as $\alpha$-viscosity values of $\alpha\sim 10^{-3}-1$. We show that these accretion regimes are separated by characteristic thresholds $\dot{M}_{\rm char}$ that follow power laws $\dot M_{\rm char}\propto M_{\bullet}^\alpha \alpha^\beta$ and that can be understood based on analytic approximations we derive. We find that outflows from such disks are promising sites of r-process nucleosynthesis up to $M_\bullet \lesssim 3000 M_\odot$. These give rise to lanthanide-bearing 'red' super-kilonovae transients mostly for $M_\bullet \lesssim 200-500 M_\odot$ and lanthanide suppressed 'blue' super-kilonovae for larger $M_\bullet$. Proton-rich outflows can develop specifically for large black hole masses ($M_\bullet \gtrsim 100 M_\odot$) in certain accretion regimes, which may give rise to proton-rich isotopes via the $\nu$p-process. | ニュートリノ冷却降着円盤は、中性子星合体の余波、高速回転する大質量星（コラプサー）の崩壊、そして高速回転する白色矮星の降着誘起崩壊の際に形成される可能性がある。 十分に高い降着率 $\dot{M}$ で電子が縮退するとパウリブロッキングが生じ、その結果生じる解離した降着プラズマの「自己中性子化」により、これらの天体系は高速中性子捕獲元素合成（r過程）の有望な発生源となる。 我々は、ブラックホール周囲のニュートリノ冷却降着円盤の1次元一般相対論的粘性流体モデルを提示する。 コラプサー、スーパーコラプサー、そして非常に質量の大きい星の崩壊を念頭に置き、我々は降着流の構成を図表化し、$\dot{M}\sim 10^{-6}-10^6 M_\odot \,\text{s}^{-1}$という広大なパラメータ空間、$M_\bullet\sim 1 - 10^4 M_\odot$のブラックホール質量、$\chi_\bullet \in [0,1)$の無次元スピン、そして$\alpha$粘性値$\alpha\sim 10^{-3}-1$にわたって、$\dot M$の増加に伴う様々な放射効率の高い降着領域と非効率な降着領域を体系的に探究した。 これらの降着領域は、冪乗則 $\dot{M}_{\rm char}\propto M_{\bullet}^\alpha \alpha^\beta$ に従う特徴的な閾値 $\dot{M}_{\rm char}$ によって区切られており、導出した解析的近似に基づいて理解できることを示す。 このような円盤からのアウトフローは、$M_\bullet \lesssim 3000 M_\odot$ までr過程元素合成の有望な場所であることがわかった。 これらのアウトフローは、主に $M_\bullet \lesssim 200-500 M_\odot$ でランタノイドを含む「赤色」スーパーキロノバを引き起こし、より大きな $M_\bullet$ ではランタノイドが抑制された「青色」スーパーキロノバを引き起こす。 陽子に富む流出は、特定の降着領域において、特に大きな質量のブラックホール（$M_\bullet \gtrsim 100 M_\odot$）で発達する可能性があり、$\nu$p過程を経て陽子に富む同位体が生じる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a new set of numerical-relativity simulations of merging binary neutron stars, aiming to identify possible observable signatures of the slope of the symmetry energy $L_{\rm sym}$. To achieve this goal, we employ a set of equations of state based on a parameterization of the covariant density functional theory of nuclear matter that allows controlled variations of $L_{\rm sym}$ and the skewness $Q_{\rm sat}$, holding the latter fixed. For a set of our simulations, we identify a steep energy gradient in the equation of state at subsaturation densities, which acts as a source of heating with subsequent stiffening produced by thermal support. Accounting for related structural modifications in the tidal deformability reconciles our results with theoretical expectations. On the other hand, we show that gravitational waves are unlikely to distinguish the role of $L_{\rm sym}$. In contrast to this, we find that the ejecta composition is significantly altered in our simulations, which employ an M1 moment scheme, when $L_{\rm sym}$ is varied. Based on our extracted dynamical ejecta properties, we compute r-process yields and find that they are distinct for the different $L_{\rm sym}$, especially at lower mass numbers $A \lesssim 120$. This suggests that electromagnetic counterparts are more likely to exhibit signatures; however, a direct connection to $L_{\rm sym}$ remains a challenge, given the complex interplay between details of the ejecta properties and the kilonova signal. | 我々は、合体する連星中性子星の新たな数値相対論シミュレーションを提示し、対称エネルギー$L_{\rm sym}$の傾きの観測可能な兆候を特定することを目指している。 この目標を達成するために、我々は核物質の共変密度汎関数理論のパラメータ化に基づく一連の状態方程式を用いる。 このパラメータ化では、$L_{\rm sym}$と歪度$Q_{\rm sat}$を制御的に変化させ、歪度は固定とする。 一連のシミュレーションにおいて、我々は飽和密度未満において状態方程式に急峻なエネルギー勾配を見出した。 これは加熱源として作用し、その後、熱支持によって硬化が生じる。 潮汐変形能における関連する構造変化を考慮すると、我々の結果は理論的予測と一致する。 一方で、重力波は$L_{\rm sym}$の役割を区別する可能性は低いことを示す。 これとは対照的に、M1モーメント法を用いたシミュレーションでは、$L_{\rm sym}$を変化させた場合、放出物の組成が大きく変化することがわかりました。 抽出した放出物の動的特性に基づいてr過程収量を計算し、特に低質量数$A \lesssim 120$において、異なる$L_{\rm sym}$に対してr過程収量が異なることを発見しました。 これは、電磁波対応物がシグネチャーを示す可能性が高いことを示唆しています。 しかし、放出物特性の詳細とキロノバ信号との間の複雑な相互作用を考えると、$L_{\rm sym}$との直接的な関連は依然として困難です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Gravitational-wave approximants are essential for gravitational-wave astronomy, allowing the coverage binary black hole parameter space for inference or match filtering without costly numerical relativity (NR) simulations, but generally trading some accuracy for computational efficiency. To reduce this trade-off, NR surrogate models can be constructed using interpolation within NR waveform space. We present a 2-stage training approach for neural network-based NR surrogate models. Initially trained on approximant-generated waveforms and then fine-tuned with NR data, these dual-stage artificial neural surrogate (\texttt{DANSur}) models offer rapid and competitively accurate waveform generation, generating millions in under 20ms on a GPU while keeping mean mismatches with NR around $10^{-4}$. Implemented in the \textsc{bilby} framework, we show they can be used for parameter estimation tasks. | 重力波近似値は重力波天文学に不可欠であり、コストのかかる数値相対論（NR）シミュレーションなしに、バイナリブラックホールパラメータ空間を推論やマッチングフィルタリングに利用できるが、一般的に計算効率と精度がある程度トレードオフされる。 このトレードオフを軽減するために、NR波形空間内での補間を用いてNRサロゲートモデルを構築することができる。 本稿では、ニューラルネットワークベースのNRサロゲートモデルのための2段階学習アプローチを提示する。 最初に近似値生成波形で学習し、次にNRデータで微調整するこれらの2段階人工ニューラルサロゲート（\texttt{DANSur}）モデルは、迅速かつ競争力のある精度の波形生成を提供し、GPU上で20ミリ秒未満で数百万個の波形を生成しながら、NRとの平均不一致を約10の-4乗に抑える。 \textsc{bilby}フレームワークに実装し、パラメータ推定タスクに使用できることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We examine whether the Teleparallel Equivalent of General Relativity (TEGR) can be formulated as a gauge theory in the language of connections on principal bundles. We argue in favor of using either the affine bundle with the Poincar\'e group or, equivalently, the orthonormal frame bundle with the Lorentz group as the structure group. Following the framework of Trautman--where gauge symmetries are determined using the absolute elements--we set to identify the absolute elements and gauge symmetries of TEGR. The problem of a non-dynamical teleparallel connection raises the question of whether it should be treated as an absolute element. If so, the gauge group of TEGR is potentially some undetermined subgroup of the diffeomorphism group. On the other hand, if the connection is allowed to be non-dynamical but the only absolute element is taken to be the canonical 1-form of the frame bundle, we recover the whole diffeomorphism group as the gauge group of TEGR. | 一般相対論のテレパラレル等価（TEGR）が、主束上の接続の言語を用いてゲージ理論として定式化できるかどうかを検証する。 ポアンカレ群を含むアフィン束、あるいはそれと同値なローレンツ群を含む直交フレーム束を構造群として用いることを主張する。 ゲージ対称性は絶対元を用いて決定されるというトラウトマンの枠組みに従い、TEGRの絶対元とゲージ対称性を特定することにする。 非力学的テレパラレル接続の問題は、それを絶対元として扱うべきかどうかという問題を提起する。 もしそうであれば、TEGRのゲージ群は、微分同相群の未定部分群である可能性がある。 一方、接続が非動的であることを許容し、唯一の絶対元をフレームバンドルの標準1形式とすると、微分同相群全体がTEGRのゲージ群として回復されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Holographic complexity, as the bulk dual of quantum complexity, encodes the geometric structure of black hole interiors. Motivated by the complexity=anything proposal, we introduce the spectral representation for generating functions associated with codimension-one and codimension-zero holographic complexity measures. These generating functions exhibit a universal slope-ramp-plateau structure, analogous to the spectral form factor in chaotic quantum systems. In such systems, quantum complexity evolves universally, displaying long-time linear growth followed by saturation at late times. By employing the generating function formalism, we demonstrate that this universal behavior originates from random matrix universality in spectral statistics and from a particular pole structure of the matrix elements of the generating functions in the energy eigenbasis. Using the residue theorem, we prove that the existence of this pole structure is both a necessary and sufficient condition for the linear growth of complexity measures. Furthermore, we show that the late-time saturation plateau arises directly from the spectral level repulsion, a hallmark of quantum chaos. | ホログラフィック複雑性は、量子複雑性のバルク双対として、ブラックホール内部の幾何学的構造を符号化する。 