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| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss the implications of the most recent DESI Baryon Acoustic Oscillations (BAO) DR2 and DESyr5 compilation of supernovae (SNe) datasets for modified gravity focusing on non-metricity based $f(Q)$ theory, by employing a `model-independent' approach. We reconstruct of dark energy density which is then extended to estimate the perturbation-level quantities, sourced by the modified gravity, namely the effective gravitational coupling, $\mu$, and the amplitude damping parameter of gravitational wave propagation, $\nu$. In light of the remarkable hints for a dynamical dark energy emerging from the analysis of background cosmological data, we discuss the possibility to distinguish between dark energy and modified gravity scenarios from their scalar and tensor perturbation-level signatures. We contrast our findings between the older Pantheon+ and the newer DESyr5 compilations of SNe datasets, which predict a significant distinct signature in the damping parameter of the gravitational wave propagation amplitude. On the other hand, the prediction for the effective gravitational coupling remains insensitive to the choice of the SNe datasets. Our results provide a strong case for the study of gravitational wave propagation in modified gravity theories, in light of the new generation of gravitational wave detectors such as LISA, Einstein Telescope and Cosmic Explorer. | 本研究では、最新のDESI Baryon Acoustic Oscillations (BAO) DR2およびDESyr5による超新星(SNe)データセットの集積が、非計量性に基づく$f(Q)$理論に焦点を当てた修正重力理論に与える影響について、「モデル非依存」アプローチを用いて議論する。 我々はダークエネルギー密度を再構築し、それを拡張して修正重力に起因する摂動レベルの量、すなわち有効重力結合$\mu$と重力波伝播の振幅減衰パラメータ$\nu$を推定する。 背景宇宙論データの解析から得られた動的ダークエネルギーに関する注目すべきヒントを踏まえ、スカラーおよびテンソル摂動レベルのシグネチャーからダークエネルギーと修正重力シナリオを区別する可能性について議論する。 我々は、古い Pantheon+ と新しい DESyr5 の超新星データセットの解析結果を比較する。 DESyr5 は、重力波伝播振幅の減衰パラメータに顕著な特徴を予測する。 一方、有効重力結合の予測は、超新星データセットの選択には依存しない。 我々の研究結果は、LISA、アインシュタイン望遠鏡、コズミック・エクスプローラーといった新世代の重力波検出器を踏まえ、修正重力理論における重力波伝播の研究を強力に裏付けるものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a Symmetry Topological Field Theory (SymTFT) for continuous spacetime symmetries. For a $d$-dimensional theory, it is given by a $(d+1)$-dimensional BF-theory for the spacetime symmetry group, and whenever $d$ is even, it can also include Chern-Simons couplings that encode conformal and gravitational anomalies. We study the boundary conditions for this SymTFT and describe the general setup to study symmetry breaking of spacetime symmetries. We then specialize to the conformal symmetry case and derive the dilaton action for conformal symmetry breaking. To further substantiate that our setup captures spacetime symmetries, we demonstrate that the topological defects of the SymTFT realize the associated spacetime symmetry transformations. Finally, we study the relation to gravity and holography. The proposal classically coincides with two-dimensional Jackiw-Teitelboim gravity for $d=1$ as well as the topological limit of four-dimensional gravity in the $d=3$ case. | 連続時空対称性に対する対称位相場理論（SymTFT）を提案する。 $d$次元理論の場合、この理論は時空対称群の$(d+1)$次元BF理論によって与えられ、$d$が偶数であるときはいつでも、共形異常および重力異常を符号化するチャーン・サイモンズ結合も含むことができる。 このSymTFTの境界条件を研究し、時空対称性の対称性の破れを研究するための一般的な設定を記述する。 次に、共形対称性の場合に特化し、共形対称性の破れに対するディラトン作用を導出する。 この設定が時空対称性を捉えていることをさらに実証するために、SymTFTの位相欠陥が関連する時空対称変換を実現することを示す。 最後に、重力とホログラフィーとの関係を研究する。 この提案は、古典的には、$d=1$ の場合の 2 次元 Jackiw-Teitelboim 重力と一致するほか、$d=3$ の場合の 4 次元重力の位相的極限とも一致する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Relativistic hydrodynamics provides a solid framework for evolving matter and energy in a wide variety of phenomena. Nevertheless, the inclusion of dissipative effects in realistic scenarios through causal, stable, and well-posed theories still constitutes an open problem. In this paper, we study the evolution of the algebraic and differential constraints stemmed from the first-order reduction proposed by Bemfica, Disconzi, Noronha and Kovtun (BDNK), for proving the local well-posedness of conformally-invariant viscous fluids in Sobolev spaces. First, we show analytically that the whole set of constraints satisfies a homogeneous, strongly-hyperbolic system of equations, ensuring a correct propagation as a consequence of the fluid equations. Motivated by this result, we explore their numerical stability by performing simulations of the BDNK reduction restricted to plane-symmetric configurations, in flat spacetime. We report on different initial data sets initially satisfying the constraints, and whose evolution leads to stable configurations. This result suggests that the proposed reduction by BDNK is suitable for numerical evolutions, keeping the constraints accurate under small numerical errors. | 相対論的流体力学は、様々な現象における物質とエネルギーの発展のための強固な枠組みを提供する。 しかしながら、因果的、安定的、かつ適切である理論を通して現実的なシナリオに散逸効果を取り入れることは、依然として未解決の問題である。 本論文では、ソボレフ空間における共形不変粘性流体の局所適切性を証明するために、Bemfica、Disconzi、Noronha、Kovtun (BDNK) によって提案された一次縮約から生じる代数的および微分的拘束条件の発展について検討する。 まず、拘束条件全体が同次かつ強双曲的な方程式系を満たし、流体方程式の結果として正しい伝播を保証することを解析的に示す。 この結果に基づき、平坦時空において、面対称構成に制限された BDNK 縮約のシミュレーションを実行することにより、それらの数値的安定性を調査する。 我々は、制約を初期的に満たし、かつその進化が安定な構成へと導く様々な初期データセットを報告する。 この結果は、BDNKによって提案された縮約法が、小さな数値誤差の下で制約を正確に保ちながら数値進化に適していることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Lunar Gravitational Wave Antenna (LGWA) is a proposed gravitational-wave detector that will observe in the decihertz (dHz) frequency region. In this band, binary white dwarf systems are expected to merge, emitting gravitational waves. Detecting this emission opens new perspectives for understanding the Type Ia supernova progenitors and for investigating dense matter physics. In this work, we present the capabilities of LGWA to detect and localize short-period double white dwarfs in terms of sky locations and distances. The analysis is performed using a realistic spatial distribution of sources, merger rates, and binary-mass distributions derived from current population synthesis models. The simulated population of double white dwarfs is generated using the SeBa stellar-evolution code, coupled with dedicated sampling algorithms. The performance of the LGWA detector, both in terms of signal detectability and parameter estimation, is assessed using standard gravitational-wave data analysis techniques, including Fisher matrix methods, as implemented in the GWFish and Legwork codes. The analysis indicates that LGWA could detect approximately O(30) monochromatic galactic sources and O(10) extragalactic mergers, demonstrating the unique potential of decihertz gravitational-wave detectors to access and characterize extragalactic DWD populations. This will open new avenues for understanding Type Ia supernova progenitors and the physics of DWDs. | 月重力波アンテナ（LGWA）は、デシヘルツ（dHz）周波数領域で観測を行う重力波検出器として提案されています。 この帯域では、連星系である白色矮星が合体し、重力波を放射すると予想されています。 この放射の検出は、Ia型超新星の起源の理解と高密度物質物理学の探究に新たな展望を開きます。 本研究では、LGWAが短周期の二重白色矮星を天空上の位置と距離の観点から検出し、その位置を特定する能力を示します。 解析は、現在の種族合成モデルから得られた現実的な源の空間分布、合体率、および連星質量分布を用いて行われます。 シミュレートされた二重白色矮星の種族は、SeBa恒星進化コードと専用のサンプリングアルゴリズムを組み合わせて生成されます。 LGWA検出器の性能は、信号検出能とパラメータ推定の両面において、GWFishコードとLegworkコードに実装されているフィッシャー行列法を含む標準的な重力波データ解析手法を用いて評価された。 解析の結果、LGWAは約O(30)個の単色銀河源とO(10)個の銀河系外合体を検出できることが示され、デシヘルツ重力波検出器が銀河系外DWD種族にアクセスし、その特性を明らかにする独自の可能性を示している。 これは、Ia型超新星の祖先とDWDの物理学を理解するための新たな道を開くであろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A particularly compelling aspect of the GW190521 event detected by the LIGO-Virgo collaboration is that it has an extremely short duration, and lacks a clearly identifiable inspiral phase usually observed in the binary black holes (BBHs) coalescence. In this work, we hypothesize that GW190521 might represent a single, isolated gravitational wave (GW) echo pulse from the wormhole, which is the postmerger remnant of BBHs in another universe and connected to our universe through a throat. The ringdown signal after BBHs merged in another universe can pass through the throat of wormhole and be detected in our universe as a short-duration echo pulse. Our analysis results indicate that our model yields a network signal-to-noise ratio comparable to that of the standard BBHs merger model reported by the LIGO-Virgo collaboration. Though the Bayesian factor slightly prefers the standard BBHs merger model, it is not significant enough to rule out the possibility that the echo-for-wormhole model is a viable hypothesis for the GW190521 event. | LIGO-Virgo共同研究によって検出されたGW190521イベントの特に興味深い点は、その持続時間が極めて短く、連星ブラックホール（BBH）の合体時に通常観測される、明確に識別可能なインスパイラル位相が欠けていることです。 本研究では、GW190521は、別の宇宙でBBHが合体した後に残されたワームホールからの、単一の孤立した重力波（GW）エコーパルスである可能性があるという仮説を立てています。 ワームホールは、別の宇宙でBBHが合体した後に残されたものであり、私たちの宇宙とはスロートを介して繋がっています。 別の宇宙でBBHが合体した後に発生するリングダウン信号は、ワームホールのスロートを通過し、私たちの宇宙で短時間のエコーパルスとして検出される可能性があります。 解析結果によると、私たちのモデルは、LIGO-Virgo共同研究によって報告された標準的なBBH合体モデルと同等のネットワーク信号対雑音比（SN比）を示すことが示されました。 ベイズ係数は標準的なBBH合体モデルをわずかに支持するものの、エコー・フォー・ワームホールモデルがGW190521イベントの有効な仮説となる可能性を排除するほど有意ではない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we revisit and evaluate new source terms which contribute to the induced gravitational wave background. We study their respective contributions to the stochastic gravitational wave background by computing their spectral densities in a radiation-dominated universe. These terms appear at third order in cosmological perturbation theory, however, their correlations with primordial gravitational waves are non-trivial and appear at the same order as so-called scalar induced and scalar-tensor induced gravitational waves. We find that these gravitational wave sources suppress the spectral density at the scales we consider. Furthermore, similarly to scalar-tensor source terms at second order, we find that some terms are enhanced when the input primordial power spectrum of scalar fluctuations is not sufficiently peaked. Hence, where possible, we show that under certain limits the integrands of these terms diverge in the UV sector. | 本研究では、誘起重力波背景に寄与する新たな源項を再検討し、評価する。 