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 |
|---|---|
| We construct symmetry topological field theories (SymTFTs) using the sandwich construction of Pulmann-\v{S}evera-Valach that manifest the centre symmetries of Chern-Simons theory and Yang-Mills theory as well as general relativity in the MacDowell-Mansouri formulation. The 'filling' of the sandwich is an AKSZ sigma model whose target space is a Weil algebra, augmented with discrete degrees of freedom given by a choice of topological boundary condition. | 我々は、Pulmann-\v{S}evera-Valachのサンドイッチ構成を用いて、Chern-Simons理論とYang-Mills理論の中心対称性、そしてMacDowell-Mansouri定式化における一般相対論を明示する対称位相場の理論（SymTFT）を構築する。 サンドイッチの「充填」は、位相境界条件の選択によって与えられる離散自由度が付加されたWeil代数を対象空間とするAKSZシグマ模型である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Gravitational waves enable tests of general relativity in the highly dynamical and strong-field regime. Using events detected by LIGO-Virgo up to 1 October 2019, we evaluate the consistency of the data with predictions from the theory. We first establish that residuals from the best-fit waveform are consistent with detector noise, and that the low- and high-frequency parts of the signals are in agreement. We then consider parametrized modifications to the waveform by varying post-Newtonian and phenomenological coefficients, improving past constraints by factors of ${\sim}2$; we also find consistency with Kerr black holes when we specifically target signatures of the spin-induced quadrupole moment. Looking for gravitational-wave dispersion, we tighten constraints on Lorentz-violating coefficients by a factor of ${\sim}2.6$ and bound the mass of the graviton to $m_g \leq 3.09 \times 10^{-23} \mathrm{eV}/c^2$ with 90% credibility. We also analyze the properties of the merger remnants by measuring ringdown frequencies and damping times, constraining fractional deviations away from the Kerr frequency to $\delta \hat{f}_{220} = 0.03^{+0.38}_{-0.35}$ for the fundamental quadrupolar mode, and $\delta \hat{f}_{221} = 0.02^{+0.29}_{-0.33}$ for the first overtone; additionally, we find no evidence for postmerger echoes. Finally, we determine that our data are consistent with tensorial polarizations through a template-independent method. When possible, we assess the validity of general relativity based on collections of events analyzed jointly. We find no evidence for new physics beyond general relativity, for black hole mimickers, or for any unaccounted systematics. | 重力波は、高度に力学的な強磁場領域における一般相対論の検証を可能にする。 LIGO-Virgoで2019年10月1日までに検出されたイベントを用いて、データと理論予測の整合性を評価する。 まず、最も適合した波形の残差が検出器ノイズと整合し、信号の低周波部分と高周波部分が一致することを確認する。 次に、ポストニュートン力学および現象論的係数を変化させることによって波形をパラメータ化した修正を検討し、過去の制約を${\sim}2$倍に改善する。 また、スピン誘起四重極モーメントのシグネチャーを特にターゲットとした場合、カーブラックホールとの整合性も確認した。 重力波分散を求めるために、ローレンツ破れ係数に対する制限を${\sim}2.6$倍に厳しくし、重力子の質量を90%の信頼度で$m_g \leq 3.09 \times 10^{-23} \mathrm{eV}/c^2$に制限した。 また、リングダウン周波数と減衰時間を測定することで合体残骸の特性を解析し、カー周波数からの分数偏差を基本四重極モードでは$\delta \hat{f}_{220} = 0.03^{+0.38}_{-0.35}$、第一倍音モードでは$\delta \hat{f}_{221} = 0.02^{+0.29}_{-0.33}$に制限した。 さらに、合体後エコーの証拠は見つかりませんでした。 最後に、テンプレートに依存しない手法を用いて、我々のデータがテンソル分極と整合していることを判定しました。 可能な場合は、共同で解析した一連の事象に基づいて一般相対論の妥当性を評価しました。 一般相対論を超える新しい物理学、ブラックホール模倣物、あるいは未説明の系統的現象の証拠は見つかりませんでした。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Higgs field is conventionally treated as a small local perturbation atop a large, constant vacuum value that uniformly permeates the universe. I propose instead that in regions of extreme gravitational intensity -- such as near gravitational singularities -- the Higgs field behaves in a profoundly non-perturbative manner. In such environments, spacetime and the Higgs field engage in a dynamic interplay that extends spacetime beyond the singularity, achieving geodesic completeness. The continuation beyond the singularity is dominated by antigravity effects, reshaping the causal structure of spacetime and enabling novel flows of matter and information, including traversal through singularities. In its standard form, the combined framework of the Standard Model (SM) and General Relativity (GR), as well as most of its extensions, fails to capture these phenomena due to its geodesic incompleteness. By contrast, a refined, locally conformal-symmetric formulation -- denoted i(SM+GR) -- naturally incorporates these effects. GR is not an optional component of i(SM+GR) but an essential ingredient. This framework preserves the empirical success of SM+GR in the low-energy regime while predicting striking new phenomena in extreme gravitational settings, including within black holes (on both sides of the singularity) and in pre--Big Bang cosmology. At the classical field theory level, i(SM+GR) offers fresh perspectives on the black hole information puzzle and provides a platform for locally scale-invariant generalizations, such as geodesically complete quantum field theory, string theory, and unified models of fundamental interactions. This paper presents the detailed derivations and explanations that underlie a condensed letter version recently published in [1]. | ヒッグス場は従来、宇宙を均一に貫く大きな一定の真空値の上に働く小さな局所的摂動として扱われてきた。 私はその代わりに、重力特異点近傍のような極めて重力の強い領域では、ヒッグス場は極めて非摂動的な振る舞いを示すと提唱する。 このような環境では、時空とヒッグス場は動的な相互作用を起こし、特異点を超えて時空を拡張し、測地線完全性を達成する。 特異点を超えた延長は反重力効果によって支配され、時空の因果構造を再形成し、特異点を通過することを含む、物質と情報の新たな流れを可能にする。 標準的な形態では、標準模型（SM）と一般相対性理論（GR）を組み合わせた枠組み、およびその拡張の大部分は、測地線不完全性のためにこれらの現象を捉えることができない。 対照的に、i(SM+GR) と表記される、改良された局所共形対称な定式化は、これらの効果を自然に取り入れています。 一般相対論は i(SM+GR) のオプションの要素ではなく、不可欠な要素です。 この枠組みは、低エネルギー領域における SM+GR の実証的な成功を維持しながら、ブラックホール内（特異点の両側）やビッグバン以前の宇宙論を含む極端な重力環境における驚くべき新しい現象を予測します。 古典場の理論レベルでは、i(SM+GR) はブラックホール情報パズルに新たな視点を提供し、測地線的に完全な量子場の理論、弦理論、基本相互作用の統一モデルなど、局所的にスケール不変な一般化のための基盤を提供します。 