「複雑性=何でもあり」という提案に着目し、共次元1および共次元0のホログラフィック複雑性測度に関連する生成関数のスペクトル表現を導入する。 これらの生成関数は、カオス量子系におけるスペクトル形状因子に類似した、普遍的な傾き-傾斜-プラトー構造を示す。 このような系では、量子複雑性は普遍的に進化し、長時間線形成長した後、後期に飽和する。 生成関数形式論を用いることで、この普遍的な振る舞いが、スペクトル統計におけるランダム行列の普遍性と、エネルギー固有基底における生成関数の行列要素の特定の極構造に起因することを示す。 留数定理を用いて、この極構造の存在が複雑性測度の線形成長の必要条件かつ十分条件であることを証明する。 さらに、後期飽和プラトーは、量子カオスの特徴であるスペクトルレベルの反発から直接生じることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The individual component spins of binary black holes (BBH) are difficult to resolve using gravitational-wave observations but carry key signatures of the processes shaping their formation and evolution. Recent analyses have found conflicting evidence for a sub-population of black holes with negligible spin, but the Default spin magnitude population model used in LIGO-Virgo-KAGRA analyses cannot formally accommodate an excess of systems with zero spin. In this work, we analyze several different simulated BBH populations to demonstrate that even in the face of this mismodeling, spinning and nonspinning populations can be reliably distinguished using the Default spin magnitude population model coupled with spin sorting. While typical analyses sort the binary components by their masses, sorting the components by their spin magnitudes instead offers a complementary view of the properties of individual systems consistent with equal mass and of population-level properties, given binary evolution processes like tidal-spin up that predict asymmetric spin magnitudes among the binary components. We conclude that current observations of the BBH population are inconsistent with a fully nonspinning population, but could be explained by a population with only one spinning black hole per binary or a population with up to 80% nonspinning sources. | 連星ブラックホール（BBH）の個々の構成要素のスピンは、重力波観測では解明が困難ですが、その形成と進化を形作る過程の重要な特徴を帯びています。 最近の解析では、無視できるほど小さなスピンを持つブラックホールの亜集団に関する矛盾する証拠が見つかっていますが、LIGO-Virgo-KAGRAの解析で使用されているデフォルトのスピンマグニチュード集団モデルでは、スピンがゼロの系の過剰を正式には考慮できません。 本研究では、シミュレーションによって得られた複数の異なるBBH集団を解析し、このような誤ったモデル化にもかかわらず、デフォルトのスピンマグニチュード集団モデルとスピンソーティングを組み合わせることで、回転する集団と回転しない集団を確実に区別できることを実証します。 典型的な解析では連星の構成要素を質量で分類しますが、潮汐力によるスピンアップなどの連星進化過程によって連星構成要素間のスピン等級の非対称性が予測されることを考慮すると、スピン等級で分類することで、質量が等しい個々の系の特性と、集団レベルの特性について相補的な見解が得られます。 我々は、BBH種族に関する現在の観測結果は、完全に非回転の種族とは矛盾するが、連星あたり1つの回転するブラックホールのみを持つ種族、または最大80%が非回転源を持つ種族によって説明できると結論付けました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this manuscript, the background and perturbed cosmic dynamics have been investigated using an interacting dark-fluid model by assuming energy exchange between dark matter and dark energy through a diffusion mechanism. After we solve the background expansion history for the late-time Universe, the full set of linear perturbation equations is driven using the $1+3$-covariant approach. We take into account the recent measurements of Baryon Acoustic Oscillations (BAO) from the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI BAO DR2), cosmic chronometers (CC), and the compilations SNIa distance moduli namely: Pantheon plus + SH0ES (PPS), DESY5, Union3, together with the redshift space distortion (RSD) and growth rate $f$ from VIPERS and SDSS collaborations for statistical analysis of the work. We then seek to constrain the best-fit cosmological parameters: $H_0$ in km/s/Mpc, $\Omega_m$, $r_d$, $M$, $\sigma_8$, $S_8$ and the interaction term $Q_m$ through the MCMC simulations. As a result, a comparison of the $H_0$ and $S_8$ values are made predicted by $\Lambda$CDM and diffusive models with the recent cosmological surveys. To evaluate the viability of the dark-fluid model in describing cosmic dynamics, the numerical results of background cosmological parameters are presented and the results show that the dark-fluid behaves like the Chaplygin gas (CG) that drives cosmic acceleration when $Q_m$ is negative, while for positive $Q_m$, it exhibits characteristics of a quintessence-like phase. From the perturbation evolution equations, the numerical results of density contrast, $\delta(z)$, growth rate, $f(z)$, and redshift space distortion, $f\sigma_8(z)$ are presented, demonstrate the impact of energy diffusion between dark matter and dark energy for the cosmic structure growth. Using the AIC and BIC Bayesian methods, a detailed statistical analysis has been performed. | 本稿では、拡散機構による暗黒物質と暗黒エネルギー間のエネルギー交換を仮定し、相互作用する暗黒流体モデルを用いて、背景宇宙ダイナミクスと摂動を受けた宇宙ダイナミクスを調査した。 後期宇宙の背景膨張史を解いた後、$1+3$共変アプローチを用いて線形摂動方程式の全セットを導出した。 本研究の統計解析には、暗黒エネルギー分光装置（DESI BAO DR2）による最近のバリオン音響振動（BAO）、宇宙クロノメーター（CC）、そしてSNIa距離モジュライの集積であるPantheon plus + SH0ES（PPS）、DESY5、Union3、そしてVIPERSおよびSDSS共同研究による赤方偏移空間歪み（RSD）と成長率$f$を考慮に入れた。 次に、MCMCシミュレーションを用いて、最も適合する宇宙論パラメータ、すなわち、km/s/Mpc単位の$H_0$、$\Omega_m$、$r_d$、$M$、$\sigma_8$、$S_8$、および相互作用項$Q_m$を制限しようとする。 その結果、$\Lambda$CDMモデルと拡散モデルによって予測される$H_0$と$S_8$の値が、最近の宇宙論サーベイの結果と比較される。 宇宙のダイナミクスを記述する上でのダーク流体モデルの妥当性を評価するために、背景宇宙論パラメータの数値結果が提示され、その結果、ダーク流体は、$Q_m$が負の場合には宇宙の加速を駆動するチャプリギンガス（CG）のように振舞い、一方、$Q_m$が正の場合にはクインテッセンスのような相の特性を示すことが示された。 摂動発展方程式から、密度コントラスト$\delta(z)$、成長率$f(z)$、赤方偏移空間歪み$f\sigma_8(z)$の数値結果が提示され、暗黒物質と暗黒エネルギー間のエネルギー拡散が宇宙構造の成長に与える影響を示している。 AICおよびBICベイズ法を用いて、詳細な統計解析が行われた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a detailed, mathematically rigorous description of the construction procedure of Penrose diagrams for the example of the maximal analytic extension of the exterior Schwarzschild spacetime. To this end, we first outline the basic idea underlying Penrose diagrams, state the general requirements on the spacetimes to be visualized, and give a definition of Penrose diagrams. We then construct the Penrose diagram of the maximally analytically extended Schwarzschild spacetime and discuss the characteristics and properties corresponding to this particular Penrose diagram. As an application, we work out the differences between the spacetime and null variants of the canonical advanced Eddington-Finkelstein coordinate representations of the exterior Schwarzschild spacetime by explicitly constructing and visually analyzing Penrose diagrams equipped with foliations of the level sets of the respective Eddington-Finkelstein time and null coordinates. Throughout the course of the paper, we provide brief accounts of the relevant parts of the seminal publications on the exterior Schwarzschild solution by Schwarzschild himself, Kruskal, Eddington, Finkelstein, and Penrose. This paper is primarily of pedagogical nature aimed at graduate students in physics and applied mathematics (with a background in general relativity and differential geometry), serving mainly as an introduction to Penrose diagrams and coordinate representations of the exterior Schwarzschild spacetime. | 外部シュワルツシルト時空の最大解析的拡張を例に、ペンローズ図の構築手順について詳細かつ数学的に厳密な記述を行う。 この目的のために、まずペンローズ図の基礎となる基本的な考え方を概説し、可視化すべき時空に対する一般的な要件を述べ、ペンローズ図の定義を与える。 次に、最大解析的拡張シュワルツシルト時空のペンローズ図を構築し、この特定のペンローズ図に対応する特性と性質について議論する。 応用として、外部シュワルツシルト時空の標準的な高度なエディントン・フィンケルシュタイン座標表現の時空変種とヌル変種の違いを、それぞれのエディントン・フィンケルシュタイン時間座標とヌル座標の準位集合の葉理構造を備えたペンローズ図を明示的に構築し、視覚的に解析することにより解明する。 本論文では、シュワルツシルト自身、クラスカル、エディントン、フィンケルシュタイン、そしてペンローズによる外在シュワルツシルト解に関する重要な論文の関連部分を簡潔に解説する。 本論文は主に教育的な性質を持ち、一般相対論と微分幾何学を背景とする物理学および応用数学の大学院生を対象としており、主にペンローズ図と外在シュワルツシルト時空の座標表現への入門として役立つ。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work, we investigate the tidal response of both static and rotating black holes in anti de-Sitter spacetime. We perform the neutral scalar field perturbation for Schwarzschild and Kerr black holes. On the other hand, charged scalar field are used for perturbing Reissner-Nordstrom and Kerr-Newman black holes. We find that the tidal Love number for all black holes are always nonvanishing due to the presence of cosmological constant. In contrast, tidal dissipation can vanish for certain conditions depending on the scalar field's frequency and the black hole's parameters. | 本研究では、反ド・ジッター時空における静止ブラックホールと回転ブラックホールの両方の潮汐応答を調べる。 シュワルツシルトブラックホールとカーブラックホールには中性スカラー場摂動を行う。 一方、ライスナー・ノルドストロームブラックホールとカー・ニューマンブラックホールには荷電スカラー場摂動を用いる。 