放射優勢宇宙におけるスペクトル密度を計算することにより、確率的重力波背景へのそれぞれの寄与を調べる。 これらの項は宇宙摂動論では3次の項として現れるが、原始重力波との相関は自明ではなく、いわゆるスカラー誘起重力波やスカラーテンソル誘起重力波と同じ次数として現れる。 これらの重力波源は、我々が検討するスケールにおいてスペクトル密度を抑制することがわかった。 さらに、2次のスカラーテンソル源項と同様に、スカラー揺らぎの入力原始パワースペクトルが十分にピークに達していない場合、いくつかの項が増強されることがわかった。 したがって、可能な場合には、特定の限界の下で、これらの項の積分関数がUVセクターで発散することを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The nature of dark matter remains unknown, motivating the study of fuzzy/wave dark matter (FDM/$\psi$DM) and self-interacting dark matter (SIDM) as alternative frameworks to address small-scale discrepancies in halo profiles inferred from observations. This study presents a non-parametric reconstruction of the mass distribution of the previously-found, dark subhalo in the strong-lensing system JVAS B1938+666. Compared with the standard Navarro-Frenk-White (NFW) profile, both SIDM and $\psi$DM ($m_{\psi}=1.32^{+0.22}_{-0.31}\times 10^{-22} \, \rm eV$) provide significantly better fits to the resulting density profile. Moreover, the SIDM model is favored over $\psi$DM with a Bayes factor of 14.44. The reconstructed density profile features a characteristic kiloparsec-scale core ($r_c \approx 0.5 \, \rm kpc$) with central density $\rho_c \approx 2.5\times 10^{7}\, \rm M_{\odot} \, kpc^{-3} $, exhibiting remarkable consistency with the core-halo mass scaling relations observed in Local Group dwarf spheroidals. These findings offer insights that may help address the core-cusp discrepancy in $\Lambda$CDM substructure predictions. | 暗黒物質の性質は未だ解明されていないため、観測から推定されるハロープロファイルの小規模な矛盾に対処するための代替枠組みとして、ファジー／波動暗黒物質（FDM/$\psi$DM）と自己相互作用暗黒物質（SIDM）の研究が進められている。 本研究では、強重力レンズ系JVAS B1938+666において、これまでに発見された暗黒サブハローの質量分布のノンパラメトリック再構成を示す。 標準的なNavarro-Frenk-White（NFW）プロファイルと比較すると、SIDMと$\psi$DM（$m_{\psi}=1.32^{+0.22}_{-0.31}\times 10^{-22} \, \rm eV$）はどちらも、結果として得られる密度プロファイルに著しくよく適合する。 さらに、SIDMモデルはベイズ係数14.44で$\psi$DMよりも優れている。 再構築された密度プロファイルは、中心密度$\rho_c \approx 2.5\times 10^{7}\, \rm M_{\odot} \, kpc^{-3} $を持つ特徴的なキロパーセク規模のコア（$r_c \approx 0.5 \, \rm kpc$）を特徴としており、これは局部群矮小球状体で観測されるコア-ハロー質量スケーリング関係と顕著な整合性を示している。 これらの知見は、$\Lambda$CDMによる部分構造予測におけるコア-カスプの不一致に対処するのに役立つ可能性のある知見を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Self-consistent solutions in Lorentz-violating gravity theories require the simultaneous satisfaction of: (i) the corresponding Einstein field equations, (ii) the matter field equations, and (iii) the Lorentz-violating field equations. In vacuum states, the dynamics of Lorentz-violating tensor fields may reduce to geometric constraints, potentially precluding entire classes of compact objects. These constraints are crucial for ensuring physical consistency in Lorentz-violating frameworks, as they eliminate metric families incompatible with the anisotropies induced by spontaneous Lorentz symmetry breaking. We investigate the criteria governing the emergence of these geometric constraints and analyze their consequences. Our analysis establishes a consistency framework for evaluating compact objects in these theories, demonstrating that several previously reported solutions in Lorentz-violating gravity models are physically inadmissible. | ローレンツ対称性を破る重力理論における自己無撞着な解は、(i) 対応するアインシュタイン場の方程式、(ii) 物質場の方程式、(iii) ローレンツ対称性を破る場の方程式の同時充足を必要とする。 真空状態においては、ローレンツ対称性を破るテンソル場のダイナミクスは幾何学的な制約に帰着し、潜在的にコンパクト物体のクラス全体を除外する可能性がある。 これらの制約は、自発的なローレンツ対称性の破れによって誘起される異方性と両立しない計量族を排除するため、ローレンツ対称性を破る枠組みにおける物理的無撞着性を保証する上で極めて重要である。 我々は、これらの幾何学的制約の出現を支配する基準を調査し、それらの帰結を分析する。 我々の分析は、これらの理論においてコンパクト物体を評価するための無撞着性の枠組みを確立し、ローレンツ対称性を破る重力モデルにおいてこれまで報告されてきたいくつかの解が物理的に許容されないことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We re-examine the decoherence rate of primordial fluctuations within minimal inflationary models, using only the gravitational interactions required for the underlying fluctuation-generation mechanism itself. Since gravity provides the weakest interactions the result provides a plausible floor on the rate of primordial decoherence. Previous calculations (arXiv:2211.11046) did so using only a subset of these interactions, motivated by assuming both system and environment were super-Hubble. We extend this by including the effects on super-Hubble modes of {\it all} gravitational interactions at leading order in H/Mp (and so need not restrict the decohering environment to being super-Hubble). We show how the decohering evolution becomes Markovian for super-Hubble modes, without the need to appeal to truncations (like the `rotating wave' approximation) that are often used in optics but can be inapprorpriate for cosmology. We find that the dominant contribution comes from the nonlocal cubic interactions obtained by solving the constraints. We identify UV divergences systematically and verify thereby that the leading part of the purity evolution is UV finite. In the end we find a decoherence rate that grows in the super-Hubble regime significantly {\it faster} than found earlier. We take the preliminary steps to resum this result to late times and briefly discuss why they are more complicated than for earlier calculations. | 我々は、最小インフレーション模型における原始的揺らぎのデコヒーレンス率を再検討する。 この際、揺らぎ生成機構自体に必要な重力相互作用のみを用いる。 重力は最も弱い相互作用であるため、この結果は原始的デコヒーレンス率の妥当な下限を与える。 以前の計算（arXiv:2211.11046）では、系と環境の両方がスーパーハッブルであると仮定し、これらの相互作用の一部のみを用いて計算を行った。 我々はこれを拡張し、H/Mpの主要次数におけるすべての重力相互作用のスーパーハッブルモードへの影響を含める（したがって、デコヒーレンス環境をスーパーハッブルに限定する必要はない）。 我々は、光学ではしばしば用いられるが宇宙論には不適切となる可能性のある打ち切り（「回転波」近似など）を用いることなく、スーパーハッブルモードにおけるデコヒーレンス発展がどのようにしてマルコフ的になるかを示す。 支配的な寄与は、制約条件を解くことによって得られる非局所立方相互作用から生じることを見出す。 我々はUV発散を系統的に同定し、それによって純度発展の主要部分がUV有限であることを確認する。 最終的に、スーパーハッブル領域において、デコヒーレンス率が以前よりも著しく{\it速く}増大することを見出す。 我々は、この結果を後期にまで拡張するための予備的な手順を踏み、それが以前の計算よりも複雑である理由について簡単に議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We implement an analogue Wheeler-DeWitt mini-universe constituted by a well-isolated atomic Bose-Einstein condensate in a time-independent conservative potential. In exact analogy with the Wheeler-DeWitt framework for the actual universe, our system has the fundamental problem of defining from within a meaningful time variable over which to order the events. Here, we partition the mini-universe into a bright and a dark sector, enabling entropy exchange between them through a potential barrier. We show that the Hamiltonian of the condensate in the bright sector is analogous to the one in canonical minisuperspace models. We define an entropic time and show with experimental data that it is robustly monotonic even when the bright sector undergoes several cycles that begin with a 'big bang' and end with a 'big crunch'. By tuning the barrier height, we control the rate of entropy production and thus the speed of the emergent entropic time and the dynamics of the bright universe. We finally derive an entropic time-dependent Schroedinger equation that could be considered as a generalization of the standard one, and use it to reproduce our data. This work experimentally validates the proposition that time in quantum cosmological models may not be fundamental, but instead emerges from thermodynamic gradients, while establishing a concrete experimental platform for evaluating several aspects of quantum gravity theories. | 我々は、時間に依存しない保存ポテンシャル内の十分に孤立した原子ボーズ・アインシュタイン凝縮体によって構成される、類似のWheeler-DeWittミニ宇宙を実装する。 実際の宇宙のWheeler-DeWitt枠組みと全く同様に、我々のシステムは、事象を順序付けるための意味のある時間変数を内部から定義するという基本的な問題を抱えている。 ここでは、ミニ宇宙を明るいセクターと暗いセクターに分割し、ポテンシャル障壁を介してそれらの間でエントロピー交換を可能にする。 明るいセクターの凝縮体のハミルトニアンは、標準的なミニ超空間モデルのハミルトニアンのハミルトニアンは類似していることを示す。 我々はエントロピー時間を定義し、実験データを用いて、明るいセクターが「ビッグバン」で始まり「ビッグクランチ」で終わる複数のサイクルを経たとしても、それがロバストに単調であることを示す。 障壁の高さを調整することで、エントロピー生成速度、ひいては出現するエントロピー時間の速度と明るい宇宙のダイナミクスを制御することができます。 最終的に、標準的なシュレーディンガー方程式の一般化とみなせる、エントロピー時間依存のシュレーディンガー方程式を導出し、それを用いてデータの再現に用います。 本研究は、量子宇宙論モデルにおける時間は根本的なものではなく、熱力学的勾配から現れるという命題を実験的に検証するとともに、量子重力理論の様々な側面を評価するための具体的な実験プラットフォームを確立します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| With the significantly improved sensitivity and a wider frequency band, the next-generation gravitational-wave (GW) detectors are anticipated to detect $\sim 10^5$ GW signals per year with durations from hours to days, leading to inevitable signal overlaps in the data stream. While a direct fitting for all signals is infeasible, extracting only one signal will be biased by its overlap with other signals. From this perspective, understanding how the biases arise from the overlapping and their dependence on the signal parameters is crucial for developing effective algorithms. In this work, we extend the anatomy of biases in single-detector cases to a detector network. Specifically, we focus on the bias dependence on the sky location, polarization and inclination angles, as well as the coalescence time and phase. We propose a new quantity, named the bias integral, as a useful tool, and establish relationship between the biases in a single detector and that in the entire network, with explicit dependence on extrinsic parameters. Using a 3-detector network as an example, we further explore the potential of a network to suppress biases due to the detectors' different locations and orientations. We find that location generally has a smaller effect than orientation, and becomes significant only when the time separation between signals is below sub-seconds. Through a population-level simulation over the extrinsic parameters, we find that nearly half of overlapping signals will lead to larger biases in the network compared to a single detector, highlighting the need to cope with overlapping biases in a detector network. | 次世代重力波検出器は、感度の大幅な向上と周波数帯域の拡大により、年間$\sim 10^5$個の重力波信号を数時間から数日間の期間で検出すると予想されており、データストリームにおける信号の重なりが避けられません。 