本論文では、最近 [1] に掲載された要約版の基礎となる詳細な導出と説明を示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study the purely gravitational signatures of dark matter from the ultralight to the ultraheavy mass range in proposed long-baseline atom gradiometers, focusing on terrestrial designs, such as AION-km and MAGIS-km, as well as space-based concepts, such as MAGIS-space, AEDGE and AEDGE+. Due to its exceptional acceleration sensitivity and depending on astrophysical backgrounds, a detector similar to AEDGE+ could detect a dark matter subcomponent which constitutes $\mathcal{O}(10\%)$ of the local dark matter energy density and is populated by compact clumps of mass between $10^6$~kg and $10^{10}$~kg ($10^{-25}~M_\odot\lesssim M \lesssim 10^{-21}~M_\odot$) in an otherwise unexplored region of dark matter model space. Furthermore, because the gravitational observable depends on the relative gravitational time delay measured by spatially separated atomic clouds, we find that atom gradiometers are parametrically more sensitive than laser interferometers, such as LIGO and LISA, to fast-oscillating spacetime perturbations sourced by energy density and pressure fluctuations of ultralight dark matter. Depending on astrophysical backgrounds, a detector akin to AEDGE+ could probe a DM overdensity of $\mathcal{O}(10)$ times the local dark matter energy density for masses $m\lesssim 10^{-17}$~eV. | 我々は、提案されている長基線原子勾配計を用いて、超軽質量から超重質量までの範囲にわたる暗黒物質の純粋に重力的な特徴を研究する。 特に、AION-kmやMAGIS-kmといった地上設置型の設計、ならびにMAGIS-space、AEDGE、AEDGE+といった宇宙ベースの概念に焦点を当てる。 AEDGE+は、その並外れた加速感度と天体物理学的背景への依存により、局所暗黒物質エネルギー密度の$\mathcal{O}(10\%)$を構成し、暗黒物質モデル空間の未探査領域における質量$10^6$～$10^{10}$～$10^{-25}～$10^{-21}～$10^{-21}～$10^{-25}～$10^{-21}～$10^{-25}～$10^{-21}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}～$10^{-25}$ ...さらに、重力観測量は空間的に離れた原子雲によって測定される相対的な重力時間遅延に依存するため、原子勾配計は、LIGOやLISAなどのレーザー干渉計よりも、超軽量暗黒物質のエネルギー密度と圧力変動に起因する高速振動時空摂動に対して、パラメトリックに感度が高いことがわかった。 天体物理学的背景に依存するが、AEDGE+に類似した検出器は、質量$m\lesssim 10^{-17}$～eVにおいて、局所暗黒物質エネルギー密度の$\mathcal{O}(10)$倍のDM過密度を測定できる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In the last decade, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) and the European Virgo observatory have opened a new observational window on the universe. These cavity-enhanced laser interferometers sense spacetime strain, generated by distant astrophysical events such as black hole mergers, to an RMS fluctuation of a few parts in $10^{21}$ over a multi-kilometer baseline. Optical advancements in laser wavefront control are key to advancing the sensitivity of current detectors and enabling a planned next-generation 40-km gravitational wave observatory in the United States, known as Cosmic Explorer. We report the first experimental demonstration of a new wavefront control technique for gravitational-wave detection, obtained from testing a full-scale prototype on a 40-kg LIGO mirror. Our results indicate that this design can meet the unique and challenging requirements of providing higher-order precision wavefront corrections at megawatt laser power levels, while introducing extremely low effective displacement noise into the interferometer. This new technology will have a direct and enabling impact on the observational science, expanding the gravitational-wave detection horizon to very early times in the universe, before the first stars formed, and enabling new tests of gravity, cosmology, and dense nuclear matter. | 過去10年間、レーザー干渉計重力波観測所（LIGO）と欧州Virgo観測所は、宇宙への新たな観測の窓を開きました。 これらの空洞増強レーザー干渉計は、ブラックホール合体などの遠方の天体物理学的事象によって生じる時空歪みを、数キロメートルの基線にわたって10の21乗分の数倍のRMS変動まで検出します。 レーザー波面制御における光学的進歩は、現在の検出器の感度向上と、米国で計画されている次世代40キロメートル重力波観測所（Cosmic Explorer）の実現に不可欠です。 本研究では、40kgのLIGOミラーを用いた実物大プロトタイプの試験から得られた、重力波検出のための新しい波面制御技術の初の実験的実証結果を報告する。 我々の研究結果は、この設計が、メガワット級のレーザー出力レベルで高次高精度の波面補正を提供するという、独特かつ困難な要件を満たすと同時に、干渉計に極めて低い実効変位ノイズを導入できることを示しています。 この新技術は観測科学に直接的な影響を与え、重力波の検出範囲を宇宙の非常に初期の時代、最初の星が形成される前まで拡大し、重力、宇宙論、高密度核物質の新たな検証を可能にするでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We conduct the first full Bayesian inference analysis for LISA parameter estimation incorporating the effects of subdominant harmonics and spin-precession through a full time domain response. The substantial computational demands of using time domain waveforms for LISA are significantly mitigated by implementing a novel Python version of the IMRPhenomT family of waveform models and the LISA response with GPU acceleration. This time domain response alleviates the theoretical necessity of developing specific transfer functions to approximate the LISA response in the Fourier domain for each specific type of system and allows for the use of unequal arms configurations and realistic LISA orbits. Our analysis includes a series of zero-noise injections for a Massive Black Hole Binary with aligned and precessing spins. We investigate the impact of including subdominant harmonics, compare equal and unequal arm configurations, and analyze different Time-Delay-Interferometry (TDI) configurations. We utilize full and uniform priors, with a lower frequency cutoff of 0.1mHz, and a signal duration of approximately two months, sampled every 5 seconds. The sampler is initialized based on Fisher estimates. Our results demonstrate LISA capability to measure the two spin magnitudes and the primary spin tilt angle, alongside sky localization, with percent-level precision, while component masses are determined with sub-percent accuracy. | 我々は、サブドミナント高調波とスピン歳差運動の影響を組み込んだLISAパラメータ推定のための、初めての完全なベイズ推論解析を、完全な時間領域応答を通して行った。 LISAに時間領域波形を使用する際の膨大な計算負荷は、IMRPhenomTファミリーの波形モデルとGPUアクセラレーションを用いたLISA応答の新しいPython版を実装することで大幅に軽減された。 この時間領域応答は、それぞれの特定のシステムの種類についてフーリエ領域でLISA応答を近似するための特定の伝達関数を開発するという理論的必要性を軽減し、不等腕構成と現実的なLISA軌道の使用を可能にする。 我々の解析には、整列スピンと歳差運動スピンを持つ巨大ブラックホール連星に対する一連のゼロノイズ注入が含まれる。 