すべてのブラックホールの潮汐ラブ数は、宇宙定数の存在により常にゼロにならないことがわかった。 一方、潮汐散逸は、スカラー場の周波数とブラックホールのパラメータに依存する特定の条件下ではゼロになり得る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We propose, in (3+1)-dimensional spacetimes, a novel astrophysical source of squeezed graviton states, due to superradiant axionic clouds surrounding rotating (Kerr-type) black holes (BH). The microscopic origin of these axions is diverse, ranging from the Kalb-Ramond (model-independent) axions and compactification axions in string theory, to \cm contorted geometries exemplified by a totally antisymmetric component of torsion in Einstein-Cartan theory. The axion fields couple to chiral gauge and gravitational Chern-Simons (CS) anomaly terms in the effective gravitational actions. In the presence of a Kerr BH background, such axions lead, upon acquiring a mass, to superradiance and the production of pairs of entangled gravitons in a squeezed state. The specific microscopic origin of the axions is not important, provided they are massive. This multimode squeezed-graviton state is examined through a Takagi-like decomposition, used in quantum optics. In the effective action it is shown that squeezing effects associated with conventional general relativity (GR) dominate, by many orders of magnitude, the corresponding effects due to the CS gravitational anomaly terms. For a sufficiently long lifetime of the axionic cloud of the BH, we find that significant squeezing (quantified through the average number of gravitons with respect to the appropriate vacuum) can be produced from the GR effects. It is also demonstrated explicitly that the structure of the entangled states (when the latter are expressed in a left-right polarization basis) depends highly on whether the GR or the anomalous CS effects produce the entanglement. | 我々は、(3+1)次元時空において、回転する（カー型）ブラックホール（BH）を取り囲む超放射アクシオン雲に起因する、スクイーズド重力子状態の新たな天体物理学的起源を提案する。 これらのアクシオンの微視的起源は多様であり、弦理論におけるカルプ・ラモンド（模型非依存）アクシオンやコンパクト化アクシオンから、アインシュタイン・カルタン理論における捩れの完全反対称成分に代表される\cmのねじれ形状まで多岐にわたる。 アクシオン場は、有効重力作用におけるカイラルゲージ異常項および重力チャーン・サイモンズ異常項（CS異常項）と結合する。 カーBH背景が存在する場合、このようなアクシオンは質量を獲得すると超放射を生じ、スクイーズド状態のエンタングルド重力子対を生成する。 アクシオンの特定の微視的起源は、それらが質量を持つ限り重要ではない。 この多モードのスクイーズド重力子状態は、量子光学で用いられる高木型の分解によって調べられる。 有効作用において、従来の一般相対論（GR）に関連するスクイーズ効果が、CS重力異常項による対応する効果を数桁も上回ることがわかる。 BHのアクシオン雲の寿命が十分に長い場合、GR効果によって（適切な真空に対する平均重力子数によって定量化された）有意なスクイーズが生成されることがわかった。 また、エンタングル状態の構造（後者が左右分極基底で表現される場合）は、エンタングルメントを生成するのがGR効果か異常CS効果かによって大きく依存することが明確に示される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We model black holes as condensates of non-Abelian anyons forming a topologically ordered shell at the horizon. Combined with area quantization, the constrained fusion Hilbert space yields a discrete entropy spectrum consistent with the Bekenstein-Hawking area law. Assuming a quantized mass spectrum with nonuniform gaps, we derive a nonthermal radiation profile with a corrected Hawking temperature and entropy, including logarithmic and inverse-area corrections. This framework localizes quantum information to the horizon without invoking entanglement across it, offering a unitary evaporation mechanism governed by topological degrees of freedom. This offers a natural setting for resolving the information paradox without recourse to firewalls, remnants, or trans-horizon entanglement. We also show that the Hawking temperature arises from classical equipartition on the shell, explaining the thermal character of the spectrum at leading order. Overall, our results provide a microscopic, algebraic approach to the black hole information paradox and establish a bridge between quantum gravity and topological quantum computation. | ブラックホールを、地平線上に位相的に秩序立った殻を形成する非アーベル的エニオンの凝縮体としてモデル化する。 面積量子化と組み合わせることで、制約付き融合ヒルベルト空間は、ベッケンシュタイン-ホーキングの面積則と整合する離散エントロピースペクトルを生成する。 不均一なギャップを持つ量子化質量スペクトルを仮定し、対数補正および逆面積補正を含む補正されたホーキング温度とエントロピーを持つ非熱的放射プロファイルを導出する。 この枠組みは、量子情報を地平線上に局在させ、地平線を横切るエンタングルメントを生じさせないことで、位相的自由度によって支配されるユニタリー蒸発機構を提供する。 これは、ファイアウォール、レムナント、あるいは地平線を越えたエンタングルメントに頼ることなく、情報パラドックスを解決するための自然な設定を提供する。 また、ホーキング温度は殻上の古典的等分配から生じ、主要次スペクトルの熱的性質を説明することも示します。 全体として、我々の研究結果は、ブラックホール情報パラドックスに対する微視的かつ代数的なアプローチを提供し、量子重力とトポロジカル量子計算の間に橋渡しとなるものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Recent advances in noncommutative geometry and string theory have stimulated increasing research on noncommutative gravity. The detection of gravitational waves~(GW) opens a new window for testing this theory using observed data. In particular, the leading correction from noncommutative gravity to the GW of compact binary coalescences appears at the second post-Newtonian~(2PN) order. This correction is proportional to the dimensionless parameter $\Lambda\equiv|\theta^{0i}|/(l_Pt_P)$, where $\theta^{0i}$ denotes the antisymmetric tensor characterizing noncommutative spacetime, and $l_P, t_P$ represent the Plank length and time, respectively. Previous study have used the phase deviation from general relativity at the 2PN order, as measured in GW150914, to constrain noncommutative gravity, resulting in an upper bound of $\sqrt{\Lambda}<3.5$. Another analysis, based on multiple events from the GWTC-1 catalog, has obtained consistent bounds. In this work, we construct the noncommutative gravity waveform in the Parameterized Post-Einsteinian framework. Based on the \texttt{IMRPhenomXHM} template, we incorporate both the dominant (2,2) mode and several higher-order modes, including (2,1), (3,3), (3,2), and (4,4). We first reanalyze the GW150914 with a Bayesian parameter estimation and derive a 95th percentile upper bound on noncommutative gravity, obtaining $\sqrt{\Lambda}<0.68$. We then analyze GW190814 and obtain an even tighter 95th percentile upper bound of $\sqrt{\Lambda}<0.46$. This represent the strongest constraint on noncommutative gravity derived from real GW observations to date. | 非可換幾何学と弦理論における近年の進歩は、非可換重力に関する研究の増加を促してきました。 重力波(GW)の検出は、観測データを用いてこの理論を検証するための新たな道を開きました。 特に、コンパクト連星合体の非可換重力から重力への主要な補正は、ポストニュートン力学の2次(2PN)オーダーで現れます。 この補正は、無次元パラメータ$\Lambda\equiv|\theta^{0i}|/(l_Pt_P)$に比例します。 ここで、$\theta^{0i}$は非可換時空を特徴付ける反対称テンソル、$l_P、t_P$はそれぞれプランク長と時間を表します。 これまでの研究では、GW150914で測定された2PNオーダーにおける一般相対論からの位相偏差を用いて非可換重力を制約し、その上限は$\sqrt{\Lambda}3.5$と算出されました。 GWTC-1カタログの複数のイベントに基づく別の解析では、一貫した上限が得られています。 本研究では、パラメータ化ポストアインシュタインの枠組みにおいて非可換重力波形を構築します。 \texttt{IMRPhenomXHM}テンプレートに基づき、支配的な(2,2)モードと、(2,1)、(3,3)、(3,2)、(4,4)を含むいくつかの高次モードを組み込みます。 まず、ベイズパラメータ推定を用いてGW150914を再解析し、非可換重力の95パーセンタイル上限を導出し、$\sqrt{\Lambda}0.68$を得ました。 次にGW190814を解析し、さらに厳密な95パーセンタイル上限値$\sqrt{\Lambda}$0.46$を得た。 これは、実際の重力波観測から得られた非可換重力に対する、これまでで最も強い制限値である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this short note we find canonical form of Born-Infeld inspired gravity coupled to scalar fields using Faddeev-Jackiw approach. We show that canonical form of the action splits into two parts: First part has the same form as General Relativity canonical action while the matter part has complicated form as a consequence of the structure of Born-Infeld gravity action. | この短い論文では、ファデーエフ＝ジャッキーウのアプローチを用いて、スカラー場と結合したボルン＝インフェルドに触発された重力の正準形を解明する。 作用の正準形は2つの部分に分かれることを示す。 最初の部分は一般相対論の正準作用と同じ形をとるが、物質部分はボルン＝インフェルド重力作用の構造の結果として複雑な形をとる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work, the notion of spacetime of maximal proper acceleration is motivated as a weak form to implement general covariance and a generalized form of Einstein's equivalence principle from a physical point of view and the fundamental geometric and kinematic properties of such spaces are discussed. Thereafter the Unruh temperature formula is generalized to the case of hyperbolic observers in spacetimes of maximal proper acceleration. Such a generalization implies the existence of a maximal value for the Unruh temperature. We discuss this result for an electrodynamic model of point charged particles in a spacetime of maximal proper acceleration. It is shown that according to the model, the maximal Unruh temperature must be of order $4.8\cdot 10^{10}/N$ K for current high acceleration electron laser-plasma acceleration systems, where $N$ is the population of the typical bunch. | 本研究では、最大固有加速度時空の概念を、一般共変性とアインシュタインの同値原理の一般化を物理的観点から実現するための弱形式として提示し、そのような空間の基本的な幾何学的および運動学的性質について議論する。 