すべての信号を直接フィッティングすることは不可能ですが、1つの信号のみを抽出すると、他の信号との重なりによってバイアスが生じます。 この観点から、バイアスが重なりからどのように発生するか、そしてそれが信号パラメータにどのように依存するかを理解することは、効果的なアルゴリズムを開発する上で非常に重要です。 本研究では、単一検出器の場合のバイアスの解析を検出器ネットワークに拡張します。 具体的には、天空の位置、偏光と傾斜角、そして合体時間と位相に対するバイアスの依存性に焦点を当てます。 バイアス積分という新しい量を有用なツールとして提案し、単一検出器のバイアスとネットワーク全体のバイアスの関係を、外部パラメータへの明示的な依存性とともに示します。 3つの検出器からなるネットワークを例に、検出器の位置と向きの相違に起因するバイアスを抑制するネットワークの可能性をさらに探ります。 位置の影響は一般的に向きよりも小さく、信号間の時間間隔が1秒未満の場合のみ有意になることがわかりました。 外部パラメータに対する集団レベルのシミュレーションにより、重複する信号のほぼ半分が、単一の検出器と比較してネットワークに大きなバイアスをもたらすことがわかりました。 これは、検出器ネットワークにおける重複するバイアスへの対処の必要性を浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We unveil the dynamical equivalence of field theories with non-canonical kinetic terms and canonical theories with a volume element invariant under transverse diffeomorphisms. The proof of the equivalence also reveals a subtle connection between the standard Legendre transformation and the so-called Clairaut equation. Explicit examples of canonizable theories include classes of $k$-essence, non-linear electrodynamics, or $f(R)$ theories. The equivalence can also be extended to the class of mimetic theories. | 我々は、非正準な運動論的項を持つ場の理論と、横方向微分同相写像の下で体積要素不変な正準理論との力学的同値性を明らかにする。 同値の証明は、標準的なルジャンドル変換といわゆるクレロー方程式との間の微妙な関連性も明らかにする。 正準化可能な理論の具体的な例としては、$k$-エッセンス、非線形電磁気学、あるいは$f(R)$理論のクラスが挙げられる。 同値性は、模倣理論のクラスにも拡張できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| If nonrelativistic dark matter and radiation are allowed to interact, reaching an approximate thermal equilibrium, this interaction induces a bulk viscous pressure changing the effective one-fluid description of the universe dynamics. By modeling such components as perfect fluids, a cosmologically relevant bulk viscous pressure emerges for dark matter particle masses in the range of $1\,\text{eV} - 10\,\text{eV}$ keeping thermal equilibrium with the radiation. Such a transient bulk viscosity introduces significant effects in the expansion rate near the matter-radiation equality (redshift $z_{\text{eq}} \sim 3400$) and at late times (leading to a higher inferred value of the Hubble constant $H_0$). We use the recent DESI DR2 BAO data to place an upper bound on the free parameter of the model $\tau_\text{eq}$ which represents the time scale in which each component follows its own internal perfect fluid dynamics until thermalization occurs. Our main result is encoded in the bound $\tau_\text{eq} < 1.84 \times 10^{-10} $ s (2$\sigma$), with the corresponding dimensionless bulk coefficient $\tilde{\xi} H_0/H_\text{eq}<5.94\times10^{-4}$ (2$\sigma$). In practice, this rules out any possible interaction between radiation and dark matter prior to the recombination epoch. | 非相対論的な暗黒物質と放射が相互作用し、近似的な熱平衡に達すると、この相互作用によってバルク粘性圧が生じ、宇宙の力学の実効的な一流体記述が変化する。 このような構成要素を完全流体としてモデル化すると、暗黒物質粒子の質量が $1\,\text{eV} - 10\,\text{eV}$ の範囲にある場合、放射との熱平衡を保ちながら、宇宙論的に重要なバルク粘性圧が現れる。 このような過渡的なバルク粘性は、物質と放射の等価性（赤方偏移 $z_{\text{eq}} \sim 3400$）付近および遅い時間（ハッブル定数 $H_0$ の推定値が大きくなる）における膨張率に大きな影響を及ぼす。 我々は最近のDESI DR2 BAOデータを用いて、モデルの自由パラメータ$\tau_\text{eq}$の上限を設定した。 これは、各成分が熱化が起こるまで、それぞれの内部完全流体力学に従う時間スケールを表す。 我々の主な結果は、$\tau_\text{eq} < 1.84 \times 10^{-10} $ s (2$\sigma$)という境界値に表されており、対応する無次元バルク係数$\tilde{\xi} H_0/H_\text{eq}5.94\times10^{-4}$ (2$\sigma$)である。 実際には、これは再結合期以前の放射と暗黒物質との間のあらゆる相互作用を排除する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we theoretically investigate the deflection of light, lensing equations, topological properties of photon rings, and accretion disk characteristics in the spacetime of a holonomy-corrected Schwarzschild black hole surrounded by a cloud of strings. The analysis is carried out in the weak-field limit, where we analytically derive expressions for the deflection angle and extract the corresponding lensing observables. These results reveal the dependence of light deflection on the string cloud parameter and the holonomy correction parameter, offering potential observational signatures of underlying quantum gravity effects. We model possible gravitational scenarios to explore the distinguishing features of this modified BH geometry and assess its deviation from classical solutions through gravitational lensing behavior. Furthermore, we analyze the topological structure of the photon sphere by constructing a normalized vector field and demonstrate how it is affected by the presence of string clouds and holonomy corrections. Finally, we examine the properties of a thin accretion disk in this BH background, showing that both the string cloud and holonomy parameters significantly influence the disk's radiation profile, temperature distribution, and spectral characteristics. Our results suggest that these modifications leave measurable imprints, providing viable avenues for observational constraints in the strong-gravity regime. | 本論文では、弦の雲に囲まれたホロノミー補正されたシュワルツシルトブラックホールの時空における光の偏向、レンズ方程式、光子リングの位相特性、および降着円盤特性を理論的に調査する。 解析は弱場極限で行われ、偏向角の式を解析的に導出し、対応するレンズ観測量を抽出した。 これらの結果は、光の偏向が弦の雲パラメータとホロノミー補正パラメータに依存することを明らかにし、根底にある量子重力効果の潜在的な観測的シグネチャーを提供する。 我々は、この修正されたBH幾何学の特徴を探り、重力レンズ挙動を通して古典解からの逸脱を評価するために、考えられる重力シナリオをモデル化する。 さらに、正規化ベクトル場を構築することにより光子球の位相構造を解析し、弦の雲とホロノミー補正の存在がどのように影響するかを示す。 最後に、このBH背景における薄い降着円盤の特性を検証し、ストリング雲とホロノミーパラメータの両方が、円盤の放射プロファイル、温度分布、およびスペクトル特性に大きな影響を与えることを示す。 私たちの結果は、これらの変化が測定可能な痕跡を残し、強重力領域における観測的制約を得るための有効な手段となることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The large variety and number of dark energy (DE) theories make it impractical to perform detailed analyses on a case-by-case basis, which has motivated proposals to ``parameterize" theories to reduce the size of theory space. The leading approach to do this is the effective field theory of dark energy (EFTofDE), which can describe general Horndeski-type theories with a small number of observationally accessible time-dependent functions. However, the EFTofDE primarily works for linear perturbations, and extending it to obtain a fully non-linear description of DE theories, which is critical for theories with screening mechanisms, is challenging. In this paper, we present a general method for reconstructing the non-linear DE Lagrangian from the background expansion history and certain linear-perturbation quantities, building upon the EFTofDE framework. Using numerical examples, we demonstrate that this method is applicable to a wide range of single-scalar-field dark energy and modified gravity theories, including quintessence, scalar-tensor theory, $k$-essence, and generalized cubic Galileon with shift symmetry. For each of these theories, we discuss the validity of the method and factors affecting its results. While this method involves solving differential equations, we find that the initial conditions are not important for quintessence, scalar-tensor theory and $k$-essence, while for shift-symmetric cubic Galileon, the generic tracker solution can help transform differential equations into algebraic equations. This offers a useful framework to connect cosmological observations at the background and linear-perturbation levels to the underlying non-linear dynamics of dark energy, and will enable cosmological simulations to analyze and examine DE theories systematically and in much greater detail. | ダークエネルギー（DE）理論は多種多様で数が多いため、ケースバイケースで詳細な解析を行うことは現実的ではありません。 そのため、理論空間を縮小するために理論を「パラメータ化」する提案がなされてきました。 このための主要なアプローチは、ダークエネルギーの有効場理論（EFTofDE）であり、これは、少数の観測的にアクセス可能な時間依存関数を用いて一般的なHorndeski型理論を記述することができます。 しかし、EFTofDEは主に線形摂動に対して有効であり、遮蔽機構を持つ理論にとって重要なDE理論の完全な非線形記述を得るために拡張することは困難です。 本論文では、EFTofDEの枠組みを基盤として、背景展開履歴と特定の線形摂動量から非線形DEラグランジアンを再構築する一般的な手法を提示します。 数値例を用いて、この手法が、クインテッセンスを含む、広範囲の単一スカラー場ダークエネルギー理論および修正重力理論に適用できることを示します。 スカラーテンソル理論、$k$-エッセンス、そしてシフト対称性を持つ一般化3次ガリレオン理論について論じる。 これらの理論それぞれについて、本手法の妥当性と結果に影響を与える要因について議論する。 この手法は微分方程式を解くものであるが、クインテッセンス、スカラーテンソル理論、$k$-エッセンスの場合、初期条件は重要ではないことがわかった。 一方、シフト対称3次ガリレオンの場合、一般化トラッカー解法は微分方程式を代数方程式に変換するのに役立つ。 これは、背景レベルおよび線形摂動レベルでの宇宙論的観測を、ダークエネルギーの根底にある非線形ダイナミクスに結び付けるための有用な枠組みを提供し、宇宙論的シミュレーションによってDE理論を体系的かつより詳細に分析・検証することを可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we investigate the motion of spinning particles around a covariant quantum-corrected black hole without a Cauchy horizon within the framework of effective quantum gravity, and examine the influence of quantum gravitational effects on the motion of these spinning particles. First, we employ the Mathisson-Papapetrou-Dixon equations to derive the 4-momentum and 4-velocity of spinning particles, and introduce the effective potential for radial motion using the components of the 4-momentum. We find that an increase in the quantum parameter $\zeta$ leads to a decrease in the effective potential, while the spin $S$ significantly affects the magnitude of the effective potential. Then, through the effective potential, we investigate the properties of circular orbits and the innermost stable circular orbit, and discuss the timelike condition that spinning particles must satisfy when moving around the black hole. Finally, we study the trajectories of spinning particles on bound orbits around the quantum-corrected black hole and compare them with those around other covariant quantum-corrected black holes. The results show that the trajectories of spinning particles in this quantum-corrected black hole model are weakly influenced by $\zeta$, making them almost indistinguishable from those in the Schwarzschild black hole, but they can be distinguished from other covariant quantum-corrected models under certain initial conditions. These results contribute to our understanding of black hole properties under quantum corrections. | 本論文では、有効量子重力の枠組みの中で、コーシー地平線を持たない共変量子補正ブラックホールの周りの回転粒子の運動を調べ、量子重力効果がこれらの回転粒子の運動に与える影響を調べる。 