サブドミナント高調波を含めることの影響を調査し、等腕構成と不等腕構成を比較し、異なる時間遅延干渉法（TDI）構成を解析する。 我々は、0.1MHzの下限周波数カットオフと約2か月間の信号持続時間を持つ完全かつ一様の事前分布を用い、5秒ごとにサンプリングしました。 サンプラーはFisher推定に基づいて初期化されました。 我々の結果は、LISAが2つのスピンの大きさと主要なスピンの傾斜角、そして天空の位置をパーセントレベルの精度で測定し、成分質量をパーセント未満の精度で決定できることを示しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Loop contributions to cosmological correlators and to the associated wavefunction are of key theoretical and phenomenological interest. Here, we investigate and compare different renormalisation schemes proposed in the literature to handle ultraviolet divergences and develop new schemes adapting $\eta$ regulators to de Sitter spacetime. We focus on one-loop contributions to the quadratic wavefunction coefficient of a shift-symmetric massless scalar in de Sitter spacetime, which is a good toy model of primordial curvature perturbations. We show that different implementations of dimensional regularisation agree with each other and with unitarity and scale invariance in the final renormalised result. Imposing unitarity in the form of the cosmological optical theorem, we define a class of unitary and analytic $\eta$ regulators that agree with dim reg but feature considerable technical and conceptual simplifications. We show that the imaginary part of all one-loop wavefunction coefficients is universally fixed in terms of the logarithmic running of the real part, under the assumptions of scale invariance, Bunch-Davies vacuum and light bulk fields. Our work resolves discrepancies in the literature, establishes regulator-independent predictions for the imaginary part at one loop, and provides a practical framework for computing quantum contributions to cosmological correlators. | 宇宙論的相関関数および関連する波動関数へのループ寄与は、理論的および現象論的に重要な関心事である。 本稿では、文献で提案されている紫外発散を扱うための様々な繰り込み手法を調査・比較し、$\eta$ レギュレーターをド・ジッター時空に適応させる新しい手法を開発する。 原始曲率摂動の優れた模型であるド・ジッター時空におけるシフト対称な質量ゼロスカラーの2次波動関数係数への1ループ寄与に焦点を当てる。 次元正則化の異なる実装が互いに整合し、最終的な繰り込み結果においてユニタリー性およびスケール不変性と整合することを示す。 宇宙論的光学定理の形でユニタリー性を課すことで、薄暗い繰り込みと整合しながらも、技術的および概念的に大幅な単純化を特徴とするユニタリーおよび解析的な$\eta$ レギュレーターのクラスを定義する。 スケール不変性、バンチ・デイヴィス真空、軽いバルク場という仮定のもと、すべての1ループ波動関数係数の虚部は、実部の対数関数的進行に関して普遍的に固定されていることを示す。 本研究は、文献における矛盾を解決し、1ループにおける虚部について、制御器に依存しない予測を確立し、宇宙論的相関関数への量子寄与を計算するための実用的な枠組みを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| SMBHs at the centers of galaxies, illuminated by their accretion disks, can reveal valuable information on BH spacetimes via their shadows, which can be used for strong-gravity tests. However, the continuum emission from their highly turbulent hot plasma is expected to be strongly time-varying and with very inhomogeneous brightness. This can mask important SMBH-related effects, like the appearance of the light-ring, rendering them ineffective as probes of strong gravitational lensing physics. Besides being an inhomogeneous and strongly time-varying ''illuminator'', the hot plasma emission extends all the way to the ISCO. This then leads to the superposition of the strongly-lensed radiation from the area of the light-ring to the continuum emission from the ISCO, effectively making gravitational lensing physics hard to separate from accretion disk Astrophysics. These problems could be overcome if one utilizes the spectral line radiation field emanating from the cooler parts of the extended accretion disk, the so-called BLR, and especially its expected neutral phase, as a more distant, but still adequately strong SMBH illuminator, typically found at $r\sim (10^2-10^4)\, R_s$. This kind of illumination can provide a cleaner image of the light-ring region, and thus allow more information on the spacetime geometry around the SMBH to be obtained. Here, we examine some of the benefits of such an illumination in discerning strong-gravity physics near SMBHs and their observability. We expand on the fact that such emission can provide a smoking gun signal of lensing, in the form of an Einstein ring. To first order, the imaging of the Einstein ring and its spectroscopic signature can facilitate the measurement of the SMBH mass, while the second order effects associated with the light-ring can constrain the SMBH spin, and even identify deviations from the Kerr spacetime. | 銀河中心にあるSMBHは、その降着円盤によって照らされ、その影を通してBH時空に関する貴重な情報を明らかにすることができ、強重力の検証に利用できます。 しかし、その非常に乱流の激しい高温プラズマからの連続光放射は、時間とともに大きく変化し、輝度も非常に不均一であると予想されます。 このため、光リングの出現など、SMBHに関連する重要な効果が隠され、強い重力レンズ効果の物理を調査するプローブとしては役に立ちません。 高温プラズマ放射は、不均一で時間とともに大きく変化する「照明」であるだけでなく、ISCOまで達します。 そのため、光リング領域からの強いレンズ効果を受けた放射とISCOからの連続光放射が重ね合わせられ、重力レンズ効果の物理と降着円盤天体物理学を分離することが困難になります。 これらの問題は、拡張降着円盤のより低温の部分、いわゆるBLR、特にその中性相から放射されるスペクトル線放射場を、より遠方ではあるものの十分に強いSMBH照明源として利用することで克服できる可能性がある。 この照明源は、典型的には$r\sim (10^2-10^4)\, R_s$で発見される。 この種の照明は、光リング領域のより鮮明な画像を提供し、SMBH周辺の時空構造に関するより多くの情報を得ることができる。 本稿では、SMBH近傍の強重力物理とその観測可能性を識別する上で、このような照明の利点のいくつかを検証する。 また、このような放射が、アインシュタインリングの形でレンズ効果の決定的な証拠となり得るという事実についても詳述する。 第一に、アインシュタインリングの画像化とその分光学的特徴はSMBHの質量測定を容易にし、第二に、光リングに関連する二次効果はSMBHのスピンを制限し、さらにはカー時空からの偏差を特定することさえ可能となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| While the two derivative action of gravitation is specified uniquely, higher derivative operators are also allowed with coefficients that are not specified uniquely by effective field theory. We focus on a four derivative operator in which the Riemann tensor couples directly to the electromagnetic field $a\,R_{\mu\nu\alpha\beta}F^{\mu\nu}F^{\alpha\beta}$. We compute the corresponding corrections to the Shapiro time delay in the solar system and compare this to data from the Cassini probe. We place an observational upper bound on the coefficient $a$ at 95\% confidence $|a|<26\,(1000\,\mbox{km})^2$. By way of motivation, we also compare this to a weak gravity conjecture (WGC) prediction of a bound on the coefficients $a,\,b$ of four derivative operators involving the graviton and the photon; this includes the above term $a\,R_{\mu\nu\alpha\beta}F^{\mu\nu}F^{\alpha\beta}$ as well as $b\,F^4$. We show that by using the observed value of the $b$ coefficient from measurements of light by light scattering, which arises in the Standard Model from integrating out the electron, the WGC predicted bound for $a$ is $a\lesssim 7.8\,(1000\,\mbox{km})^2$. This is consistent with the above observational bound, but is intriguingly close and can be further probed in other observations. | 重力の2つの微分作用は一意に定まるが、有効場理論では一意に定まらない係数を持つ高次の微分作用素も許容される。 