その後、ウンルー温度公式を最大固有加速度時空における双曲型観測者の場合に一般化する。 このような一般化は、ウンルー温度に最大値が存在することを意味する。 我々は、最大固有加速度時空における点荷電粒子の電気力学モデルについてこの結果を議論する。 このモデルによれば、現在の高加速電子レーザープラズマ加速システムにおいて、最大ウンルー温度は $4.8\cdot 10^{10}/N$ K のオーダーでなければならないことが示される。 ここで、$N$ は典型的なバンチの個数である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We construct Kaluza-Klein monopole solutions with scalar hair provied by a massive complex scalar field multiplet that minimally couples to five-dimensional Einstein gravity. Writing the scalar field multiplet in terms of the Wigner D-matrices, we introduce the ansatz of the scalar multiplet compatible with the symmetries of the Gross-Perry-Sorkin monopole, on which the scalar hair grows. We give the ansatz for a multiplet with arbitrary number of components, whereas we show numerical solutions of the hairy Kaluza-Klein monopole specifically for the cases of scalar triplet and quadruplet. These generaize the preceding study on a doublet \cite{Brihaye:2023vox}. We find that the range of the mass and angular momentum of the hairy solutions are larger for higher multiplets. | 我々は、5次元アインシュタイン重力と最小限に結合する質量を持つ複素スカラー場多重項によって提供されるスカラーヘアを持つカルツァ＝クライン単極子解を構成する。 スカラー場多重項をウィグナーD行列で表すことで、スカラーヘアが成長するグロス＝ペリー＝ソーキン単極子の対称性と両立するスカラー多重項の仮定を導入する。 任意の数の成分を持つ多重項の仮定を与える一方で、スカラー三重項および四重項の場合に特化したヘアリーカルツァ＝クライン単極子の数値解を示す。 これらは、二重項に関する先行研究 \cite{Brihaye:2023vox} を一般化するものである。 ヘアリー解の質量と角運動量の範囲は、多重項が大きくなるにつれて広くなることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Gravitational wave data are often contaminated by non-Gaussian noise transients, glitches, which can bias the inference of astrophysical signal parameters. Traditional approaches either subtract glitches in a pre-processing step, or a glitch model can be included from an agnostic wavelet basis (e.g. BayesWave). In this work, we introduce a machine-learning-based approach to build a parameterised model of glitches. We train a normalising flow on known glitches from the Gravity Spy catalogue, constructing an informative prior on the glitch model. By incorporating this model into the Bayesian inference analysis with Bilby, we estimate glitch and signal parameters simultaneously. We demonstrate the performance of our method through bias reduction, glitch identification and Bayesian model selection on real glitches. Our results show that this approach effectively removes glitches from the data, significantly improving source parameter estimation and reducing bias. | 重力波データは、非ガウス分布のノイズ過渡現象であるグリッチによって汚染されることが多く、天体物理学的信号パラメータの推定にバイアスを与える可能性があります。 従来の手法では、前処理ステップでグリッチを減算するか、グリッチモデルをアグノスティックウェーブレット基底（例：BayesWave）から組み込むかのいずれかが採用されています。 本研究では、機械学習に基づく手法を用いてグリッチのパラメータ化モデルを構築します。 Gravity Spyカタログの既知のグリッチを用いて正規化フローを学習し、グリッチモデルに有益な事前分布を構築します。 このモデルをBilbyを用いたベイズ推論解析に組み込むことで、グリッチと信号パラメータを同時に推定します。 実際のグリッチを用いて、バイアス低減、グリッチ識別、ベイズモデル選択を行い、本手法の性能を実証します。 得られた結果は、この手法がデータからグリッチを効果的に除去し、信号源パラメータ推定を大幅に改善し、バイアスを低減することを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present the most up-to-date constraints on axion early dark energy (AEDE) from cosmic microwave background (CMB) and baryon acoustic oscillation (BAO) measurements. In particular, we assess the impact of data from ground-based CMB experiments, the South Pole Telescope (SPT) and the Atacama Cosmology Telescope (ACT) -- both with and without $Planck$ -- on constraints on AEDE. We also highlight the impact that BAO information from the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) has on these constraints. From CMB data alone, we do not find statistically significant evidence for the presence of AEDE, and we find only moderate reduction in the Hubble tension. From the latest SPT data alone, we find the maximal fractional contribution of AEDE to the cosmic energy budget is $f_{\rm EDE}\,<\,0.12$ at $95\,$% confidence level (CL), and the Hubble tension between the SPT and SH0ES results is reduced to the $2.3\,\sigma$ level. When combining the latest SPT, ACT, and $Planck$ datasets, we find $f_{\rm EDE}\,<\,0.091$ at $95\,$% CL and the Hubble tension at the $3.3\, \sigma$ level. In contrast, adding DESI data to the CMB datasets results in mild preference for AEDE and, in some cases, non-negligible reduction in the Hubble tension. From SPT+DESI, we find $f_{\rm EDE}\,=\,0.081^{+0.037}_{-0.052}$ at $68\,$% CL, and the Hubble tension reduces to $1.5\,\sigma$. From the combination of DESI with all three CMB experiments, we get $f_{\rm EDE}\,=\, 0.071^{+0.035}_{-0.038}$ at $68\,$% CL and a weak preference for AEDE over $\Lambda$CDM. This data combination, in turn, reduces the Hubble tension to $2.3\, \sigma$. We highlight that this shift in parameters when adding the DESI dataset is a manifestation of the discrepancy currently present between DESI and CMB experiments in the concordance model $\Lambda$CDM. | 宇宙マイクロ波背景放射（CMB）と重粒子音響振動（BAO）の測定から得られた、アクシオン初期暗黒エネルギー（AEDE）に対する最新の制限値を提示する。 特に、地上CMB実験、南極望遠鏡（SPT）、アタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）のデータ（プランク観測の有無を問わず）がAEDEの制限値に与える影響を評価する。 また、暗黒エネルギー分光装置（DESI）からのBAO情報がこれらの制限値に与える影響についても明らかにする。 CMBデータのみからは、AEDEの存在を示す統計的に有意な証拠は得られず、ハッブル・テンションの減少は中程度にとどまることがわかった。 最新のSPTデータのみから、宇宙エネルギー収支に対するAEDEの最大寄与率は、$95%信頼水準（CL）で$f_{\rm EDE}\,<\,0.12$であり、SPTとSH0ESの結果間のハッブル張力は$2.3\,\sigma$レベルにまで減少することがわかりました。 最新のSPT、ACT、および$Planck$データセットを組み合わせると、$95%信頼水準で$f_{\rm EDE}\,<\,0.091$、ハッブル張力は$3.3\,\sigma$レベルになります。 対照的に、CMBデータセットにDESIデータを追加すると、AEDEがわずかに優先され、場合によってはハッブル張力が無視できないほど減少します。 SPT+DESIから、$68\,$% CLで$f_{\rm EDE}\,=\,0.081^{+0.037}_{-0.052}$が得られ、ハッブル・テンションは$1.5\,\sigma$に減少します。 DESIと3つのCMB実験すべてを組み合わせると、$68\,$% CLで$f_{\rm EDE}\,=\, 0.071^{+0.035}_{-0.038}$が得られ、AEDEが$\Lambda$CDMよりも弱い優先性を示します。 このデータの組み合わせにより、ハッブル・テンションは$2.3\,\sigma$に減少します。 DESIデータセットを追加した際のこのパラメータのシフトは、コンコーダンス・モデル$\Lambda$CDMにおいてDESIとCMB実験の間に現在存在する矛盾の現れであることを強調します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We develop a classification of general Carrollian structures, permitting affine connections with both torsion and non-metricity. We compare with a recent classification of general Galilean structures in order to present a unified perspective on both. Moreover, we demonstrate how both sets of structures emerge from the most general possible Lorentzian structures in their respective limits, and we highlight the role of global hyperbolicity in constraining both structures. We then leverage this work in order to construct for the first time an ultra-relativistic geometric trinity of gravitational theories, and consider connections which are simultaneously compatible with Galilean and Carrollian structures. We close by outlining a number of open questions and future prospects. | 我々は、捩れと非計量性の両方を持つアフィン接続を許容する一般キャロル構造の分類を展開する。 両者に対する統一的な視点を提示するために、最近の一般ガリレイ構造の分類と比較する。 さらに、両方の構造が、それぞれの極限において最も一般的なローレンツ構造からどのように現れるかを示し、両方の構造を制限する大域双曲性の役割を強調する。 次に、この研究成果を活用して、初めて超相対論的幾何学的重力理論の三位一体を構築し、ガリレイ構造とキャロル構造の両方と両立する接続を考察する。 最後に、いくつかの未解決の問題と将来の展望を概説する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We shall investigate the inflation for the D-brane model, motivated by the modified gravity $F(\phi,T)$. This gravity has been recently introduced in the literature. The feasibility of the D-brane inflation theory in the $F(\phi,T)$-gravity has been studied in conjunction with the most recent Planck data. We shall analyze the slow-roll inflation in the context of the $F(\phi)T$-gravity, via the D-brane model. Then, we shall calculate the inflation dynamics to obtain the scalar spectral index ``$n_s$'' and the tensor-to-scalar ratio ``$r$''. Besides, we investigate the dynamics of the reheating for this model. Our model accurately covers the left-hand side of the Planck data and the D-brane inflation. | 我々は、修正重力 $F(\phi,T)$ を動機として、D ブレーン模型のインフレーションを研究する。 この重力は最近文献に導入されたものである。 $F(\phi,T)$ 重力における D ブレーンインフレーション理論の実現可能性は、最新の Planck データと組み合わせて研究されている。 我々は、D ブレーン模型を用いて、$F(\phi)T$ 重力の文脈におけるスローロールインフレーションを解析する。 次に、インフレーションダイナミクスを計算し、スカラースペクトル指数 ``$n_s$'' とテンソル対スカラー比 ``$r$'' を求める。 