まず、マティソン-パパペトロウ-ディクソン方程式を用いて回転粒子の4元運動量と4元速度を導出し、4元運動量の成分を用いて動径運動の有効ポテンシャルを導入する。 量子パラメータ$\zeta$の増加が有効ポテンシャルの減少をもたらし、スピン$S$が有効ポテンシャルの大きさに大きな影響を与えることを見出す。 次に、有効ポテンシャルを通して円軌道と最内周安定円軌道の性質を調べ、ブラックホールの周りを回転する粒子が満たさなければならない時間的条件について議論する。 最後に、量子補正ブラックホールの周りの束縛軌道上の回転粒子の軌道を調べ、他の共変量子補正ブラックホールの周りの軌道と比較する。 結果は、この量子補正ブラックホール模型における回転粒子の軌道は$\zeta$の影響を弱く受け、シュワルツシルトブラックホールの軌道とほとんど区別できないが、特定の初期条件下では他の共変量子補正模型とは区別できることを示している。 これらの結果は、量子補正下におけるブラックホールの特性の理解に貢献する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the de Sitter-invariant approach to gravitation, all solutions to the gravitational field equations are spacetimes that reduce locally to de Sitter. Consequently, besides including an event horizon, the de Sitter-invariant black hole also has a cosmic horizon. Accordingly, it can lodge ordinary and dark energies. Owing to this additional structure concerning Poincar\'e-invariant general relativity, such a black hole can establish a link between the black hole dynamics and the universe's evolution. Possible implications for cosmology are discussed, and a comparison with recent observations indicating the existence of a cosmological coupling of black holes is presented. | 重力に対するド・ジッター不変なアプローチでは、重力場方程式のすべての解は、局所的にド・ジッターに帰着する時空となる。 したがって、ド・ジッター不変なブラックホールは、事象の地平線に加えて、宇宙の地平線も持つ。 したがって、ブラックホールは通常のエネルギーと暗黒エネルギーを収容することができる。 ポアンカレe不変な一般相対論に関するこの付加的な構造により、このようなブラックホールは、ブラックホールのダイナミクスと宇宙の進化との間に関連性を確立することができる。 宇宙論への潜在的な示唆について議論し、ブラックホールの宇宙論的結合の存在を示唆する最近の観測結果との比較を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we treat black holes as bifurcation points and explore their thermodynamic phase structure using the framework of bifurcation theory which is a commonly used method from nonlinear dynamics. By constructing an appropriate bifurcating function, we analyze how black holes transition between different thermodynamic phases through changes in the number and stability of fixed points. Our study shows that stable fixed points correspond to thermodynamically stable black hole states, while unstable ones indicate instability and decay. The dynamical evolution of the system further supports this correspondence, with stable configurations approaching equilibrium and unstable ones diverging from it. | 本研究では、ブラックホールを分岐点として扱い、非線形力学で一般的に用いられる分岐理論の枠組みを用いて、ブラックホールの熱力学的相構造を探求する。 適切な分岐関数を構築することで、固定点の数と安定性の変化を通じて、ブラックホールが異なる熱力学的相間をどのように遷移するかを解析する。 本研究では、安定した固定点は熱力学的に安定なブラックホール状態に対応し、不安定な固定点は不安定性と減衰を示すことを示した。 系の動的発展はこの対応をさらに裏付けており、安定した構成は平衡状態に近づき、不安定な構成は平衡状態から乖離する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The detection of gravitational waves has brought to light a population of binary black holes that merge within a Hubble time. Multiple formation channels can contribute to this population, making it difficult to definitively associate particular population features with underlying stellar physics. Black hole spins are considered an important discriminator between various channels, but they are less well-measured than masses, making conclusive astrophysical statements using spins difficult thus far. In this paper, we consider the distribution of the effective inspiral spin $\chi_{\rm eff}$ -- a quantity much better measured than individual component spins. We show that non-Gaussian features like skewness, asymmetry about zero, and multimodality can naturally arise in the $\chi_{\rm eff}$ distribution when multiple channels contribute to the population. Searching for such features, we find signs of skewness and asymmetry already in the current catalogs, but no statistically significant signs of bimodality. These features provide robust evidence for the presence of a subpopulation with spins preferentially aligned to the binary's orbital angular momentum; and we conservatively estimate the fraction of this subpopulation to be at least $12 \% - 17\%$ (at $90\%$ credibility). Our models do not find an excess of non-spinning systems and instead find that at least $\sim 20 \%$ of the binaries have some degree of negative $\chi_{\rm eff}$. The data also suggest that, if preferentially aligned mergers form a significant fraction of the population, they must have small spins. | 重力波の検出により、ハッブル宇宙望遠鏡の観測結果から、ハッブル宇宙望遠鏡の観測結果と合体する連星ブラックホールの集団が明らかになった。 この集団には複数の形成経路が寄与する可能性があり、特定の集団の特徴を恒星物理学の背後にある基礎にある現象と明確に結び付けることは困難である。 ブラックホールのスピンは様々な経路を区別する重要な指標と考えられているが、質量ほど十分に測定されていないため、スピンを用いた決定的な天体物理学的知見を得ることはこれまで困難であった。 本論文では、個々の構成スピンよりもはるかによく測定されている量である有効インスパイラルスピン$\chi_{\rm eff}$の分布を考察する。 複数の経路が集団に寄与する場合、歪度、ゼロを中心とした非対称性、多峰性といった非ガウス分布の特徴が$\chi_{\rm eff}$分布に自然に現れることを示す。 このような特徴を探索した結果、現在のカタログにはすでに歪度と非対称性の兆候が見られましたが、統計的に有意な双峰性の兆候は見られませんでした。 これらの特徴は、連星の軌道角運動量に優先的に整列したスピンを持つサブポピュレーションの存在を示す強固な証拠となります。 そして、このサブポピュレーションの割合は、少なくとも$12 \% - 17\%$（信頼度$90\%$）と控えめに見積もっています。 私たちのモデルは、非回転系の過剰は検出せず、代わりに少なくとも$\sim 20 \%$の連星がある程度負の$\chi_{\rm eff}$を持つことを発見しました。 また、データは、優先的に整列した合体が集団のかなりの割合を占める場合、それらのスピンは小さくなければならないことを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyse how different Generalised Uncertainty Principles could place bounds on the compactness of self-gravitating systems. By considering existing experimental bounds on the relevant parameters, we conclude that the compactness of large astrophysical objects is bounded above by the inverse of the GUP parameter, which would naturally be of order one. Conversely, the existence of black holes imposes stronger bounds on those parameters. | 我々は、様々な一般化不確定性原理が自己重力系のコンパクト性にどのような限界を課すことができるかを解析する。 関連するパラメータの既存の実験的限界を考慮することにより、巨大天体のコンパクト性はGUPパラメータの逆数によって上方に制限され、これは当然1のオーダーとなると結論付ける。 逆に、ブラックホールの存在は、これらのパラメータにさらに強い限界を課す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Carrollian limit ($c \to 0$) of General Relativity provides the geometric language for describing null hypersurfaces, such as black hole event horizons and null infinity. Motivated by the well-established electric and magnetic limits of Galilean electromagnetism, we perform a systematic analysis of the low-velocity limit of linearized gravity to derive its Carrollian counterparts. Using a 1+3 covariant decomposition, we study the transformation properties of linear tensor perturbations (gravitational waves) on a Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker background under Carrollian boosts. We demonstrate that, analogous to the electromagnetic case, the full set of linearized Einstein's equations is not Carrollian-invariant. Instead, the theory bifurcates into two distinct and consistent frameworks: a Carrollian Electric Limit and a Carrollian Magnetic Limit. In the electric limit, dynamics are frozen, leaving a static theory of tidal forces ($E_{ab}$) constrained by the matter distribution. In contrast, the Magnetic Limit yields a consistent dynamical theory where the magnetic part of the Weyl tensor ($H_{ab}$), which governs gravito-magnetic and radiative effects, remains well-defined and is sourced by the spacetime shear. This framework resolves ambiguities in defining Carrollian gravity and provides a robust theory for gravito-magnetic dynamics in ultra-relativistic regimes. Our results have direct implications for the study of black hole horizons, gravitational memory, and the holographic principle. | 一般相対論のキャロル極限（$c \to 0$）は、ブラックホール事象の地平線やヌル無限大といったヌル超曲面を記述するための幾何学的言語を提供する。 ガリレイ電磁気学の確立された電気極限と磁気極限に着目し、線形化重力の低速度極限を系統的に解析し、そのキャロル極限を導出する。 1+3共変分解を用いて、キャロルブースト下のフリードマン-ルメートル-ロバートソン-ウォーカー背景における線形テンソル摂動（重力波）の変換特性を調べる。 電磁気学の場合と同様に、線形化アインシュタイン方程式全体がキャロル不変ではないことを示す。 その代わりに、理論はキャロル電気極限とキャロル磁気極限という、2つの異なる一貫した枠組みに分岐する。 電気極限ではダイナミクスは固定され、物質分布によって制約された静的潮汐力理論（$E_{ab}$）が残る。 対照的に、磁気極限では、重力磁気効果と放射効果を支配するワイルテンソルの磁気部分（$H_{ab}$）が明確に定義され、時空シアーによってその起源が決まるという、整合した力学理論が得られる。 この枠組みは、キャロル重力の定義における曖昧さを解消し、超相対論的領域における重力磁気ダイナミクスの堅牢な理論を提供する。 我々の研究結果は、ブラックホールの地平線、重力記憶、そしてホログラフィック原理の研究に直接的な影響を与える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we investigate a locally rotationally symmetric (LRS) Bianchi type-I cosmological model in non-linear form of $f(Q)$ gravity with observational constraints. We solved the modified Einstein's field equations with a viscous fluid source and got a hyperbolic solution. First, we apply MCMC analysis to the cosmic chronometer (CC), Baryon Acoustic Oscillation (BAO) and Pantheon datasets to place observational constraints on the model parameters. Using constrained values of model parameters, we study the behavior of cosmological parameters, such as the Hubble parameter $H$, the deceleration parameter $q$, and the equation of state (EoS) parameter $\omega_{v}$ with the skewness parameter $\delta_{v}$ for the viscous fluid. In addition, we perform the Om diagnostics and statefinder analysis to categorize dark energy models. Also, we studied cosmographic series coefficients to explore the whole evolution of the derived universe model. We estimated the current age of the universe as $t_{0}\approx13.8$ Gyrs. We obtained a quintessential and ever-accelerating model with bulk viscosity fluid. | 本研究では、観測的制約条件のもとで、$f(Q)$ 重力の非線形形式で表される局所回転対称 (LRS) ビアンキ I 型宇宙論モデルを解析する。 粘性流体源を用いて修正アインシュタイン場の方程式を解き、双曲型解を得た。 まず、宇宙クロノメータ (CC)、重粒子音響振動 (BAO)、および Pantheon データセットに MCMC 解析を適用し、モデルパラメータに観測的制約条件を課す。 モデルパラメータの制約値を用いて、ハッブルパラメータ $H$、減速パラメータ $q$、粘性流体の状態方程式 (EoS) パラメータ $\omega_{v}$ と歪度パラメータ $\delta_{v}$ などの宇宙論パラメータの挙動を調べる。 さらに、Om 診断と状態ファインダー解析を行い、ダークエネルギーモデルを分類する。 また、導出された宇宙モデルの進化全体を調査するために、宇宙系列係数を研究しました。 現在の宇宙の年齢は$t_{0}\approx13.8$ Gyrsと推定されました。 