我々は、リーマンテンソルが電磁場$a\,R_{\mu\nu\alpha\beta}F^{\mu\nu}F^{\alpha\beta}$に直接結合する4つの微分作用素に注目する。 太陽系におけるシャピロ時間遅延に対する対応する補正を計算し、カッシーニ探査機のデータと比較する。 係数$a$の観測的上限を、95\%信頼区間$|a|<26\,(1000\,\mbox{km})^2$とする。 動機付けとして、これを、重力子と光子を含む4つの微分作用素の係数$a,\,b$の上限に関する弱重力予想（WGC）の予測とも比較する。 これには上記の項$a\,R_{\mu\nu\alpha\beta}F^{\mu\nu}F^{\alpha\beta}$と$b\,F^4$が含まれます。 標準模型において電子を積分することによって生じる光散乱による光の測定から得られた係数$b$の観測値を用いることで、WGCが予測する$a$の境界は$a\lesssim 7.8\,(1000\,\mbox{km})^2$であることを示します。 これは上記の観測的境界と整合していますが、興味深いことに非常に近いため、他の観測によってさらに詳しく調べることができます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The continuum emission from the hot and ionized inner regions of a supermassive black hole (SMBH) accretion disk that is strongly lensed by the light-ring (i.e., the unstable photon orbit), is always superimposed on that of the locally emitting plasma near the innermost stable circular orbit (ISCO), masking strong-gravity effects and making their study difficult. A cleaner image of the light-ring against a non-luminous background, not affected by the emission and all the dynamical effects taking place near the ISCO, would thus be preferable. A more distant SMBH illumination source that could accommodate this can be provided by the unique spectral lines emitted by the cooler parts of the accretion disk, the so-called Broad Line Region (BLR). Spectral line emission from the transitional region between the inner disk and the outer BLR may be ideal for obtaining a cleaner image of the light-ring, and better suited for strong gravity tests. A crucial first order effect of a BLR spectral line illumination of the SMBHs in galactic centers, and a possible smoking gun signal of strong SMBH lensing, will be an Einstein ring, whose presence could be evident even in unresolved sources where only the total line profile can be acquired. In resolved sources, the combination of information from the image and the spectrum can even facilitate the measurement of the mass of the SMBH. | 超大質量ブラックホール（SMBH）降着円盤の高温かつ電離した内部領域からの連続放射は、光リング（すなわち不安定光子軌道）によって強くレンズ効果を受けており、常に最内側の安定円軌道（ISCO）付近の局所的に放射するプラズマからの連続放射と重なり合い、強重力効果を覆い隠してその研究を困難にしている。 したがって、放射やISCO付近で起こるあらゆる力学的効果の影響を受けない、非発光背景を背景にした光リングのより鮮明な画像が望ましい。 これに対応できるより遠方のSMBH照明源は、降着円盤のより低温の部分、いわゆる広域線領域（BLR）から放射される特有のスペクトル線によって提供できる。 内側の円盤と外側のBLRの間の遷移領域からのスペクトル線放射は、光リングのより鮮明な画像を得るのに理想的であり、強重力テストにもより適している可能性がある。 銀河中心の超巨大ブラックホール（SMBH）に対するBLRスペクトル線照射の重要な第一効果、そして強いSMBHレンズ効果の決定的な証拠となる可能性のあるものは、アインシュタインリングです。 このリングの存在は、全体のラインプロファイルしか取得できない分解されていない天体でも明らかになる可能性があります。 分解された天体では、画像とスペクトルからの情報を組み合わせることで、SMBHの質量測定さえも容易になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This investigation examines QPOs in two quantum-corrected BH spacetimes that preserve general covariance while incorporating quantum gravitational effects through a dimensionless parameter \zeta. We combine analytical derivations of epicyclic frequencies with comprehensive numerical simulations of BHL accretion to explore how quantum corrections manifest in observable astrophysical phenomena. Using a fiducial BH mass of M=10M_\odot representative of stellar-mass X-ray binaries, we demonstrate that the two models exhibit fundamentally different behaviors: Model-I modifies both temporal and radial metric components, leading to innermost stable circular orbit migration proportional to \zeta^4 and dramatic stagnation point evolution from 27M to 5M as quantum corrections strengthen. Model-II preserves the classical temporal component while altering only spatial geometry, maintaining constant stagnation points and stable cavity structures throughout the parameter range. Our numerical simulations reveal distinct QPO generation mechanisms, with Model-I showing systematic frequency evolution and cavity shrinkage that suppresses oscillations for \zeta \geq 3M, while Model-II maintains stable low-frequency modes up to \zeta \geq 5M. Power spectral density analyzes demonstrate characteristic frequency ratios (3:2, 2:1, 5:3) consistent with observations from X-ray binaries, providing specific targets for discriminating between quantum correction scenarios. The hydrodynamically derived constraints (\zeta \lesssim 4M) show remarkable agreement with independent EHT limits for M87* and Sgr A*, validating our theoretical framework through multiple observational channels. These results establish QPO frequency analysis as a probe for detecting quantum gravitational effects in astrophysical BHs and demonstrate the complementary nature of timing and imaging observations in constraining fundamental physics. | 本研究では、無次元パラメータ\zetaを通して量子重力効果を取り入れつつ一般共変性を保つ、2つの量子補正BH時空におけるQPOを検証する。 周転円周波数の解析的導出とBHL降着の包括的な数値シミュレーションを組み合わせることで、観測可能な天体物理学的現象において量子補正がどのように現れるかを探る。 恒星質量X線連星の代表であるM=10M_\odotのBH質量基準を用いて、2つのモデルが根本的に異なる挙動を示すことを示す。 モデルIは時間的および動径方向の計量成分の両方を変化させ、\zeta^4に比例する最内周の安定円軌道移動と、量子補正が強まるにつれて27Mから5Mへのよどみ点の劇的な変化をもたらす。 モデルIIは古典的な時間的成分を維持しながら空間的形状のみを変更し、パラメータ範囲全体にわたって一定のよどみ点と安定した空洞構造を維持する。 我々の数値シミュレーションは、明確なQPO生成メカニズムを明らかにした。 モデルIは、\zeta \geq 3Mで振動を抑制する系統的な周波数変化と空洞収縮を示し、一方モデルIIは\zeta \geq 5Mまで安定した低周波数モードを維持する。 パワースペクトル密度解析は、X線連星の観測結果と一致する特徴的な周波数比（3:2、2:1、5:3）を示し、量子補正シナリオを区別するための具体的なターゲットを提供する。 