さらに、この模型の再加熱ダイナミクスも研究する。 我々の模型は、Planck データと D ブレーンインフレーションの左側を正確にカバーする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Gravitational waves (GWs) distort galaxy shapes through the tidal effect, offering a novel avenue to probe the nature of gravity. In this paper, we investigate how extra GW polarizations beyond those predicted by general relativity imprint observable signatures on galaxy shapes. Since galaxy shapes are measured as two-dimensional images projected onto the celestial sphere, we present three-dimensional statistical quantities of the projected tidal tensor sourced by the tensor perturbation. We show that the presence of extra polarization modes modifies both the amplitude and angular dependence of the correlation functions. Furthermore, we identify a distinct observational channel for probing parity violation in helicity-two and helicity-one modes. In particular, we show that if they propagate at different speeds, galaxy surveys can disentangle the source of parity violation. Our findings establish a theoretical framework for using upcoming large-scale galaxy surveys to test modified gravity theories through the polarization content of GWs. | 重力波（GW）は潮汐効果によって銀河の形状を歪ませ、重力の性質を探る新たな手段を提供する。 本論文では、一般相対論で予測される以上の重力波の偏波が、銀河の形状に観測可能な特徴をどのように刻み込むかを調査する。 銀河の形状は天球に投影された2次元画像として測定されるため、テンソル摂動によって生じた投影された潮汐テンソルの3次元統計量を提示する。 余分な偏波モードの存在が、相関関数の振幅と角度依存性の両方を変化させることを示す。 さらに、ヘリシティ2モードとヘリシティ1モードにおけるパリティ破れを調べるための明確な観測経路を特定する。 特に、それらが異なる速度で伝播する場合、銀河サーベイによってパリティ破れの原因を解明できることを示す。 私たちの研究結果は、今後の大規模銀河探査において、重力波の偏光成分を通して修正された重力理論を検証するための理論的枠組みを確立するものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this paper, we investigate the Hamiltonian formulation of a spherically symmetric spacetime that corresponds to the interior of a Schwarzschild black hole. The resulting phase space involves two independent dynamical variables along with their conjugate momenta. We quantize the associated minisuperspace using the affine quantization method, which is particularly suited for systems with positive-definite configuration variables. We then explore whether the quantum effects encoded in this wave function can lead to the avoidance of classical singularities. | 本論文では、シュワルツシルトブラックホール内部に対応する球対称時空のハミルトン定式化を考察する。 結果として得られる位相空間には、2つの独立した力学変数とそれらの共役運動量が含まれる。 我々は、正定値配置変数を持つ系に特に適したアフィン量子化法を用いて、関連するミニ超空間を量子化する。 そして、この波動関数に符号化された量子効果が古典的特異点の回避につながるかどうかを探求する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work, we investigate a Lagrangian model describing a particle constrained to move along non-degenerate conic sections, parameterized by the orbital eccentricity \( e \). In the non-relativistic regime, we apply the Dirac--Bergmann algorithm to identify a set of four second-class constraints, compute the corresponding Dirac brackets, and isolate the true physical degrees of freedom. This procedure yields a unified Hamiltonian treatment of circular (\( e = 0 \)), elliptical (\( 0 < e < 1 \)), parabolic (\( e = 1 \)), and hyperbolic (\( e > 1 \)) trajectories. We then extend the analysis to the relativistic case, where we observe a similar constraint structure and construct the associated Dirac brackets accordingly. Finally, using the Hamilton-Jacobi formalism, we identify a set of non-involutive constraints; by introducing generalized brackets, we restore integrability and derive the correct equations of motion. A comparative analysis of both formalisms highlights their complementary features and deepens our understanding of the dynamics governing particles restricted to conic geometries. | 本研究では、軌道離心率 \( e \) によってパラメータ化された、非退化円錐曲線に沿って運動するように制約された粒子を記述するラグランジアンモデルを調査する。 非相対論的領域において、ディラック-ベルクマンアルゴリズムを適用して4つの第二種制約条件を同定し、対応するディラック括弧を計算し、真の物理的自由度を分離する。 この手順により、円軌道 (\( e = 0 \))、楕円軌道 (\( 0 < e < 1 \))、放物線軌道 (\( e = 1 \))、双曲軌道 (\( e > 1 \)) の統一ハミルトン的扱いが得られる。 次に、この解析を相対論的ケースに拡張し、同様の制約構造を観察し、それに応じて関連するディラック括弧を構築する。 最後に、ハミルトン・ヤコビ形式論を用いて、非対合的制約の集合を同定し、一般化された括弧を導入することで積分可能性を回復し、正しい運動方程式を導出します。 両形式論の比較分析は、それらの相補的な特徴を浮き彫りにし、円錐形状に制限された粒子を支配するダイナミクスについての理解を深めます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In addition to curvature singularities, electrovacuum black holes in general relativity exhibit thermodynamic singularities. These so-called Davies' points occur at non-extremal values of charge and spin where the heat capacity diverges and may indicate a type of theoretical incompleteness. The thermodynamic regularity of several families of static, asymptotically-flat spacetimes with bounded curvature invariants is examined using a theory-agnostic framework, showing that while they may be regular in physical space they are generally not in phase space. The inclusion of angular momentum, via the Newman-Janis algorithm, makes the set of such "doubly regular" objects especially restrictive. It is argued that, if thermodynamic regularity is to be considered a desirable property for an astrophysical black hole, these considerations could be used to narrow down the viable pool of regular extensions to the Kerr-Newman metric. | 一般相対論における電気真空ブラックホールは、曲率特異点に加えて、熱力学的特異点も示す。 これらのいわゆるデイヴィス点は、電荷とスピンの非極値において熱容量が発散するところで発生し、ある種の理論的不完全性を示している可能性がある。 理論に依存しない枠組みを用いて、有界曲率不変量を持つ静的漸近平坦時空のいくつかの族の熱力学的正則性を調べ、それらは物理空間では正則であるかもしれないが、位相空間では一般に正則ではないことを示した。 ニューマン・ジャニス・アルゴリズムによって角運動量が取り込まれると、このような「二重に正則な」物体の集合は特に制限される。 熱力学的正則性が天体物理学的ブラックホールにとって望ましい特性であると考えられるならば、これらの考察はカー・ニューマン計量の正則な拡張の実現可能なプールを絞り込むのに利用できると主張されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the essential properties of gravitational quantum field theory (GQFT) based on spin gauge symmetry, using the general theory of quantum electrodynamics as an example. A constraint equation for the field strength of the gravigauge field is derived, serving as a gravitization equation within the spin-related gravigauge spacetime. This equation reveals how gravitational effects emerge from the non-commutative relation of the gravigauge derivative operator. By transmuting the action from gravigauge spacetime to Minkowski spacetime, we demonstrate that translational invariance results in a vanishing energy-momentum tensor in GQFT when the equations of motion are applied to all fundamental fields, including the gravigauge field. This extends the conservation law of the energy-momentum tensor in quantum field theory to a cancellation law of the energy-momentum tensor in GQFT. As a result, an equivalence between the general gravitational equation and the zero energy-momentum tensor theorem naturally arises in GQFT. Certain aspects of the Poincar\'e gauge theory are also briefly discussed. Furthermore, a GQFT incorporating the Chern-Simons action in three-dimensional spacetime is developed, based on the inhomogeneous spin gauge symmetry WS(1,2) and the global Poincar\'e symmetry PO(1,2). This framework provides a basis for exploring its connection to Witten's perspective on three-dimensional gravity. | 一般量子電気力学理論を例に、スピンゲージ対称性に基づく重力量子場理論（GQFT）の本質的性質を考察する。 重力ゲージ場の場の強度に対する拘束方程式を導出し、これはスピン関連重力ゲージ時空における重力化方程式として機能する。 この方程式は、重力ゲージ微分演算子の非可換関係から重力効果がどのように現れるかを明らかにする。 重力ゲージ時空からミンコフスキー時空への作用変換により、重力ゲージ場を含むすべての基本場に運動方程式を適用した場合、並進不変性によりGQFTのエネルギー運動量テンソルが消滅することを示す。 これは、量子場理論におけるエネルギー運動量テンソルの保存則を、GQFTにおけるエネルギー運動量テンソルの打ち消し則へと拡張するものである。 その結果、一般重力方程式とゼロエネルギー運動量テンソル定理の間には、GQFTにおいて自然に等価性が成立する。 ポアンカレゲージ理論のいくつかの側面についても簡単に議論する。 さらに、非一様スピンゲージ対称性WS(1,2)と大域ポアンカレ対称性PO(1,2)に基づき、3次元時空におけるチャーン・サイモンズ作用を組み込んだGQFTが構築される。 この枠組みは、ウィッテンの3次元重力観点との関連を探るための基礎を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider Einstein gravity with positive cosmological constant coupled to matter in an asymptotically de Sitter universe with sphere boundary at timelike infinity. In this setting we show that, to one-loop order and at late time, the norm of the no-boundary state vanishes, going as $e^{S_0} \frac{Z S_0^{-d(d+1)/4}}{\text{vol}(SO(d,1))}$ with $S_0$ the tree-level entropy of the static patch, $d$ the spacetime dimension, and $Z$ non-negative. We show that the presence of an observer stabilizes the norm to a large, positive value. | 時間的無限遠に球面境界を持つ漸近的ド・ジッター宇宙において、正の宇宙定数を持つアインシュタイン重力が物質と結合している状態を考える。 