バルク粘性流体を用いた、典型的な加速膨張モデルが得られました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We carry out model independent analyses for global structures of spherically symmetric regular black holes that evaporate and approach the extremal state spending infinite periods of time due to Hawking radiation. We assume the radius of the outer apparent horizon (outer AH) to be a decreasing function of ingoing null coordinate, and consider the three cases, Cases 1, 2, and 3, where the radius of the inner AH is a constant, increases, and decreases, respectively. A complete classification of the Penrose diagrams is presented in each case, taking account not only of the presence and absence of the event horizon but also of the relative positions of the inner and outer AHs. Sufficient conditions that lead to each type are proved, and the examples of each type are summarized. We also study the behavior of outgoing null geodesics in models where the null geodesic equation is solvable, and figure out the important factors to determine the type of a spacetime using concepts in the area of dynamical systems. The formation of a Cauchy horizon is also established in the solvable models when the event horizon is present. | ホーキング放射により蒸発し、無限の時間をかけて極限状態に近づく球対称正則ブラックホールの全体構造について、モデルに依存しない解析を行う。 外側の見かけの地平線（外側AH）の半径が、入ってくるヌル座標の減少関数であると仮定し、内側AHの半径が一定、増加する、減少する3つのケース（ケース1、2、3）を検討する。 各ケースにおいて、事象の地平線の有無だけでなく、内側AHと外側AHの相対的な位置も考慮したペンローズ図の完全な分類を示す。 各タイプに至る十分条件を証明し、各タイプの例をまとめる。 また、ヌル測地線方程式が解けるモデルにおいて、外向きヌル測地線の挙動を研究し、力学系の概念を用いて時空の種類を決定する重要な要素を解明する。 事象の地平線が存在する場合、コーシー地平線の形成も可解モデルにおいて確立される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The intention of our paper is to provide a pedagogical application of geometric algebra to a particularly well-investigated system: We formulate the geometric and dynamical properties of Friedmann-Robertson-Walker spacetimes within the language of geometric algebra and re-derive the Friedmann-equations as the central cosmological equations. Through the geometric algebra-variant of the Raychaudhuri equations, we comment on the evolution of spacetime volumes, before illustrating conformal flatness as a central property of Friedmann-cosmologies. An important aspect of spacetime symmetries are the associated conservation laws, for which we provide a geometric algebra formulation of the Lie-derivatives, of the Killing equation and of conserved quantities in Friedmann-Robertson-Walker spacetimes. Finally, we discuss the gravitational dynamics of scalar fields, with their particular relevance in cosmology, for cosmic inflation, and for dark energy. | 本論文の目的は、特によく研究されている系に幾何代数の教育的応用を提供することである。 フリードマン-ロバートソン-ウォーカー時空の幾何学的および力学的性質を幾何代数の言語で定式化し、フリードマン方程式を中心的宇宙論方程式として再導出する。 レイショードリ方程式の幾何代数的変形を通して、時空体積の発展について論じ、その後、フリードマン宇宙論の中心的性質として共形平坦性を示す。 時空対称性の重要な側面は関連する保存則であり、これに対して、リー微分、キリング方程式、およびフリードマン-ロバートソン-ウォーカー時空における保存量の幾何代数的定式化を与える。 最後に、スカラー場の重力ダイナミクスについて、宇宙論、宇宙インフレーション、そしてダークエネルギーにおけるその特別な関連性とともに議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It has recently been proved that, for constant density stars, there is a critical value $\Lambda^{*}=1$ for the dimensionless density parameter $\Lambda\equiv 4\pi R^2\rho_{\text{max}}$ of the star above which the asymptotically measured travel time $T_{\text{s}}$ along a semi-circular trajectory that connects two antipodal points on the surface of the star is {\it shorter} than the travel time $T_{\text{c}}$ along the (shorter) straight-line trajectory that connects the two antipodal points through the center of the compact star [here $\{R,\rho_{\text{max}}\}$ are respectively the radius and the maximum density of the compact astrophysical object]. This intriguing observation provides a nice illustration of the general relativistic time dilation (redshift) effect in highly curved spacetimes. One expects that generic compact astrophysical objects whose dimensionless density parameters are smaller than some critical value $\Lambda^*$ would be characterized by the `normal' relation $T_{\text{c}}\leq T_{\text{s}}$ for the travel times between the two antipodal points. Motivated by this expectation, in the present paper we prove, using analytical techniques, that spherically symmetric compact astrophysical objects whose dimensionless density parameters are bounded from above by the model-independent relation $\Lambda\leq\Lambda^*={3\over2}[1-({{2}\over{\pi}})^{2/5}]$ are always (regardless of their inner density profiles) characterized by the normal dimensionless ratio $T_{\text{c}}/T_{\text{s}}\leq1$. | 最近、密度一定星の場合、星の無次元密度パラメータ$\Lambda\equiv 4\pi R^2\rho_{\text{max}}$に臨界値$\Lambda^{*}=1$が存在し、この値を超えると、星表面上の2つの対蹠点を結ぶ半円軌道に沿った漸近的に測定された移動時間$T_{\text{s}}$が、コンパクト星の中心を通る2つの対蹠点を結ぶ（より短い）直線軌道に沿った移動時間$T_{\text{c}}$よりも短くなることが証明されました（ここで、$\{R,\rho_{\text{max}}\}$はそれぞれコンパクト天体の半径と最大密度です）。 この興味深い観測は、大きく曲がった時空における一般相対論的な時間の遅れ（赤方偏移）効果を巧みに示しています。 無次元密度パラメータが臨界値$\Lambda^*$よりも小さい一般的なコンパクト天体は、2つの対蹠点間の移動時間に関して「通常の」関係式$T_{\text{c}}\leq T_{\text{s}}$で特徴付けられると期待される。 この期待に基づき、本論文では、解析的手法を用いて、無次元密度パラメータがモデル非依存な関係式$\Lambda\leq\Lambda^*={3\over2}[1-({{2}\over{\pi}})^{2/5}]$によって上方から制限される球対称コンパクト天体は、常に（内部密度プロファイルに関わらず）通常の無次元比$T_{\text{c}}/T_{\text{s}}\leq1$で特徴付けられることを証明する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Unruh effect predicts that a uniformly accelerating observer perceives the vacuum as a thermal bath, yet direct observation remains elusive [1]. We simulate Unruh radiation in realistic high-intensity laser-electron collisions relevant to FACET-II and LUXE using fully three-dimensional Monte Carlo methods. In our model, Unruh emission is treated as scattering from a rest-frame thermal spectrum with Klein-Nishina cross sections, while nonlinear Compton radiation is computed across many harmonic orders with photon recoil. We map the laboratory-frame spectral-angular distributions and identify phase-space regions where the Unruh-to-Compton ratio is maximized. For current FACET-II-like parameters (a0 = 5), favorable windows for observing Unruh radiation occur at 200-400 microrad and 2-3 GeV, although the absolute signal is small. For future LUXE Phase-1 (a0 = 23.6), the ratio increases by more than two orders of magnitude, with optimal angles around 800 microrad and photon energies 2-6 GeV. Our results suggest that targeted off-axis, mid-energy selections can enhance sensitivity to Unruh-like signatures, motivating dedicated measurements and further theoretical scrutiny of the emission model at high field strengths. | ウンルー効果は、均一に加速する観測者が真空を熱浴として知覚すると予測するが、直接観測は未だ困難である [1]。 我々は、FACET-II および LUXE に関連する現実的な高強度レーザー電子衝突におけるウンルー放射を、完全 3 次元モンテカルロ法を用いてシミュレートする。 我々のモデルでは、ウンルー放射はクライン-仁科断面積を持つ静止系熱スペクトルからの散乱として扱われ、非線形コンプトン放射は光子反跳を伴う多くの高調波次数にわたって計算される。 我々は実験室系スペクトル角度分布をマッピングし、ウンルー対コンプトン比が最大となる位相空間領域を特定する。 現在の FACET-II 類似パラメータ (a0 = 5) では、ウンルー放射を観測するのに適した領域は 200-400 マイクロラジアンおよび 2-3 GeV であるが、絶対信号は小さい。 将来のLUXEフェーズ1（a0 = 23.6）では、この比は2桁以上増加し、最適角度は約800マイクロラジアン、光子エネルギーは2～6GeVとなります。 我々の研究結果は、標的を定めたオフアクシスの中間エネルギー選択によって、ウンルー型シグネチャーに対する感度が向上することを示唆しており、高磁場強度における専用の測定と放出モデルの更なる理論的精査を促すものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the first directed searches for long-transient and continuous gravitational waves from ultralight vector boson clouds around known black holes (BHs). We use LIGO data from the first part of the fourth LIGO-Virgo-KAGRA observing run. The searches target two distinct types of BHs and use two new semicoherent methods: hidden Markov model (HMM) tracking for the remnant BHs of the mergers GW230814_230901 and GW231123_135430 (referred to as GW230814 and GW231123 in this study), and a dedicated method using the Band Sampled Data (BSD) framework for the galactic BH in the Cygnus X-1 binary system. Without finding evidence of a signal from vector bosons in the data, we estimate the mass range that can be constrained. For the HMM searches targeting the remnants from GW231123 and GW230814, we disfavor vector boson masses in the ranges $[0.94, 1.08]$ and $[2.75, 3.28] \times 10^{-13}$ eV, respectively, at 30% confidence, assuming a 1% false alarm probability. Although these searches are only marginally sensitive to signals from merger remnants at relatively large distances, future observations are expected to yield more stringent constraints with high confidence. For the BSD search targeting the BH in Cygnus X-1, we exclude vector boson masses in the range $[0.85, 1.59] \times 10^{-13}$ eV at 95% confidence, assuming an initial BH spin larger than 0.5. | 既知のブラックホール（BH）周囲の超軽量ベクトルボソン雲からの長時間過渡的および連続的な重力波の、初めての有向探索を報告する。 LIGO-Virgo-KAGRA観測計画の第4回前半のLIGOデータを使用する。 探索は2つの異なるタイプのBHを対象とし、2つの新しいセミコヒーレント手法を用いる。 1つは、GW230814_230901とGW231123_135430（本研究ではGW230814とGW231123と表記）の残余BHの隠れマルコフモデル（HMM）追跡、もう1つは、はくちょう座X-1連星系の銀河BHを対象としたバンドサンプルデータ（BSD）フレームワークを用いた専用手法である。 データ中にベクトルボソンからの信号の証拠は見つからなかったものの、制限可能な質量範囲を推定した。 GW231123とGW230814の残骸を対象とするHMM探索では、それぞれ$[0.94, 1.08]$と$[2.75, 3.28] \times 10^{-13}$ eVの範囲にあるベクトルボソン質量を、1%の誤報確率を仮定して、30%の信頼度で除外する。 これらの探索は、比較的遠距離にある合体残骸からの信号に対してわずかにしか感度がないものの、将来の観測により、高い信頼度でより厳しい制約が得られると期待される。 Cygnus X-1のBHを対象とするBSD探索では、初期のBHスピンが0.5より大きいと仮定して、$[0.85, 1.59] \times 10^{-13}$ eVの範囲にあるベクトルボソン質量を、95%の信頼度で除外する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| GW230814 was detected by the LIGO Livingston observatory with a signal-to-noise ratio of 42.4 making it the loudest gravitational-wave signal in the GWTC-4.0 catalog. The source is consistent with a binary black hole coalescence similar to those in the previously observed population, with component masses $m_1 = 33.7^{+2.9}_{-2.2}$ $\mathrm{M}_\odot$, $m_2 = 28.2^{+2.2}_{-3.1} M_\odot$, and small effective inspiral spin $\chi_{\mathrm{eff}}= -0.01^{+0.06}_{-0.07}$. The high signal-to-noise ratio enabled us to confidently detect an $\ell = |m| = 4$ mode in the inspiral signal for the first time, and enables a range of tests of consistency between theoretical predictions and the observed waveform. Most of these tests show good agreement with expectations from general relativity. However, a few indicate deviations, particularly in the ringdown part of the signal. We find that deviations comparable to those observed can be obtained from similar simulated signals based on general relativity and detector noise effects. Therefore, the apparent deviations do not provide evidence for a violation of general relativity. The observation of GW230814 demonstrates that while the unprecedented sensitivity of the detectors enable highly significant detections with a single observatory, drawing robust inferences about fundamental physics remains limited without data from a multiple observatory network. | GW230814はLIGOリビングストン観測所によって42.4という信号対雑音比で検出され、GWTC-4.0カタログの中で最も強い重力波信号となりました。 