流体力学的に導出された制約（\zeta \lesssim 4M）は、M87*とSgr A*の独立したEHT制限と顕著に一致し、複数の観測チャネルを通じて我々の理論的枠組みを検証した。 これらの結果は、QPO周波数解析が天体BHにおける量子重力効果を検出するためのプローブとして確立し、基礎物理学の制約におけるタイミング観測とイメージング観測の相補的な性質を実証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We carry out the first computation of gravitational quasinormal modes of black holes with arbitrary rotation in a theory with higher-derivative corrections. Our analysis focuses on a recently identified quartic-curvature theory that preserves the isospectrality of quasinormal modes in the eikonal limit and that is connected to string theory. We find a master equation that governs large-momentum gravitational perturbations in this theory. By solving this equation with WKB methods, we provide complete results for the corrections to the Kerr quasinormal mode frequencies for arbitrary spin and arbitrary $\mu=m/(\ell+1/2)$, where $\ell$ and $m$ are the harmonic numbers. Our results show that the corrections become orders of magnitude larger when the spin is close to extremality, with the modes close to the critical value of $\mu$ that separates damped and zero-damped modes being particularly sensitive. We also perform a geometric-optics analysis of gravitational-wave propagation around black holes and relate the equatorial ``graviton-sphere'' orbits to quasinormal mode frequencies with $\ell=m$. We find that the usual correspondence between the Lyapunov exponent of those orbits and the imaginary part of the frequency is modified. | 高階微分補正を考慮した理論を用いて、任意回転のブラックホールの重力準正規モードを初めて計算する。 解析は、アイコナール極限において準正規モードの等スペクトル性を保ち、弦理論にも関連する、最近同定された4次曲率理論に焦点を当てる。 この理論における大運動量重力摂動を支配するマスター方程式を見出す。 この方程式をWKB法で解くことで、任意のスピンおよび任意の$\mu=m/(\ell+1/2)$（$\ell$および$m$は調和数）に対するカー準正規モード周波数の補正に関する完全な結果を提供する。 結果は、スピンが極限値に近い場合、補正が桁違いに大きくなり、減衰モードとゼロ減衰モードを分ける臨界値$\mu$に近いモードが特に敏感であることを示している。 また、ブラックホール周囲の重力波伝播の幾何光学的解析を行い、赤道上の「重力子球」軌道を$\ell=m$の準基準モード周波数と関連付ける。 これらの軌道のリアプノフ指数と周波数の虚数部との間の通常の対応関係が修正されることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The 21-cm forest, composed of spectral absorption features from high-redshift background radio sources, provides a unique probe for studying small-scale structures during the epoch of reionization. It is particularly sensitive to detecting small-scale structures and early heating processes. Despite the rich information contained in the 21-cm forest signal, the complexity of directly modeling the signal has led to a lack of effective analytical models. However, the one-dimensional (1D) power spectrum of the 21-cm forest contains valuable information about the matter power spectrum, making analytical modeling feasible. This work employs an analytical modeling approach based on the halo model, which links the distribution of matter to dark matter halos, allowing for effective predictions of cosmic structure formation and its impact on the 21-cm signal. By considering various parameter scenarios within the halo model framework, particularly different dark matter particle masses and varying levels of cosmic heating, we can capture the complexities of small-scale structures and make the 1D power spectrum modeling applicable across a wide range of parameters. This method not only enhances our understanding of the 21-cm forest signal but also provides theoretical support for future observational data. Observing the 21-cm forest with large radio telescopes, such as the Square Kilometre Array, is anticipated to enable simultaneous exploration of dark matter properties and the heating history of the early universe. | 高赤方偏移背景電波源からのスペクトル吸収特性で構成される21cmフォレストは、再電離期の小規模構造を研究するための独自のプローブを提供します。 特に、小規模構造と初期の加熱過程の検出に敏感です。 21cmフォレスト信号には豊富な情報が含まれていますが、信号を直接モデル化することの複雑さのために、効果的な解析モデルが不足しています。 しかし、21cmフォレストの1次元（1D）パワースペクトルには、物質パワースペクトルに関する貴重な情報が含まれており、解析モデリングが可能です。 本研究では、物質の分布と暗黒物質ハローを結び付けるハローモデルに基づく解析モデリング手法を採用し、宇宙構造の形成とそれが21cm信号に与える影響を効果的に予測します。 ハローモデルの枠組みの中で、様々なパラメータシナリオ、特に異なる暗黒物質粒子の質量と宇宙の加熱レベルを考慮することで、小規模構造の複雑さを捉え、1次元パワースペクトルモデリングを幅広いパラメータに適用できるようになります。 この手法は、21cmフォレスト信号への理解を深めるだけでなく、将来の観測データに対する理論的裏付けも提供します。 スクエア・キロメートル・アレイのような大型電波望遠鏡で21cmフォレストを観測することで、暗黒物質の特性と初期宇宙の加熱史を同時に探査できるようになると期待されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The properties of a remnant black hole can be probed by analyzing the gravitational waves emitted during its ringdown phase. This signal provides a direct test of general relativity in the strong-field regime. In this study, we apply a time-domain F-statistic framework to the ringdown of GW231028_153006 and find decisive evidence for the presence of the first overtone mode in the signal. The detection of the $\ell|m|n=221$ mode is statistically significant, achieving a Bayes factor of $193$ for an analysis beginning at $10\,M$ after the signal's peak amplitude--a time consistent with the linear perturbation regime. The inclusion of both the fundamental and overtone modes in our model allows for precise constraints on the remnant's properties. We infer a redshifted final mass of $243.0^{+22.7}_{-22.7}\,M_{\odot}$ and a final spin of $0.80_{-0.11}^{+0.07}$ (at $90\%$ credibility), derived from a ringdown signal with a network signal-to-noise ratio of approximately $10.5$. A test of the no-hair theorem, enabled by this two-mode detection, shows consistency with the predictions of general relativity. | 残骸ブラックホールの特性は、リングダウン期に放出される重力波を解析することで調べることができます。 この信号は、強磁場領域における一般相対論の直接的な検証を提供します。 本研究では、時間領域F統計量の枠組みをGW231028_153006のリングダウンに適用し、信号に第一倍音モードが存在する決定的な証拠を見出します。 $\ell|m|n=221$モードの検出は統計的に有意であり、信号のピーク振幅から10M後、つまり線形摂動領域と一致する時点から解析を開始した場合、ベイズ係数は193に達します。 本モデルに基本モードと倍音モードの両方を含めることで、残骸の特性に対する正確な制約が可能になります。 リングダウン信号（ネットワーク信号対雑音比約10.5）から得られた結果から、赤方偏移した最終質量は$243.0^{+22.7}_{-22.7}\,M_{\odot}$、最終スピンは$0.80_{-0.11}^{+0.07}$（信頼度90%）と推定した。 