この設定において、1ループオーダーおよび遅い時間において、無境界状態のノルムは消滅し、$e^{S_0} \frac{Z S_0^{-d(d+1)/4}}{\text{vol}(SO(d,1))}$ となることを示す。 ここで、$S_0$ は静的パッチのツリーレベルエントロピー、$d$ は時空次元、$Z$ は非負である。 観測者の存在によって、ノルムは大きな正の値に安定化されることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Bouncing cosmologies, while offering a compelling alternative to inflationary models, face challenges from the growth of vector perturbations during the contracting phase. While linear vector instabilities can be avoided with specific initial conditions or the absence of vector degrees of freedom, we demonstrate the significant role of secondary vector perturbations generated by nonlinear interactions with scalar fluctuations. Our analysis reveals that in a broad class of single-field matter-bounce scenarios, these secondary vector perturbations get unacceptably large amplitudes, provided the curvature fluctuations are consistent with cosmic microwave background observations. This finding underscores the crucial importance of scalar-induced vector perturbations in bouncing cosmology and highlights the need for further investigation into their potential impact on the viability of these models. | バウンシング宇宙論はインフレーション宇宙論に代わる魅力的な選択肢となる一方で、収縮期におけるベクトル擾乱の増大という課題に直面している。 線形ベクトル不安定性は特定の初期条件やベクトル自由度の欠如によって回避できるが、我々はスカラー揺らぎとの非線形相互作用によって生成される二次ベクトル擾乱が重要な役割を果たすことを実証した。 我々の解析は、単一場物質バウンシングシナリオの広範なクラスにおいて、曲率揺らぎが宇宙マイクロ波背景放射の観測と整合する場合、これらの二次ベクトル擾乱の振幅が許容できないほど大きくなることを明らかにした。 この発見は、バウンシング宇宙論におけるスカラー誘起ベクトル擾乱の決定的な重要性を強調し、これらのモデルの実現可能性に対するそれらの潜在的な影響についてさらなる調査の必要性を浮き彫りにしている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We employ multiple-scale analysis to systematically derive analytical approximations describing the cosmological propagation of gravitational waves beyond general relativity, in a framework with two interacting spin-2 fields with time-dependent couplings. Such techniques allow us to accurately track the evolution of a system with slowly evolving time-dependent couplings over a large number of oscillation periods. We focus on tensor modes propagating on sub-horizon scales in a universe dominated by dark energy and explicitly derive solutions for a general class of models. To illustrate the possible applications of our general scheme and further corroborate our analytical results, we calculate the evolution of tensor perturbations in some phenomenological toy models and compare them with numerical simulations. We show that, generically, the interactions of independent spin-2 fields lead to non-trivial modifications to the amplitude and phase of the detected waveform, which are different from those obtained in other modified gravity theories with a single graviton. This provides an avenue to test and constrain gravitational models with new fundamental physical fields. | 我々は多重スケール解析を用いて、一般相対論を超える重力波の宇宙論的伝播を記述する解析的近似を、時間依存結合を持つ2つの相互作用するスピン2場を持つ枠組みにおいて系統的に導出する。 このような手法により、多数の振動周期にわたってゆっくりと発展する時間依存結合を持つ系の発展を正確に追跡することができる。 我々は、暗黒エネルギーが支配的な宇宙において、地平線以下のスケールで伝播するテンソルモードに焦点を当て、一般的なモデルの解を明示的に導出する。 我々の一般的な枠組みの適用可能性を示し、解析的結果をさらに裏付けるために、いくつかの現象論的トイモデルにおけるテンソル摂動の発展を計算し、数値シミュレーションと比較する。 我々は、一般的に、独立したスピン2の場の相互作用が、検出された波形の振幅と位相に、単一の重力子を用いた他の修正重力理論で得られるものとは異なる、非自明な変化をもたらすことを示す。 これは、新たな基礎物理場を用いて重力モデルを検証し、制約する手段を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the scattering of electromagnetic and gravitational waves off a Reissner-Nordstr\"om black hole in the low-temperature regime where the near-horizon throat experiences large quantum fluctuations. We find that the black hole is transparent to electromagnetic and gravitational radiation of fixed helicity below a certain frequency threshold. This phenomenon arises because the angular momentum of the black hole is quantized, creating an energy gap between the spinless black hole state and the first excited spinning states. Radiation with angular momentum -- such as photons, gravitons, and partial waves of a massless scalar field, which we also study -- must supply enough energy to bridge this gap to be absorbed. Below this threshold, no absorption can occur, rendering the black hole transparent. For frequencies above the gap, the scarcity of black hole states continues to suppress the absorption cross-section relative to semiclassical predictions, making the black hole translucent rather than completely transparent. Notably, electromagnetic absorption is significantly stronger than gravitational absorption, beyond what differences in spin alone would suggest. | 低温領域において、ライスナー・ノルドストローム・ブラックホールからの電磁波および重力波の散乱を、近地平線のスロート部で大きな量子揺らぎが生じる領域で調べた。 その結果、ブラックホールは、ある周波数閾値以下では、固定ヘリシティの電磁波および重力波に対して透明であることがわかった。 この現象は、ブラックホールの角運動量が量子化され、スピンレスブラックホール状態と最初の励起スピン状態との間にエネルギーギャップが生じるために生じる。 光子、重力子、質量ゼロのスカラー場の部分波など、我々も研究対象としている角運動量を持つ放射は、このギャップを埋めるのに十分なエネルギーを供給して吸収されなければならない。 この閾値以下では吸収は起こらず、ブラックホールは透明になる。 ギャップ以上の周波数では、ブラックホール状態の少なさが、半古典的な予測に比べて吸収断面積を抑制し続け、ブラックホールは完全に透明ではなく半透明になる。 透明です。 特に、電磁吸収は重力吸収よりもはるかに強く、スピンの違いだけで予想される以上の効果があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Addressing the late-time accelerated expansion of the universe, known as the ``dark energy problem'', remains a central challenge in cosmology. While the cosmological constant is the standard explanation, alternative models such as quintessence, phantom fluids, and Chaplygin gas have been proposed. This work investigates the generalized Chaplygin gas (GCG) model, which is characterized by a polytropic equation of state. We explore this model within the framework of an anisotropic fluid, by means of a metric that reduces to the standard form of the Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker (FLRW) spacetime at cosmological scales. To assess the model's viability, we derive analytical expressions for the scale factor, the Hubble parameter, and the deceleration parameter. Finally, the model is tested against observational data to constrain its parameters and evaluate its consistency. | 「ダークエネルギー問題」として知られる、宇宙の晩期加速膨張への対処は、依然として宇宙論における中心的な課題である。 宇宙定数が標準的な説明となっているが、クインテッセンス、ファントム流体、チャプリギンガスといった代替モデルも提案されている。 本研究では、ポリトロープ状態方程式を特徴とする一般化チャプリギンガス（GCG）モデルを検証する。 我々は、宇宙スケールにおけるフリードマン・レメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）時空の標準形に縮約される計量を用いて、異方性流体の枠組みの中でこのモデルを検証する。 モデルの妥当性を評価するために、スケール係数、ハッブルパラメータ、減速パラメータの解析的表現を導出する。 最後に、観測データを用いてモデルを検証し、パラメータの制約と整合性を評価する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We prove several inequalities between the curvature invariants, which impose constraints on curvature singularities. Some of the inequalities hold for a family of spacetimes which include static, Friedmann--Lema\^itre--Robertson--Walker, and Bianchi type I metrics, independently of whether they are solutions of some particular field equations. In contrast, others hold for solutions of Einstein's gravitational field equation and a family of energy-momentum tensors (featuring ideal fluids, scalar fields and nonlinear electromagnetic fields), independently of the specific form of the spacetime metric. We illustrate different behaviour of the basic curvature invariants with numerous examples and discuss the consequences and limitations of the proven results. | 我々は、曲率不変量間のいくつかの不等式を証明する。 これらは曲率特異点に制約を課す。 いくつかの不等式は、静的計量、フリードマン-ルメートル-ロバートソン-ウォーカー計量、およびビアンキI型計量を含む時空族に対して、それらが特定の場の方程式の解であるかどうかとは無関係に成立する。 一方、他の不等式は、時空計量の具体的な形式とは無関係に、アインシュタインの重力場方程式とエネルギー運動量テンソル族（理想流体、スカラー場、非線形電磁場を特徴とする）に対して成立する。 我々は、多数の例を用いて基本的な曲率不変量の様々な振る舞いを示し、証明された結果の帰結と限界について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study the inextensibility problem of the spacetime at a future boundary point. We detect the inextensibility of the spacetime by the volume-distance-ratio asymptote of the timelike diamond approaching the future boundary point. The fundamental idea is to compare the asymptote with the one in Minkowski spacetime. By this idea, we establish the inextensibility criteria for both $C^{0,1}$ and $C^0$ regularities. As applications, we prove that i) $C^{0,1}$-inextensibility of the interior solution of the spherically self-similar naked singularity in the gravitational collapse of a massless scalar field constructed by Christodoulou. The key estimate is on the volume form of the interior solution of the naked singularity in a self-similar coordinate system. ii) $C^0$-inextensibility of the spatially flat FLRW spacetime with asymptotically linear scale factor $a(t) \sim t$. The key estimate is the volume comparison with the spatially hyperbolic FLRW spacetime with the scale factor $t$ which is the causal past of a point in the Minkowski spacetime. | 我々は未来境界点における時空の非拡張性問題を研究する。 