この源は、これまで観測されたものと同様の連星ブラックホール合体と整合しており、その質量は$m_1 = 33.7^{+2.9}_{-2.2}$ $\mathrm{M}_\odot$、$m_2 = 28.2^{+2.2}_{-3.1} M_\odot$、有効インスパイラルスピンは小さい $\chi_{\mathrm{eff}}= -0.01^{+0.06}_{-0.07}$です。 高い信号対雑音比により、$\ell = |m|を自信を持って検出することができました。 インスパイラル信号における= 4$モードの検出は初めてであり、理論予測と観測波形の整合性を検証する様々なテストが可能になった。 これらのテストのほとんどは一般相対性理論からの予測と良好な一致を示した。 しかし、いくつかのテストでは、特に信号のリングダウン部分において偏差が見られた。 一般相対性理論と検出器ノイズの影響に基づく同様のシミュレーション信号から、観測値と同等の偏差が得られることがわかった。 したがって、見かけ上の偏差は一般相対性理論の破れの証拠にはならない。 GW230814の観測は、検出器の前例のない感度により単一の観測所で非常に有意な検出が可能になる一方で、複数の観測所ネットワークからのデータがなければ、基礎物理学に関する確固たる推論を導き出すことは依然として限界があることを証明している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this article, we investigate the bound orbits of the timelike particles and the gravitational waveforms emitted from these orbits around a renormalization group improved Kerr black hole in the framework of the asymptotic safety approach. The running Newton coupling in the metric is characterized by two free quantum parameters $(\omega,\,\gamma)$ arsing from the non-perturbative renormalization group theory and the appropriate cutoff identification, respectively. As expected, the radii of the horizon, the marginally bound orbits and the innermost stable orbit are all decrease as the quantum parameters increase. Under the extreme mass-ratio inspirals approximation the deviation of gravitational waveforms radiated by the periodic orbits from those in the classical Kerr background increases with the two quantum parameter. However, this effect is much smaller in the retrograde case compared to the prograde case. Especially, by comparing the characteristic strain of those gravitational wave with the sensitivity curve of several potential detectors, we find that their characteristic frequencies can fall within the sensitivity ranges of several planned gravitational wave observatories, suggesting that such signals may be detectable with sufficient instrumental sensitivity. | 本稿では、漸近的安全性アプローチの枠組みを用いて、繰り込み群によって改良されたカーブラックホールの周りの時間的粒子の束縛軌道と、これらの軌道から放射される重力波形を調べる。 計量におけるランニングニュートン結合は、非摂動的繰り込み群理論と適切なカットオフ同定からそれぞれ生じる2つの自由量子パラメータ$(\omega,\,\gamma)$によって特徴付けられる。 予想通り、地平線の半径、限界束縛軌道、最内安定軌道は、量子パラメータが増加するにつれて減少する。 極端質量比インスパイラル近似の下では、周期軌道から放射される重力波形と古典的カー背景の重力波形の偏差は、2つの量子パラメータとともに増加する。 しかし、この効果は順行の場合と比較して逆行の場合でははるかに小さい。 特に、これらの重力波の特性ひずみをいくつかの潜在的な検出器の感度曲線と比較することにより、それらの特性周波数がいくつかの計画中の重力波観測所の感度範囲内に収まる可能性があることがわかり、そのような信号は十分な機器感度で検出できる可能性があることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We report on several previously overlooked families of static spherically symmetric solutions in quadratic gravity. Our main result concerns the existence of solutions whose leading exponents depend on the ratio ${\omega=\alpha/(3\beta)}$ of the four-derivative couplings. We demonstrate that the space of models with ${\omega >1}$ contains a dense set that admits non-Frobenius solutions ${(s_*, 2 - 3 s_*)_0}$ (in standard Schwarzschild coordinates), with certain rational numbers $s_*(\omega)$. These solutions correspond to a singular core at ${\bar{r}=0}$. Another related non-Frobenius family, $(s_*, 2 - 3 s_*)_\infty$, exists for a dense set of models with ${1/4 < \omega < 1}$, describing a singular boundary at ${\bar{r}\to\infty}$. Both families are uncovered by recasting the metric into special coordinates in which the solutions become Frobenius. Additionally, for models with any real ratios ${\omega\neq 1}$ we identify two novel families of non-Frobenius solutions around generic points ${\bar{r}=\bar{r}_0}$, $(3/2, 0)_{\bar{r}_0, 1/4}$ and $(3/2, 0)_{\bar{r}_0, 1/2}$ describing a wormhole throat. Finally, we re-derive and summarize all known families of solutions in the standard as well as in modified Schwarzschild coordinates. | 我々は、これまで見過ごされてきた2次重力における静的球対称解の族をいくつか報告する。 主な結果は、4次微分結合の比${\omega=\alpha/(3\beta)}$に依存する解の存在に関するものである。 ${\omega >1}$の模型空間には、特定の有理数$s_*(\omega)$を持つ非フロベニウス解${(s_*, 2 - 3 s_*)_0}$（標準シュワルツシルト座標系）を許容する稠密集合が含まれることを示す。 これらの解は、${\bar{r}=0}$における特異核に対応する。 もう一つの関連する非フロベニウス族、$(s_*, 2 - 3 s_*)_\infty$ は、${1/4 < \omega < 1}$ を満たす稠密なモデルの集合に対して存在し、${\bar{r}\to\infty}$ に特異境界を記述します。 どちらの族も、計量を特別な座標系に書き直すことで発見され、その座標系では解がフロベニウスになります。 さらに、任意の実数比 ${\omega\neq 1}$ を持つモデルに対して、ワームホールの喉部を記述する一般的な点 ${\bar{r}=\bar{r}_0}$、$(3/2, 0)_{\bar{r}_0, 1/4}$、および $(3/2, 0)_{\bar{r}_0, 1/2}$ の周囲に、2つの新しい非フロベニウス解族を同定します。 最後に、標準座標と修正シュワルツシルト座標における既知の解の族をすべて再導出し、要約する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| When numerically solving Einstein's equations for binary black holes (BBH), we must find initial data on a three-dimensional spatial slice by solving constraint equations. The construction of initial data is a multi-step process, in which one first chooses freely specifiable data that define a conformal background and impose boundary conditions. Then, one numerically solves elliptic equations and calculates physical properties such as horizon masses, spins, and asymptotic quantities from the solution. To achieve desired properties, one adjusts the free data in an iterative ``control'' loop. Previous methods for these iterative adjustments rely on Newtonian approximations and do not allow the direct control of total energy and angular momentum of the system, which becomes particularly important in the study of hyperbolic encounters of black holes. Using the $\texttt{SpECTRE}$ code, we present a novel parameter control procedure that benefits from Broyden's method in all controlled quantities. We use this control scheme to minimize drifts in bound orbits and to enable the construction of hyperbolic encounters. We see that the activation of off-diagonal terms in the control Jacobian gives us better efficiency when compared to the simpler implementation in the Spectral Einstein Code ($\texttt{SpEC}$). We demonstrate robustness of the method across extreme configurations, including spin magnitudes up to $\chi = 0.9999$, mass ratios up to $q = 50$, and initial separations up to $D_0 = 1000M$. Given the open-source nature of $\texttt{SpECTRE}$, this is the first time a parameter control scheme for constructing bound and unbound BBH initial data is available to the numerical-relativity community. | 連星ブラックホール（BBH）のアインシュタイン方程式を数値的に解く場合、制約方程式を解くことで3次元空間スライス上の初期データを求める必要があります。 初期データの構築は多段階のプロセスで、まず共形背景を定義し境界条件を課す自由に指定可能なデータを選択します。 次に、楕円方程式を数値的に解き、解から地平線質量、スピン、漸近量などの物理的特性を計算します。 所望の特性を得るために、反復的な「制御」ループで自由データを調整します。 これらの反復調整のための従来の方法はニュートン近似に依存しており、系の全エネルギーと角運動量を直接制御することはできません。 これは、ブラックホールの双曲的遭遇の研究において特に重要になります。 $\texttt{SpECTRE}$コードを用いて、全ての制御量においてBroyden法の利点を活かす新しいパラメータ制御手順を提示する。 この制御手法を用いることで、束縛軌道のドリフトを最小化し、双曲型遭遇の構築を可能にする。 制御ヤコビアンにおける非対角項の活性化は、スペクトル・アインシュタイン・コード（$\texttt{SpEC}$）のより単純な実装と比較して、より効率的なものとなる。 我々は、スピン大きさ最大$\chi = 0.9999$、質量比最大$q = 50$、初期分離最大$D_0 = 1000M$を含む極端な構成において、この手法の堅牢性を示す。 $\texttt{SpECTRE}$のオープンソース性を考慮すると、束縛BBHおよび非束縛BBH初期データを構築するためのパラメータ制御手法が数値相対論コミュニティに利用可能となるのはこれが初めてである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a comprehensive analysis of the quasinormal modes (QNMs) of a massive scalar field in Schwarzschild spacetime using two complementary numerical techniques: the Hill-determinant method and Leaver continued-fraction method. Our study systematically compares the performance, convergence, and consistency of the two approaches across a wide range of field masses and angular momenta. We identify three critical mass thresholds, $m_{\rm lim}$, $m_{\rm max}$, and $m_{zd}$, which govern qualitative changes in the QNM spectrum. In particular, long-lived modes emerge at $m_{zd}$, where the imaginary part of the frequency vanishes and the mode becomes essentially non-decaying. This phenomenon is robust across multipoles and may have important implications for the phenomenology of massive fields around black holes. Our results provide a detailed numerical characterization of massive scalar QNMs and highlight the complementary strengths of the Hill-determinant and continued-fraction methods, paving the way for future studies of rotating or charged black holes and quasi-bound states. | 我々は、シュワルツシルト時空における質量スカラー場の準正規モード（QNM）について、2つの相補的な数値解析手法、すなわちヒル行列式法とリーバ連分数法を用いて包括的に解析する。 本研究では、2つの手法の性能、収束性、および一貫性を、広範囲の場の質量と角運動量にわたって系統的に比較する。 我々は、QNMスペクトルの質的変化を支配する3つの臨界質量閾値、$m_{\rm lim}$、$m_{\rm max}$、および$m_{zd}$を特定する。 特に、長寿命モードは$m_{zd}$で出現し、そこでは周波数の虚数部がゼロになり、モードは本質的に非減衰となる。 この現象は多重極子間でロバストであり、ブラックホール周囲の質量場の現象論に重要な意味を持つ可能性がある。 