この2モード検出によって可能になった無毛定理の検証は、一般相対性理論の予測と整合している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We establish an exact correspondence between tree-level cosmological correlators with unparticle exchange (at integer scaling dimensions) and banana diagrams of conformally coupled scalars. This duality enables us to systematically solve the governing differential equations through the application of shift relations and de Sitter bootstrap techniques. Furthermore, we adapt a dimensional regularization scheme to cosmological correlators, demonstrating how renormalization conditions uniquely fix the regularization prescription. Our results provide new insights into the analytic structure of higher-order loop corrections to inflationary correlation functions. | 我々は、非粒子交換を伴うツリーレベルの宇宙論的相関関数（整数スケーリング次元）と共形結合スカラーのバナナダイアグラムとの間の正確な対応を確立した。 この双対性により、シフト関係とド・ジッター・ブートストラップ法を適用することで、支配的な微分方程式を系統的に解くことが可能になる。 さらに、我々は次元正則化スキームを宇宙論的相関関数に適用し、繰り込み条件がどのようにして正則化の規定を一意に決定するかを示した。 我々の結果は、インフレーション相関関数に対する高次ループ補正の解析的構造に関する新たな知見を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Hawking-Penrose (1970) singularity theorem weakens the causality assumption of global hyperbolicity used in the Penrose (1965) singularity theorem, at the expense of invoking the stronger timelike (instead of null) convergence condition (TCC). We analyze the TCC for a large class of dynamical spherically symmetric spacetimes, and show that it decomposes into three independent conditions on the Misner-Sharp mass function. For stationary black holes only two of these are non-trivial. One of these conditions is already implied by the null convergence condition (NCC), whereas the other one depends explicitly on the TCC and constrains the sign of the second derivative of the mass function. We show that generic asymptotically flat regular black holes with a smooth de Sitter core locally violate this new TCC-induced condition near the core, even if they globally satisfy the other condition imposed by the NCC. Therefore, it is the violation of the TCC which ensures that regular de Sitter core black holes circumvent the Hawking-Penrose theorem. By contrast, we show that asymptotically flat regular black holes with an anti-de Sitter core locally satisfy the new TCC-induced condition near the core, but necessarily violate it at some finite distance away from it. As concrete examples for both types of spacetimes, we consider TCC violations in the Bardeen black-hole spacetime with a de Sitter core, and in a modified Bardeen black-hole spacetime with an anti-de Sitter core. | ホーキング-ペンローズ（1970）の特異点定理は、ペンローズ（1965）の特異点定理で用いられた大域双曲性の因果性仮定を弱めるが、その代償として、より強い（ヌル収束条件ではなく）時間的収束条件（TCC）を適用する。 我々は、球対称力学的時空の広い範囲についてTCCを解析し、それがミスナー-シャープ質量関数に関する3つの独立した条件に分解されることを示す。 定常ブラックホールの場合、これらの条件のうち非自明なのは2つだけである。 これらの条件のうち1つはヌル収束条件（NCC）によって既に示唆されているが、もう1つはTCCに明示的に依存し、質量関数の2階微分の符号を制約する。 滑らかなド・ジッター核を持つ一般的な漸近平坦な正則ブラックホールは、たとえNCCによって課される他の条件を全体的に満たしていても、核近傍では局所的にこの新しいTCC誘起条件を破ることを示す。 したがって、TCCの破れこそが、正則ド・ジッター核ブラックホールがホーキング・ペンローズ定理を回避することを保証する。 対照的に、反ド・ジッター核を持つ漸近平坦な正則ブラックホールは、核近傍では局所的に新しいTCC誘起条件を満たすが、核から有限の距離離れたところでは必然的にこの条件を破ることを示す。 両タイプの時空の具体的な例として、ド・ジッター核を持つバーディーンブラックホール時空と、反ド・ジッター核を持つ修正バーディーンブラックホール時空におけるTCCの破れを考える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We emulate the Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) equations, including tidal deformability, for neutron stars using a new method based upon the Dynamic Mode Decomposition (DMD). This method, which we call Star Log-extended eMulation (SLM), utilizes the underlying logarithmic behavior of the differential equations to enable accurate emulation of the nonlinear system. We show predictions for well-known equations of state (EOSs) with fixed parameters using the SLM, accurately recreating high-fidelity results while achieving a computational speed-up of $\approx 2.4 \times 10^4$. We test our parametric SLM method for a two-parameter quarkyonic EOS against high-fidelity RK4 TOV calculations and find a computational speedup of $\approx 7.0 \times 10^4$. Hence, SLM is an efficient emulator for the numerous TOV evaluations required by multi-messenger astrophysical frameworks that infer constraints on the EOS. The ability of the SLM algorithm to learn a mapping between parameters of the EOS and subsequent neutron star properties also opens up potential extensions for assisting in computationally prohibitive uncertainty quantification (UQ) for any type of EOS. The source code for the methods employed in this work is openly available in a public GitHub repository for community modification and use. | 我々は、動的モード分解（DMD）に基づく新しい手法を用いて、中性子星のトルマン・オッペンハイマー・フォルコフ（TOV）方程式（潮汐変形を含む）をエミュレートする。 Star Log-extended eMulation（SLM）と呼ぶこの手法は、微分方程式の根底にある対数的挙動を利用して、非線形システムの正確なエミュレーションを可能にする。 我々は、SLMを用いて、固定パラメータを持つ既知の状態方程式（EOS）の予測値を示し、高精度な結果を正確に再現するとともに、計算速度を約2.4倍（10^4倍）向上させた。 我々は、2パラメータクォーキオン状態方程式に対するパラメトリックSLM法を、高精度RK4 TOV計算と比較検証し、計算速度を約7.0倍（10^4倍）向上させることを見出した。 したがって、SLMは、EOSに対する制約を推論するマルチメッセンジャー天体物理学フレームワークに必要な多数のTOV評価のための効率的なエミュレーターです。 SLMアルゴリズムは、EOSのパラメータとそれに続く中性子星特性との間のマッピングを学習できるため、あらゆる種類のEOSに対する計算量的に法外な不確実性定量化（UQ）を支援するための潜在的な拡張性も開きます。 本研究で採用された手法のソースコードは、コミュニティによる改変および使用のために、GitHubの公開リポジトリで公開されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider the motion of a particle in the geometry of a Schwarzschild-like black hole embedded in a dark matter (DM) halo with Dehnen type density profile and calculate the orbital periods along with the evolution of the semi-latus rectum and eccentricity for extreme mass ratio inspirals (EMRIs). Such a system emits gravitational waves (GWs), and the particle's orbit evolves under radiation reaction. We also consider the effects of dynamical friction and accretion of DM on the orbital parameters. We find that the eccentricity and semi-latus rectum decrease faster with respect to the case in which EMRI is in empty spacetime. | 我々は、デーネン型の密度プロファイルを持つ暗黒物質（DM）ハローに埋め込まれたシュワルツシルト型ブラックホールの幾何学における粒子の運動を考察し、極限質量比インスパイラル（EMRI）の軌道周期、および半ラタス・レクタムと離心率の発展を計算する。 