時空の非拡張性は、未来境界点に接近する時間的ダイヤモンドの体積-距離-比漸近線によって検出する。 基本的な考え方は、この漸近線をミンコフスキー時空における漸近線と比較することである。 この考え方によって、$C^{0,1}$ 正則性と $C^0$ 正則性の両方に対する非拡張性基準を確立する。 応用として、i) Christodoulou によって構築された質量ゼロスカラー場の重力崩壊における球面自己相似裸特異点の内部解の $C^{0,1}$ 非拡張性を証明する。 鍵となる評価は、自己相似座標系における裸特異点の内部解の体積形式に関するものである。 ii) 漸近線形スケール因子$a(t) \sim t$を持つ空間的に平坦なFLRW時空の$C^0$非拡張性。 重要な推定値は、ミンコフスキー時空における点の因果過去であるスケール因子$t$を持つ空間的に双曲的なFLRW時空との体積比較である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work we investigate several Einstein-Gauss-Bonnet models that are compatible with the GW170817 event, the Atacama Cosmology Telescope data and the BICEP/Keck updated Planck constraints on the tensor-to-scalar ratio. We consider two distinct classes of Einstein-Gauss-Bonnet theories, which are equally successful for GW170817-compatible model building and we examine their viability against the Atacama Cosmology Telescope data and the updated Planck constraints on the tensor-to-scalar ratio. The two models are distinct since the first class relates directly the non-minimal Gauss-Bonnet scalar coupling function with the scalar potential and yields $c_T^2=1$ while in the second class, the non-minimal Gauss-Bonnet scalar coupling function and the scalar potential are freely but conveniently chosen and the class of models respects the constraint $\left| c_T^2 - 1 \right| < 6 \times 10^{-15}$. We provide several examples of models belonging to both the two classes of GW170817-compatible Einstein-Gauss-Bonnet theories and we demonstrate that Einstein-Gauss-Bonnet theories provide a promising theoretical framework for inflationary dynamics. | 本研究では、GW170817イベント、アタカマ宇宙論望遠鏡のデータ、そしてBICEP/Keckによるテンソル・スカラー比に関する更新されたプランク制約と整合する、いくつかのアインシュタイン-ガウス-ボネモデルを調査する。 GW170817に適合するモデル構築において同等に有効な2つの異なるアインシュタイン-ガウス-ボネ理論を考察し、アタカマ宇宙論望遠鏡のデータとテンソル・スカラー比に関する更新されたプランク制約に対するそれらの妥当性を検証する。 これら2つのモデルは、第一のクラスでは非極小ガウス-ボネ・スカラー結合関数とスカラーポテンシャルを直接結び付け、$c_T^2=1$を与えるのに対し、第二のクラスでは非極小ガウス-ボネ・スカラー結合関数とスカラーポテンシャルが自由に、しかし便宜的に選択され、モデルのクラスは制約$\left| c_T^2 - 1 \right| < 6 \times 10^{-15}$を満たすという点で異なる。 我々は、GW170817互換のアインシュタイン-ガウス-ボネ理論の2つのクラスの両方に属するモデルの例をいくつか示し、アインシュタイン-ガウス-ボネ理論がインフレーション動力学の有望な理論的枠組みを提供することを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work we construct a formalism that can reveal the general characteristics of classes of viable $F(R)$ inflationary theories. The assumptions we make is that the slow-roll era occurs, and that the de Sitter scalaron mass $m^2(R)$ of the $F(R)$ gravity is positive or zero, for both the inflationary and late-time quasi de Sitter eras, a necessary condition for the stability of the de Sitter spacetime. In addition, we require that the de Sitter scalaron mass is also a monotonically increasing function of the Ricci scalar, or it has an extremum. Also the $F(R)$ gravity function is required to depend on the two known fundamental scales in cosmology, the cosmological constant $\Lambda$ and the mass scale $m_s^2=\frac{\kappa^2 \rho_m^{(0)}}{3}$, with $\rho_m^{(0)}$ denoting the energy density of the cold dark matter at the present epoch, that is $F(R)=F(R,\Lambda,m_s^2)$. Using these general assumptions we provide the general features of viable classes of $F(R)$ gravity inflationary theories which remarkably can also simultaneously describe successfully the dark energy era. This unique feature of a unified description of the dark energy and inflationary eras stems from the requirement of the monotonicity of the de Sitter scalaron mass $m^2(R)$. These viable classes are either deformations of the $R^2$ model or $\alpha$-attractors type theories. The analysis of the viability of a general $F(R)$ gravity inflationary theory is reduced in evaluating the parameter $x=\frac{R F_{RRR}}{F_{RR}}$ and the first slow-roll index of the theory, either numerically or approximately. We also disentangle the power-law $F(R)$ gravities from power-law evolution. | 本研究では、実行可能な$F(R)$インフレーション理論のクラスの一般的な特性を明らかにするための形式論を構築する。 我々が仮定するのは、スローロール時代が発生し、$F(R)$重力のド・ジッター・スカラーロン質量$m^2(R)$がインフレーション時代と後期準ド・ジッター時代の両方において正またはゼロであり、これがド・ジッター時空の安定性の必要条件であるということである。 さらに、ド・ジッター・スカラーロン質量はリッチスカラーの単調増加関数であるか、あるいは極値を持つことも要求する。 また、重力関数$F(R)$は、宇宙論における2つの既知の基本スケール、すなわち宇宙定数$\Lambda$と質量スケール$m_s^2=\frac{\kappa^2 \rho_m^{(0)}}{3}$に依存することが要求される。 ここで、$\rho_m^{(0)}$は現時点における冷たい暗黒物質のエネルギー密度を表し、すなわち$F(R)=F(R,\Lambda,m_s^2)$である。 これらの一般的な仮定を用いて、我々は実現可能なクラスの$F(R)$重力インフレーション理論の一般的な特徴を与える。 驚くべきことに、これらの理論は暗黒エネルギー時代も同時に記述することができる。 暗黒エネルギー時代とインフレーション時代を統一的に記述できるというこのユニークな特徴は、ド・ジッター・スカラーロン質量$m^2(R)$の単調性という要件に由来する。 これらの実行可能なクラスは、$R^2$モデルの変形、または$\alpha$アトラクター型理論のいずれかである。 一般的な$F(R)$重力インフレーション理論の実行可能性の解析は、パラメータ$x=\frac{R F_{RRR}}{F_{RR}}$と理論の第一スローロール指数を数値的または近似的に評価することで簡略化される。 また、べき乗則$F(R)$重力をべき乗則発展から分離する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We discuss the propagation of gravitational waves over a non-Riemannian spacetime, when a non-minimal coupling between the geometry and matter is considered in the form of contractions of the energy momentum tensor with the Ricci and co-Ricci curvature tensors. We focus our analysis on perturbations on a Minkowski background, elucidating how derivatives of the energy momentum tensor can sustain non-trivial torsion and non-metricity excitations, eventually resulting in additional source terms for the metric field. These can be reorganized in the form of D'Alembert operator acting on the energy momentum tensor and the equivalence principle can be reinforced at the linear level by a suitable choice of the parameters of the model. We show how tensor polarizations can exhibit a subluminal phase velocity in matter, evading the constraints found in General Relativity, and how this allows for the kinematic damping in specific configurations of the medium and of the geometry-matter coupling. These in turn define regions in the wavenumber space where propagation is forbidden, leading to the appearance of typical cut-off scale in the frequency spectrum. | 我々は、非リーマン時空上の重力波の伝播について議論する。 このとき、幾何学と物質との間の非極小結合は、エネルギー運動量テンソルとリッチ曲率テンソルおよびコリッチ曲率テンソルの縮約の形で考慮される。 我々はミンコフスキー背景における摂動に解析の焦点を当て、エネルギー運動量テンソルの微分がどのようにして非自明なねじれおよび非計量性励起を維持し、最終的に計量場の追加のソース項をもたらすかを明らかにする。 これらは、エネルギー運動量テンソルに作用するダランベール作用素の形で再構成することができ、モデルのパラメータを適切に選択することで、等価性原理を線形レベルで強化することができる。 我々は、テンソル偏極が物質中で光速以下の位相速度を示し、一般相対性理論の制約を回避できること、そしてこれが媒質および幾何学と物質の結合の特定の構成において運動学的減衰を可能にすることを示した。 これらは波数空間において伝播が禁制となる領域を定義し、周波数スペクトルに典型的なカットオフスケールの出現につながる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The theory of dark matter superfluidity has emerged as a compelling framework, in which the dynamics are governed by a non-relativistic $P(X)$ superfluid Lagrangian that naturally leads to Modified Newtonian Dynamics (MOND)-like behavior when coupled to baryons at galactic scales. Notably, at cosmological scales, this effective description reproduces the standard $\Lambda$ Cold Dark Matter ($\Lambda$CDM) model at the background level, suggesting that cold dark matter may undergo Bose--Einstein condensation at galactic scales. In this work, we extend the non-relativistic formulation by systematically incorporating relativistic corrections within the Friedmann--Lema\^itre--Robertson--Walker (FLRW) spacetime. We further perform a linear perturbation analysis in this relativistic setting to investigate the evolution of matter density fluctuations. Our results clarify the viability of the superfluid dark matter scenario in explaining large-scale structure formation and identify the parameter regimes in which it remains consistent with current cosmological observations. | 暗黒物質超流動理論は、非相対論的$P(X)$超流動ラグランジアンによってダイナミクスが支配され、銀河スケールで重粒子と結合すると、自然に修正ニュートン力学(MOND)のような挙動を示すという魅力的な枠組みとして浮上してきた。 