我々の研究結果は、質量を持つスカラー量子ナノメートルの詳細な数値的特徴づけを提供し、ヒル行列式法と連分数法の相補的な強みを浮き彫りにし、回転ブラックホールや荷電ブラックホール、準束縛状態の将来の研究への道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cosmological gravitational-wave backgrounds are an exciting science target for next-generation ground-based detectors, as they encode invaluable information about the primordial Universe. However, any such background is expected to be obscured by the astrophysical foreground from compact-binary coalescences. We propose a novel framework to detect a cosmological gravitational-wave background in the presence of binary black holes and binary neutron star signals with next-generation ground-based detectors, including Cosmic Explorer and the Einstein Telescope. Our procedure involves first removing all the individually resolved binary black hole signals by notching them out in the time-frequency domain. Then, we perform joint Bayesian inference on the individually resolved binary neutron star signals, the unresolved binary neutron star foreground, and the cosmological background. For a flat cosmological background, we find that we can claim detection at $5\,\sigma$ level when $\Omega_\mathrm{ref}\geqslant 2.7\times 10^{-12}/\sqrt{T_\mathrm{obs}/\mathrm{yr}}$, where $T_\mathrm{obs}$ is the observation time (in years), which is within a factor of $\lesssim2$ from the sensitivity reached in absence of these astrophysical foregrounds. | 宇宙論的重力波背景は、原始宇宙に関する貴重な情報を符号化しているため、次世代地上検出器にとって魅力的な科学的ターゲットです。 しかしながら、このような背景は、コンパクト連星合体による天体物理学的前景によって隠されてしまうことが予想されます。 我々は、コズミック・エクスプローラーやアインシュタイン望遠鏡などの次世代地上検出器を用いて、連星ブラックホールおよび連星中性子星信号が存在する状況下で宇宙論的重力波背景を検出するための新たな枠組みを提案します。 この手順では、まず、個別に分解された連星ブラックホール信号をすべて、時間周波数領域でノッチングすることにより除去します。 次に、個別に分解された連星中性子星信号、分解されていない連星中性子星前景、および宇宙論的背景に対して、結合ベイズ推論を実行します。 平坦な宇宙背景の場合、$\Omega_\mathrm{ref}\geqslant 2.7\times 10^{-12}/\sqrt{T_\mathrm{obs}/\mathrm{yr}}$ のとき、$5\,\sigma$ レベルでの検出が可能であると主張できることがわかった。 ここで、$T_\mathrm{obs}$ は観測時間（年）であり、これはこれらの天体物理学的前景がない場合の感度から $\lesssim2$ 倍以内である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Inspired by string theory topics, we investigate the Reissner Nordstrom AdS black holes in noncommutative spacetime with Lorentzian smeared distributions. Concretely, we study certain thermodynamic properties including the criticality behaviors by computing the relevant quantities. For large radius approximations, we first derive the asymptotic expansions of the mass and charge functions appearing in the metric function of such black holes. Then, we approach the thermodynamics in the extended phase space. After the stability discussion, we examine the P V criticality in noncommutative geometry by calculating the corresponding thermodynamic quantities. As a result, we show that the proposed black holes exhibit certain similarities with Van der Waals fluid systems. Finally, we present a discussion on the Joule Thomson expansion showing perfect universality results appearing in charged AdS black holes. | 弦理論の話題に着想を得て、ローレンツ分布を持つ非可換時空におけるライスナー・ノルドストロームAdSブラックホールを研究する。 具体的には、関連する量を計算することにより、臨界挙動を含む特定の熱力学的性質を調べる。 大きな半径近似については、まず、そのようなブラックホールの計量関数に現れる質量関数と電荷関数の漸近展開を導く。 次に、拡張された位相空間における熱力学にアプローチする。 安定性の議論の後、対応する熱力学量を計算することにより、非可換幾何学におけるP V臨界性を検証する。 その結果、提案されたブラックホールがファンデルワールス流体系とある種の類似性を示すことを示す。 最後に、荷電AdSブラックホールに現れる完全普遍性の結果を示すジュール・トムソン展開についての議論を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Critical collapse is a well-studied subject for a variety of self-gravitating matter. One of the most intensively examined models is that of perfect fluids, which have been used extensively to describe compact objects such as stars, as well as being of cosmological interest. However, neutron stars are believed to possess an elastic crust, thus departing from a perfect fluid body, and critical collapse with elastic materials is an entirely unexplored topic. In this work, we employ a scale-invariant elastic matter model to study self-similar collapse with elasticity. As with perfect fluid models, we show that including elasticity allows for continuous self-similar configurations, which we determine numerically by solving the associated boundary value problem. The set of solutions is discrete and we focus on the fundamental mode, but also present some results for overtones. Similarly to the perfect fluid case, the existence of a sonic point plays a central role. We find that the addition of elasticity, by either increasing the shear index $\mathrm{s}$ or decreasing the Poisson ratio $\nu$, leads to an increase in compressibility and can yield negative radial pressures around the sonic point. Simultaneously, the elastic longitudinal wave speed ceases to be constant, while the two possible transverse wave speeds grow further apart. The departure from the perfect fluid case can be so dramatic as to generate a second sonic point, which does not seem to be regular. This, in turn, imposes bounds on the elasticity parameters of the material. This study represents the first step in the analysis of critical collapse with elastic materials. | 臨界崩壊は、様々な自己重力物質においてよく研究されているテーマです。 最も精力的に研究されているモデルの一つは完全流体モデルであり、星などのコンパクト天体の記述に広く用いられているだけでなく、宇宙論的にも興味深いものです。 しかし、中性子星は弾性地殻を有すると考えられており、完全流体体から逸脱しており、弾性物質における臨界崩壊は全く未開拓のテーマです。 本研究では、スケール不変の弾性物質モデルを用いて、弾性を考慮した自己相似崩壊を研究します。 完全流体モデルと同様に、弾性を考慮することで連続的な自己相似構成が可能になることを示します。 これは、関連する境界値問題を解くことで数値的に決定します。 解の集合は離散的であり、基本モードに焦点を当てますが、倍音についてもいくつかの結果を示します。 完全流体の場合と同様に、音波点の存在が中心的な役割を果たします。 剪断指数$\mathrm{s}$の増加、またはポアソン比$\nu$の減少によって弾性が付加されると、圧縮性が増加し、音速点の周囲に負のラジアル圧力が生じる可能性があることが分かりました。 同時に、弾性縦波速度は一定ではなくなり、2つの横波速度の差は大きくなります。 完全流体の場合からの逸脱は劇的で、規則的ではないように見える2番目の音速点が発生する可能性があります。 これは、材料の弾性パラメータに限界を課します。 本研究は、弾性材料の臨界崩壊の解析における第一歩となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The ringdown phase of the binary black hole (BBH) merger provides a clean and direct probe of strong-field gravity and tests of the nature of black holes. The quasinormal mode (QNM) frequencies in modified gravity theories, as well as their amplitudes and phases, might deviate from the Kerr ones in general relativity. Charged black holes (BHs) in Einstein-Maxwell theory provide an excellent example of a beyond-Kerr solution with direct astrophysical and fundamental physics applications. In this work, we extract the ringdown mode amplitudes and phases for charged BBH mergers based on fully general relativistic simulations with charge-to-mass ratio up to 0.3. Our results suggest that even though the inspiral phase of charged BBHs can be significantly accelerated or decelerated, the ringdown mode excitation only changes mildly. We further explore the charge detectability with the ringdown-only signal for the Einstein Telescope and Cosmic Explorer. We find that previous studies may have overestimated the charge detectability and including higher modes in charged waveforms is necessary for future ringdown analysis. This constitutes the first such analysis based on waveforms generated by numerical relativity simulations of charged BHs in full Einstein-Maxwell theory. | 連星ブラックホール（BBH）合体のリングダウン位相は、強磁場重力の明確かつ直接的なプローブとなり、ブラックホールの性質を検証する手段となる。 修正重力理論における準基準モード（QNM）の周波数、ならびにその振幅と位相は、一般相対論におけるカーのそれとは異なっている可能性がある。 アインシュタイン-マクスウェル理論における荷電ブラックホール（BH）は、天体物理学および基礎物理学に直接応用できる、カーの法則を越えた解の優れた例である。 本研究では、荷電質量比が最大0.3までの完全一般相対論的シミュレーションに基づき、荷電BBH合体のリングダウンモードの振幅と位相を導出した。 得られた結果は、荷電BBHのインスパイラル位相が大幅に加速または減速される可能性があるにもかかわらず、リングダウンモードの励起はわずかにしか変化しないことを示唆している。 アインシュタイン望遠鏡と宇宙探査機（Cosmic Explorer）のリングダウンのみの信号を用いて、電荷の検出可能性をさらに調査しました。 これまでの研究では電荷の検出可能性を過大評価していた可能性があり、将来のリングダウン解析には荷電波形に高次モードを含める必要があることがわかりました。 これは、完全なアインシュタイン-マクスウェル理論に基づく荷電BHの数値相対論シミュレーションによって生成された波形に基づく、初めての解析となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We perform a comprehensive Bayesian analysis to constrain the neutron star (NS) equation of state (EoS) using a wide range of terrestrial and astrophysical data. The terrestrial inputs include quantities related to symmetric nuclear matter (SNM) and symmetry energy up to two times saturation density ($\rho_0\sim$0.16 fm$^{-3}$), derived from finite nuclei and heavy-ion collisions (HICs). The astrophysical constraints incorporate NS radii and tidal deformabilities from recent NICER observations and GW170817, respectively. We consider five different EoS models: Taylor, $n/3$, Skyrme, RMF, and sound speed(CS), are analyzed by sequentially updating the priors with (i) $\chi$EFT based pure neutron matter, (ii) terrestrial, empirical and earlier astrophysical data, (iii) case (ii) including NICER radii of PSR J0437+4715 and J0614+3329, (iv) all data combined, and (v) excluding empirical nuclear inputs. We also perform Bayesian model comparison which favors the Skyrme model under all combined data (scenario (iv)), yielding tight constraints on symmetry energy parameters: $L_0 = 56 \pm 3$~MeV, $K_{\mathrm{sym}0} = -132 \pm 15$~MeV and also on SNM parameters: $K_0 = 265 \pm 12$~MeV, $Q_0 = -366 \pm 43$~MeV. The mass-radius and mass-tidal deformability posterior distributions are also well constrained. The radius and tidal deformability of a $1.4\,M_\odot$ neutron star are found to be $R_{1.4} = 11.85 \pm 0.11$~km and $\Lambda_{1.4} = 354 \pm 25$, respectively. | 我々は、広範囲にわたる地球物理学的および天体物理学的データを用いて、中性子星（NS）の状態方程式（EoS）を制限する包括的なベイズ解析を行う。 地球物理学的入力には、有限核と重イオン衝突（HIC）から得られる、対称核物質（SNM）と飽和密度の2倍（$\rho_0\sim$0.16 fm$^{-3}$）までの対称エネルギーに関連する量が含まれる。 天体物理学的制約には、最近のNICER観測とGW170817から得られたNS半径と潮汐変形率がそれぞれ組み込まれている。 我々は5つの異なるEoSモデル、すなわちテイラー、$n/3$、スカイーム、RMF、音速(CS)を考察する。 これらのモデルは、(i) $\chi$EFTベースの純中性子物質、(ii) 地上データ、経験的データ、およびそれ以前の天体物理学的データ、(iii) (ii) PSR J0437+4715とJ0614+3329のNICER半径を含むケース、(iv) すべてのデータを組み合わせたケース、(v) 経験的核入力を除外したケースで、事前分布を順次更新することにより解析される。 また、ベイズモデル比較も行い、全ての結合データ（シナリオ(iv)）においてSkyrmeモデルが有利となることを確認しました。 その結果、対称性エネルギーパラメータ、$L_0 = 56 \pm 3$~MeV、$K_{\mathrm{sym}0} = -132 \pm 15$~MeV、SNMパラメータ、$K_0 = 265 \pm 12$~MeV、$Q_0 = -366 \pm 43$~MeVという厳しい制約が得られました。 質量半径および質量潮汐変形能事後分布も十分に制約されています。 $1.4\,M_\odot$中性子星の半径と潮汐変形率はそれぞれ$R_{1.4} = 11.85 \pm 0.11$kmと$\Lambda_{1.4} = 354 \pm 25$であることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyse the common claim that nonlinear modifications of quantum theory necessarily violate the second law of thermodynamics. We focus on hypothetical extensions of quantum theory that contain readout devices. These black boxes provide a classical description of quantum states without perturbing them. They allow quantum state cloning, though in a way consistent with the relativistic no-signalling principle. We review the existence of such devices in the context of Moller-Rosenfeld semiclassical gravity, which postulates that the gravitational field remains classical and is sourced by the expectation value of a quantum energy-momentum tensor. We show that the definition of information in the models examined in this paper deviates from that given by von Neumann entropy, and that claims of second law violations based on the distinguishability of non-orthogonal states or on violations of uncertainty principles fail to hold in such theories. | 量子論の非線形修正は必然的に熱力学第二法則に違反するという一般的な主張を分析する。 本稿では、読み出し装置を含む量子論の仮説的拡張に焦点を当てる。 これらのブラックボックスは、量子状態を摂動させることなく、その古典的な記述を提供する。 また、相対論的な無信号原理と整合的な方法で量子状態の複製を可能にする。 本稿では、このような装置の存在を、モーラー・ローゼンフェルドの半古典的重力理論の文脈で考察する。 この理論では、重力場は古典的であり、量子エネルギー運動量テンソルの期待値によって発生すると仮定する。 本稿で検討するモデルにおける情報の定義は、フォン・ノイマン・エントロピーによって与えられた定義から逸脱しており、非直交状態の識別可能性や不確定性原理の違反に基づく第二法則の違反の主張は、このような理論では成立しないことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| With pulsar timing arrays (PTAs) having observed a gravitational wave background (GWB) at nanohertz frequencies, the focus of the field is shifting towards determining and characterizing its origin. While the primary candidate is a population of GW-emitting supermassive black hole binaries (SMBHBs), many other cosmological processes could produce a GWB with similar spectral properties as have been measured. One key argument to help differentiate an SMBHB GWB from a cosmologically sourced one is its level of anisotropy; a GWB sourced by a finite population will likely exhibit greater anisotropy than a cosmological GWB through finite source effects (``shot noise'') and potentially large-scale structure. Current PTA GWB anisotropy detection methods often use the frequentist PTA optimal statistic for its fast estimation of pulsar pair correlations and relatively low computational overhead compared to spatially-correlated Bayesian analyses. However, there are critical limitations with the status quo approach. In this paper, we improve this technique by incorporating three recent advancements: accounting for covariance between pulsar pairwise estimates of correlated GWB power; the per-frequency optimal statistic to dissect the GWB across the spectrum; and constructing null-hypothesis statistical distributions that include cosmic variance. By combining these methods, our new pipeline can localize GWB anisotropies to specific frequencies, through which anisotropy detection prospects -- while impacted by cosmic variance -- are shown to improve in our simulations from a $p$-value of $\sim0.2$ in a broadband search to $\sim0.01$ in the per-frequency search. Our methods are already incorporated in community-available code and ready to deploy on forthcoming PTA datasets. | パルサータイミングアレイ（PTA）がナノヘルツ周波数で重力波背景放射（GWB）を観測したことで、この分野の焦点は重力波の起源の特定と特性解明へと移行しつつある。 主な候補は重力波を放出する超大質量ブラックホール連星（SMBHB）の集団であるが、他の多くの宇宙論的プロセスによっても、測定されたものと同様のスペクトル特性を持つGWBが生成される可能性がある。 SMBHB由来のGWBと宇宙論的起源のGWBを区別する上で重要な議論の一つは、その異方性の程度である。 有限集団由来のGWBは、有限な発生源効果（「ショットノイズ」）と潜在的に大規模な構造により、宇宙論的GWBよりも大きな異方性を示す可能性が高い。 現在のPTA GWB異方性検出法では、パルサー対相関の高速推定と、空間相関ベイズ解析に比べて比較的低い計算オーバーヘッドという理由から、頻度主義PTA最適統計量がよく用いられている。 しかし、現状のアプローチには重大な限界があります。 本論文では、3つの最近の進歩を取り入れることで、この手法を改良します。 すなわち、相関のあるGWBパワーのパルサーペアワイズ推定値間の共分散を考慮すること、スペクトル全体にわたってGWBを分析するための周波数ごとの最適統計量、そして宇宙変動を考慮した帰無仮説統計分布を構築することです。 これらの手法を組み合わせることで、新しいパイプラインはGWBの異方性を特定の周波数に局在させることができます。 これにより、宇宙変動の影響を受けながらも、異方性の検出見通しは、広帯域探索での$p$値$\sim0.2$から周波数ごとの探索での$\sim0.01$へと改善されることがシミュレーションで示されています。 私たちの手法は既にコミュニティで利用可能なコードに組み込まれており、今後のPTAデータセットに展開できる状態です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Following a binary neutron star (BNS) merger, the transient remnant is often a fast-spinning, differentially rotating, magnetised hypermassive neutron star (HMNS). This object is prone to the magnetorotational instability (MRI) which drives magnetohydrodynamic turbulence that significantly influences the HMNS global dynamics. A key consequence of turbulence is the outward transport of angular momentum which impacts the remnant's stability and lifetime. Most numerical simulations of BNS mergers are unable to resolve the MRI due to its inherently small wavelength. To overcome this limitation, subgrid models have been proposed to capture the effects of unresolved small-scale physics in terms of large-scale quantities. We present the first implementation of our MHD-Instability-Induced Turbulence (MInIT) model in global Newtonian simulations of MRI-sensitive, differentially rotating, magnetised neutron stars. Here, we show that by adding the corresponding turbulent stress tensors to the momentum equation, MInIT successfully reproduces the angular momentum transport in neutron stars driven by small-scale turbulence. | 連星中性子星（BNS）の合体後、一時的な残骸はしばしば高速自転し、差動回転する磁化された超大質量中性子星（HMNS）となる。 この天体は磁気回転不安定性（MRI）を起こしやすく、これが磁気流体乱流を引き起こし、HMNSの全体的ダイナミクスに大きな影響を与える。 乱流の主要な結果は、角運動量の外向きの輸送であり、これは残骸の安定性と寿命に影響を与える。 BNS合体の数値シミュレーションのほとんどは、MRIの波長が本質的に短いため、MRIを解像することができない。 この制限を克服するために、未解決の小規模物理の影響を大規模量で捉えるためのサブグリッドモデルが提案されている。 我々は、MRI感度を持ち、差動回転する磁化中性子星の全球ニュートンシミュレーションにおいて、MHD不安定性誘起乱流（MInIT）モデルを初めて実装した。 本研究では、対応する乱流応力テンソルを運動量方程式に追加することで、MInITが小規模乱流によって駆動される中性子星の角運動量輸送をうまく再現できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent work has revealed that extremal Kerr black holes may exhibit a sensitivity to higher-derivative corrections to Einstein's equations, displaying singularities in the tidal forces at the horizon. However, in a purely gravitational context, this "ultraviolet sensitivity" translates into a strong dependence on the Wilson coefficients in the low-energy effective field theory. These, in turn, are fixed by the underlying theory of quantum gravity in the ultraviolet. We find a prediction for these coefficients within the framework of asymptotically safe quantum gravity, and show that, if the quantum gravity scale is trans-Planckian, this horizon-scale ultraviolet sensitivity is avoided. | 最近の研究では、極限カーブラックホールがアインシュタイン方程式の高階微分補正に対して感度を示し、地平線における潮汐力の特異点を示す可能性があることが明らかになっています。 しかし、純粋に重力の文脈では、この「紫外線感度」は低エネルギー有効場の理論におけるウィルソン係数への強い依存性へと変換されます。 ウィルソン係数は、紫外線における量子重力の基礎理論によって固定されています。 我々は漸近的に安全な量子重力の枠組みの中でこれらの係数の予測を見つけ、量子重力スケールが超プランクであれば、この地平線スケールの紫外線感度は回避されることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Rapidly-rotating black-hole spacetimes outside general relativity are key to many tests of Einstein's theory. We here develop an efficient spectral method to represent such spacetimes analytically, in closed-form, and to high accuracy, in a large class of effective-field-theory extensions of general relativity. We exemplify this method by constructing, for the first time, closed-form and analytic representations of spinning black holes in scalar-Gauss-Bonnet, dynamical Chern-Simons, and axidilaton gravity to an accuracy better than $10^{-8}$ for all dimensionless spins below 0.99. | 一般相対論の外側にある高速回転ブラックホール時空は、アインシュタイン理論の多くの検証において鍵となる。 本研究では、一般相対論の有効場理論の拡張の広範なクラスにおいて、そのような時空を解析的に、閉じた形で、高精度に表現するための効率的なスペクトル法を開発する。 この手法の例として、スカラー・ガウス・ボネ、動的チャーン・サイモンズ、および軸膨張重力における回転ブラックホールの閉じた形式かつ解析的な表現を、0.99以下のすべての無次元スピンに対して10の-8乗以上の精度で初めて構築する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent imaging of supermassive black holes by the Event Horizon Telescope (EHT) has relied on exhaustive parameter-space searches, matching observations to large, precomputed libraries of theoretical models. As observational data become increasingly precise, the limitations of this computationally expensive approach grow more acute, creating a pressing need for more efficient methods. In this work, we present $\texttt{Jipole}$, an automatically differentiable (AD), $\texttt{ipole}$-based code for radiative transfer in curved spacetimes, designed to compute image gradients with respect to underlying model parameters. These gradients quantify how parameter changes-such as the black hole's spin or the observer's inclination-affect the image, enabling more efficient parameter estimation and reducing the number of required images. We validate $\texttt{Jipole}$ against $\texttt{ipole}$ in two analytical tests and then compare pixel-wise intensity derivatives from AD with those from finite-difference methods. We then demonstrate the utility of these gradients by performing parameter recovery for an analytical model using a conjugate gradient optimizer in three increasingly complex cases for the injected image: ideal, blurred, and blurred with added noise. In most cases, high-accuracy fits are obtained in only a few optimization steps, failing only in cases with extremely low signal-to-noise ratios and large blurring size kernels. These results highlight the potential of AD-based methods to accelerate robust, high-fidelity model-data comparisons in current and future black hole imaging efforts. | イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）による超大質量ブラックホールの最近の画像は、観測データを大規模な事前計算済み理論モデルのライブラリと照合する、網羅的なパラメータ空間探索に依存してきました。 観測データの精度が向上するにつれて、この計算コストの高いアプローチの限界はより深刻になり、より効率的な手法が切実に必要とされています。 本研究では、曲がった時空における放射伝達を計算するための、自動微分可能（AD）、$\texttt{ipole}$ベースのコードである$\texttt{Jipole}$を紹介します。 このコードは、基礎となるモデルパラメータに関する画像勾配を計算するように設計されています。 これらの勾配は、ブラックホールのスピンや観測者の傾斜角などのパラメータの変化が画像にどのように影響するかを定量化し、より効率的なパラメータ推定を可能にし、必要な画像数を削減します。 我々は2つの解析的検定において$\texttt{Jipole}$を$\texttt{ipole}$に対して検証し、AD法によるピクセル単位の強度微分を有限差分法によるものと比較する。 次に、共役勾配最適化器を用いて、注入された画像に対して3つの次第に複雑化するケース（理想、ぼやけた、ノイズを加えたぼやけた）において解析モデルのパラメータ回復を実行することにより、これらの勾配の有用性を示す。 ほとんどの場合、わずか数回の最適化ステップで高精度なフィッティングが得られ、信号対雑音比が極めて低く、ぼやけたサイズのカーネルが大きい場合にのみ失敗する。 これらの結果は、現在および将来のブラックホール画像化研究において、ADベースの手法が堅牢で高忠実度のモデルとデータの比較を加速する可能性を浮き彫りにする。 |