このような系は重力波（GW）を放射し、粒子の軌道は放射反応を受けて発展する。 また、動的摩擦とDMの降着が軌道パラメータに及ぼす効果も考察する。 EMRIが空の時空にある場合と比較して、離心率と半ラタス・レクタムはより速く減少することが分かった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This work digs into the connection between gravity and thermodynamics of stretched light cones (SLC). They are associated with uniformly accelerating observers, who endow the SLC with a physical notion of temperature via the Unruh effect. We compute the expansion, shear, and vorticity of the SLC to fully study its dynamics and account for the possibility of previously predicted non-equilibrium entropy production. For consistency, we prove the equivalence of the two different geometrical methods available for studying the SLCs' properties. Then, we apply the energy balance and use Clausius' relation to relate the geometrical properties of the SLC with energy fluxes crossing its surface, showing that it encodes the equations governing the gravitational dynamics. We show here how this analysis can be fully carried in terms of equilibrium thermodynamics due to the vanishing of shear, and how one can identify a work term related to the acceleration of the observer. | 本研究では、引張られた光円錐（SLC）の重力と熱力学の関係を詳細に調べる。 SLCは均一に加速する観測者と関連しており、観測者はウンルー効果によってSLCに温度という物理的な概念を与える。 SLCの膨張、せん断、渦度を計算し、そのダイナミクスを詳細に研究し、これまで予測されていた非平衡エントロピー生成の可能性を考慮した。 一貫性を保つために、SLCの特性を研究するために利用可能な2つの異なる幾何学的手法の同等性を証明した。 次に、エネルギーバランスを適用し、クラウジウスの関係を用いてSLCの幾何学的特性とその表面を横切るエネルギー流束を関連付け、それが重力ダイナミクスを支配する方程式をコード化していることを示す。 ここでは、せん断の消失による平衡熱力学の観点からこの解析をどのように完全に実行できるか、また、観測者の加速に関連する仕事項をどのように特定できるかを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this paper, we study the scalarization of the entire Bardeen spacetime which is constructed from a nonlinear magnetic monopole. We find that once the scalarization coupling parameter exceeds the scalarized threshold $a_t$, a scalarized Bardeen spacetime (SBS) solution exists for any magnetic charge $q$. However, the nature of the scalarization depends on the magnetic charge $q$. For $q$ less than a critical vaule $q_c$, when $a$ exceeds $a_t$, the scalar field emerges. As $a$ approaches $a_t$ from above (i.e., $a\to a_t^+$), the scalar field vanishes and the metric is reduced to a pure Bardeen spacetime. This behavior indicates that the solution exhibits the general ``spontaneous" scalarization phenomenon. Conversely, for $q \geq q_c$, in the limit $a \to a_t^+$, the scalar field is non-vanishing and the SBS approaches a ``frozen" SBS. Considering the importance of photon orbits in astronomical observations, we analyze the trajectories of photons around SBSs by analyzing null geodesics. | 本論文では、非線形磁気単極子から構成されるバーディーン時空全体のスカラー化を考察する。 スカラー化結合パラメータがスカラー化閾値$a_t$を超えると、任意の磁荷$q$に対してスカラー化バーディーン時空（SBS）解が存在することを明らかにした。 しかし、スカラー化の性質は磁荷$q$に依存する。 臨界値$q_c$未満の$q$において、$a$が$a_t$を超えると、スカラー場が出現する。 $a$が上から$a_t$に近づくにつれて（すなわち、$a\to a_t^+$）、スカラー場は消滅し、計量は純粋なバーディーン時空に縮減される。 この挙動は、解が一般的な「自発的」スカラー化現象を示すことを示している。 逆に、$q \geq q_c$ の場合には、極限 $a \to a_t^+$ においてスカラー場はゼロではなく、SBS は「凍結」SBS に近づく。 天文観測における光子軌道の重要性を考慮し、ヌル測地線を解析することにより、SBS 周辺の光子の軌道を解析する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Wheeler - DeWitt geometrodynamics, as the first attempt to develop a quantum theory of gravity, faces certain challenges, including the problem of time and the interpretation of the wave function. In this paper, we present the extended phase space approach to quantization of gravity as an alternative approach to the Wheeler - DeWitt quantum geometrodynamics. For a spacetime with a nontrivial topology, the Wheeler - DeWitt equation loses its sense, but we can derive the Schr\"odinger equation. Until now the Schr\"odinger equation was derived for systems with a finite number of degrees of freedom, and we need to generalize the procedure for field models. The simplest field model is a spherically symmetric one. We derive the integro-differential Schr\"odinger equation for this model, examine its structure, and find its solution. | 量子重力理論を構築する最初の試みであるWheeler-DeWittジオメトロダイナミクスは、時間の問題や波動関数の解釈など、いくつかの課題に直面している。 本稿では、Wheeler-DeWitt量子ジオメトロダイナミクスに代わるアプローチとして、重力の量子化に対する拡張位相空間アプローチを提示する。 非自明な位相を持つ時空では、Wheeler-DeWitt方程式は意味を失うが、シュレーディンガー方程式を導くことができる。 これまでシュレーディンガー方程式は有限個の自由度を持つ系に対して導かれてきたため、この手順を場のモデルに一般化する必要がある。 最も単純な場のモデルは球対称モデルである。 このモデルに対して積分微分シュレーディンガー方程式を導き、その構造を調べ、解を求める。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this note, we transform the linear order (at order $G$) metric from a system of pointlike bodies source in the post-Minkowskian expansion to the Bondi coordinates. We show that the Bondi 4-momentum and angular momentum coincide with the relativistic definitions of 4-momentum and angular momentum for the system of pointlike bodies. The angular momentum computed at the null infinity is free of supertranslation ambiguity. | 本稿では、ポストミンコフスキー展開における点状体系から得られる線形順序（$G$ 順序）計量をボンディ座標系に変換する。 ボンディの 4 元運動量と角運動量は、点状体系における 4 元運動量と角運動量の相対論的定義と一致することを示す。 ヌル無限大で計算された角運動量は、超平行移動の曖昧性がない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We solve the Dirac equation for a massive charged fermion in the near-extremal charged Nariai black hole with the near-horizon geometry $\mathrm{dS}_2 \times \mathrm{S}^2$. At the one-loop level, contrary to the catastrophic emission of charged spinless bosons in [C.-M. Chen \textit{et al.}, Phys. Rev. D 110, 085020 (2024)], we show that the emission of fermions in a narrow time-like inner region between the cosmological horizon and black hole horizon saturates the bound from the Pauli blocking and does not give an amplification (quantum superradiance). Using the reciprocal relation, we find the Schwinger emission of fermions from $\mathrm{AdS}_2 \times \mathrm{S}^2$, and compare the Schwinger emission of fermions and bosons from near-extremal Nariai black holes. | 近傍地平線幾何学$\mathrm{dS}_2 \times \mathrm{S}^2$を持つ、近傍極限荷電ナリアイブラックホールにおける質量を持つ荷電フェルミオンに対するディラック方程式を解く。 