特に、宇宙スケールにおいては、この効果的な記述は標準的な$\Lambda$冷暗黒物質($\Lambda$CDM)モデルを背景レベルで再現し、冷暗黒物質が銀河スケールでボーズ-アインシュタイン凝縮を起こす可能性を示唆している。 本研究では、Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker (FLRW)時空に相対論的補正を系統的に組み込むことで、非相対論的定式化を拡張する。 さらに、この相対論的設定において線形摂動解析を行い、物質密度揺らぎの発展を調査する。 我々の研究結果は、大規模構造形成を説明する上で超流動暗黒物質シナリオの実現可能性を明らかにし、それが現在の宇宙論的観測と整合するパラメータ領域を特定した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Primordial black hole (PBH) binaries experience strong gravitational perturbations in the case of their initial clustering, which significantly affects the dynamics of their mergers. In this work, we develop a new formalism to account for these perturbations and track the evolution of the binary orbital parameters distribution. Based on this approach, we calculate the merger rate of PBH binaries and demonstrate that its temporal evolution differs greatly from that of isolated binary systems. Moreover, PBH clustering produces distinctive features in the stochastic gravitational-wave background: the canonical $2/3$ spectral slope transforms to $\Omega_{\rm gw} \propto \nu^{-65/28}$ in a certain frequency band. These predictions can be probed in future gravitational wave observations, opening up new opportunities to test the clustering of PBHs and their contribution to dark matter. | 原始ブラックホール連星（PBH）は、初期のクラスタリング時に強い重力摂動を受け、それが合体のダイナミクスに大きな影響を与えます。 本研究では、これらの摂動を考慮し、連星軌道パラメータ分布の進化を追跡するための新しい形式論を開発します。 このアプローチに基づいて、PBH連星の合体速度を計算し、その時間的進化が孤立連星系のそれとは大きく異なることを実証します。 さらに、PBHのクラスタリングは、確率的重力波背景に特徴的な特徴をもたらします。 特定の周波数帯域において、標準的な$2/3$スペクトル勾配が$\Omega_{\rm gw} \propto \nu^{-65/28}$へと変換されます。 これらの予測は将来の重力波観測で検証することができ、PBHのクラスタリングと暗黒物質への寄与を検証する新たな機会が開かれる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The phasing for compact binary systems on circular orbits was obtained in arXiv:2304.11185 at fourth-and-a-half post-Newtonian (4.5PN) order thanks to two main ingredients: the 4PN conservative energy (associated to a nonradiative spacetime) in terms of the orbital frequency and the 4.5PN flux in terms of the waveform frequency (i.e., the half-frequency of the $(\ell,m)=(2,2)$ mode). When obtaining the phasing, a key physical postulate was made: the expression of the binding energy in terms of the waveform frequency was assumed to be identical to the expression of the conservative energy in terms of the orbital frequency. This postulate was necessary to ensure that the frequency evolution obtained through the flux-balance law (which involves the binding energy) was independent of the choice of spacetime foliation. In this work, I show that the binding energy entering the flux-balance law differs from the 4PN conservative energy by a 4PN pseudo-Schott term, associated with radiation-reaction effects due to gravitational tails. Unlike the usual Schott terms (at 2.5PN, 3.5PN and 4.5PN), the pseudo-Schott term is not a total derivative and is in fact hereditary, so it does not vanish for circular orbits. Remarkably, the binding energy thus obtained is in perfect agreement with the one obtained using the aforementioned physical postulate, which confirms that the 4.5PN phasing associated to the waveform frequency computed in arXiv:2304.11185 is indeed correct. This result is extended to the other Poincar\'e invariants, and `thermodynamic' relations between the binding energy and angular momentum are established. Finally, the chirp and phasing associated to the orbital frequency are presented at 4.5PN, including horizon-absorption effects. | 円軌道上のコンパクト連星系の位相は、arXiv:2304.11185 において、4.5 ポストニュートン秩序 (4.5PN) で得られました。 これは、2 つの主な要素、すなわち、軌道周波数で表した 4PN 保存エネルギー (非放射時空に関連) と、波形周波数 (すなわち、$(\ell,m)=(2,2)$ モードの半周波数) で表した 4.5PN フラックスによって実現されました。 位相を得るにあたり、重要な物理的仮定が立てられました。 すなわち、波形周波数で表した結合エネルギーの表現は、軌道周波数で表した保存エネルギーの表現と同一であると仮定されました。 この仮定は、フラックスバランス則 (結合エネルギーを含む) によって得られる周波数変化が、時空構造の選択に依存しないことを保証するために必要でした。 本研究では、フラックスバランス則に加わる結合エネルギーが、重力テールによる放射反応効果に関連する4PN擬ショット項によって4PN保存エネルギーと異なることを示す。 通常のショット項（2.5PN、3.5PN、および4.5PN）とは異なり、擬ショット項は全微分ではなく、実際には遺伝的であるため、円軌道でも消滅しない。 注目すべきことに、このようにして得られた結合エネルギーは、前述の物理的公理を用いて得られたものと完全に一致しており、arXiv:2304.11185で計算された波形周波数に関連する4.5PN位相が正しいことを裏付けている。 この結果は他のポアンカレ不変量にも拡張され、結合エネルギーと角運動量の間に「熱力学的」関係が確立される。 最後に、軌道周波数に関連するチャープと位相が、地平線吸収効果を含めて4.5PNで示されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In General Relativity, the static tidal Love numbers of black holes vanish identically. Whether this remains true for time-dependent tidal fields -- i.e., in the case of dynamical tidal Love numbers -- is an open question, complicated by subtle issues in the definition and computation of the tidal response at finite frequency. In this work, we compute the dynamical tidal perturbations of a Schwarzschild black hole to quadratic order in the tidal frequency. By employing the Teukolsky formalism in advanced null coordinates, which are regular at the horizon, we obtain a particularly clean perturbative scheme. Furthermore, we introduce a response function based on the full solution of the perturbation equation which does not depend on any arbitrary constant. Our analysis recovers known results for the dissipative response at linear order and the logarithmic running at quadratic order, associated with scale dependence in the effective theory. In addition, we find a finite, nonvanishing conservative correction at second-order in frequency, thereby possibly demonstrating a genuine dynamical deformation of the black hole geometry. We then assess the impact of these dynamical tidal effects on the gravitational-wave phase, which enter at 8th post-Newtonian order, and express the correction in terms of generic $\mathcal{O}(1)$ coefficients, which have to be matched to the perturbative result. Despite their conceptual interest, we argue that such corrections are too small to be observable even with future-generation gravitational wave detectors. Moreover, the corresponding phase shifts are degenerate with unknown point-particle contributions entering at the same post-Newtonian order. | 一般相対論では、ブラックホールの静的潮汐ラブ数は同様にゼロになる。 これが時間依存の潮汐場、すなわち動的潮汐ラブ数の場合にも成り立つかどうかは未解決の問題であり、有限周波数における潮汐応答の定義と計算における微妙な問題によって複雑化している。 本研究では、シュワルツシルトブラックホールの潮汐周波数の2次のオーダーまでの動的潮汐摂動を計算する。 地平線で正則な高度なヌル座標においてTeukolsky形式を用いることで、特に明瞭な摂動法を得る。 さらに、摂動方程式の完全解に基づく、任意定数に依存しない応答関数を導入する。 本解析は、有効理論におけるスケール依存性に関連する、線形オーダーでの散逸応答と2次のオーダーでの対数的応答に関する既知の結果を回復する。 さらに、我々は周波数の2次のオーダーで有限かつゼロではない保存的補正を見いだし、これによりブラックホール形状の真の動的変形を実証できる可能性がある。 次に、これらの動的潮汐効果が、ポストニュートン秩序の8次で入射する重力波位相に与える影響を評価し、その補正を一般的な$\mathcal{O}(1)$係数で表現する。 これらの係数は摂動論的結果と整合させる必要がある。 概念的には興味深いが、このような補正は将来世代の重力波検出器を用いても観測できないほど小さいと主張する。 さらに、対応する位相シフトは、同じポストニュートン秩序で入射する未知の点粒子の寄与と縮退している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We compute a gravitational on-shell action of a finite, spherically symmetric causal diamond in $(d+2)$-dimensional Minkowski spacetime, finding it is proportional to the area of the bifurcate horizon $A_{\mathcal{B}}$. We then identify the on-shell action with the saddle point of the Euclidean gravitational path integral, which is naturally interpreted as a partition function. This partition function is thermal with respect to a modular Hamiltonian $K$. Consequently, we determine, from the on-shell action using standard thermodynamic identities, both the mean and variance of the modular Hamiltonian, finding $\langle K \rangle = \langle (\Delta K)^2 \rangle = \frac{A_{\mathcal{B}}}{4 G_N}$. Finally, we show that modular fluctuations give rise to fluctuations in the geometry, and compute the associated phase shift of massless particles traversing the diamond under such fluctuations. | 有限で球対称な因果ダイヤモンドの$(d+2)$次元ミンコフスキー時空における重力オンシェル作用を計算し、それが分岐地平線の面積$A_{\mathcal{B}}$に比例することを見出した。 次に、オンシェル作用をユークリッド重力経路積分の鞍点と同一視し、これは自然に分配関数として解釈される。 この分配関数はモジュラーハミルトニアン$K$に関して熱的である。 したがって、標準的な熱力学恒等式を用いてオンシェル作用からモジュラーハミルトニアンの平均と分散を決定し、$\langle K \rangle = \langle (\Delta K)^2 \rangle = \frac{A_{\mathcal{B}}}{4 G_N}$と求まる。 最後に、モジュラー変動が幾何学的構造に変動を生じさせることを示し、そのような変動下でダイヤモンドを通過する質量ゼロ粒子の関連する位相シフトを計算する。 |