1ループレベルでは、[C.-M. Chen \textit{et al.}, Phys. Rev. D 110, 085020 (2024)]における荷電スピンレスボソンのカタストロフィック放出とは対照的に、宇宙の地平線とブラックホールの地平線の間の狭い時間的内部領域におけるフェルミオンの放出はパウリブロッキングによる境界を飽和させ、増幅（量子超放射）を与えないことを示す。 逆数関係を用いて、$\mathrm{AdS}_2 \times \mathrm{S}^2$ からのフェルミオンのシュウィンガー放出を求め、近極限状態のナリアイブラックホールからのフェルミオンとボソンのシュウィンガー放出を比較します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The semi-review paper studies the null geodesics which appear for black hole solutions in the gravitational $4d$ model with anisotropic fluid. The equations of state for the fluid and solutions itselves depend upon integer parameter $q = 1, 2, ...$: $p_r = -\rho c^2 (2q-1)^{-1}, \quad p_t = - p_r$, where $\rho$ is the mass density, $c$ is speed of light, $p_r$ and $p_t$ are pressures in radial and transverse to radial directions, respectively. The circular null geodesics are explored and the master equation for radius $r_*$ of photon sphere is outlined as well as the proposition on existence and uniqueness of the solution to master equation obeying $r_* > r_h$, where $r_h$ is horizon radius. The relations for spectrum of quasinormal modes for a test massless scalar field in the eikonal approximation are overviewed and compared with cyclic frequencies of circular null geodesics. The shadow angles are explored. | この準レビュー論文は、異方性流体を含む重力$4d$モデルにおけるブラックホール解に現れるヌル測地線について研究する。 流体と解自体の状態方程式は、整数パラメータ$q=1, 2, ...$に依存する：$p_r = -\rho c^2 (2q-1)^{-1}, \quad p_t = - p_r$。 ここで、$\rho$は質量密度、$c$は光速、$p_r$と$p_t$はそれぞれ半径方向と半径に直交する方向の圧力である。 円形のヌル測地線について考察し、光子球の半径$r_*$に対するマスター方程式の概要を示すとともに、マスター方程式の解が$r_* > r_h$（ここで$r_h$は地平線半径）を満たす存在と一意性に関する命題を示す。 アイコナール近似におけるテスト質量ゼロスカラー場の準正規モードのスペクトルの関係を概観し、円形ヌル測地線の周期周波数と比較する。 影の角度についても考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Gravitational waves offer a key insight into the viability of classes of gravitational theories beyond general relativity. The observational constraints on their speed of propagation can provide strong constraints on generalized classes of broader gravitational frameworks. In this work, we reconsider the general class of Gauss-Bonnet theories in the context of teleparallel gravity, where the background geometry is expressed through torsion. We perform tensor perturbations on a flat FLRW background, and derive the gravitational wave propagation equation. We find that gravitational waves propagate at the speed of light in these classes of theories. We also derive the distance-duality relationship for radiation propagating in the gravitational wave and electromagnetic domains. | 重力波は、一般相対論を超える重力理論のクラスの実現可能性について重要な洞察を提供する。 その伝播速度に対する観測的制限は、より広範な重力枠組みの一般化されたクラスに対して強力な制限を与えることができる。 本研究では、背景幾何学がねじれによって表現されるテレパラレル重力の文脈において、ガウス・ボネ理論の一般クラスを再考する。 平坦なFLRW背景にテンソル摂動を施し、重力波伝播方程式を導出する。 これらの理論クラスでは、重力波は光速で伝播することがわかる。 また、重力波領域と電磁領域を伝播する放射の距離と双対性の関係も導出する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| I demonstrate that soft graviton modes in de Sitter spacetimes are the Goldstone modes of the spontaneously broken asymptotic symmetry group of de Sitter space. I then show that any local measurement, including the effects of the environment, will collapse the symmetric state onto the broken state in the large volume limit. In any discussion involving observers, de Sitter spacetimes are, therefore, best described globally by the broken phase, while local observers, in the small volume limit, can not discriminate between different degenerate global vacuum states and are therefore best described by the symmetric state. As a consequence, a small Hubble-sized local region initially in the symmetric state will, after a time scale corresponding to the Page time of de Sitter space, have expanded to a large region in the broken state. This illuminates the physical nature of soft graviton modes in de Sitter spacetimes. | ド・ジッター時空におけるソフト重力子モードは、ド・ジッター空間の自発的に破れた漸近対称群のゴールドストーンモードであることを示す。 次に、環境効果を含むあらゆる局所測定は、大体積極限において対称状態を破れた状態へと崩壊させることを示す。 したがって、観測者を巻き込んだあらゆる議論において、ド・ジッター時空は破れた位相によって大域的に最もよく記述されるが、小体積極限においては局所観測者は異なる縮退した大域的真空状態を区別することができないため、対称状態によって最もよく記述される。 結果として、最初は対称状態にあったハッブル宇宙望遠鏡サイズの小さな局所領域は、ド・ジッター空間のページ時間に対応する時間スケールの後、破れた状態の大きな領域へと拡大する。 これは、ド・ジッター時空におけるソフト重力子モードの物理的性質を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Classical black hole spacetimes can be recovered from the classical limit of quantum scattering amplitudes in a low-energy effective field theory of gravity. In this work we compute, at first post-Minkowskian and dipole order, the metric and the electromagnetic potential for charged and rotating black holes in general spacetime dimensions from amplitudes describing the emission of either a graviton or a photon from a massive and charged Dirac fermion field up to one loop. In addition, we introduce a Pauli non-minimal coupling, to parametrize the black hole's gyromagnetic factor $\mathfrak{g}$. We are able to reproduce the Kerr-Newman solution in four dimensions, as well as the Chong-Cveti\v{c}-L\"u-Pope solution, from five-dimensional supergravity, which includes a Chern-Simons interaction. Crucially, we show that for a charged Myers-Perry like black hole in $d+1$ spacetime dimensions, its gyromagnetic factor is equal to $\mathfrak{g}=(d-1)/(d-2)$. Hence, only in $3+1$ dimensions minimal coupling is sufficient to describe black holes from scattering amplitudes. | 古典ブラックホール時空は、低エネルギー有効重力場理論における量子散乱振幅の古典極限から復元できる。 本研究では、まずポストミンコフスキー秩序および双極子秩序において、一般時空次元における荷電ブラックホールおよび回転ブラックホールの計量と電磁ポテンシャルを、質量を持つ荷電ディラック電子場から1周分までの重力子または光子の放出を記述する振幅から計算する。 さらに、ブラックホールの磁気回転因子$\mathfrak{g}$をパラメータ化するために、パウリ非最小結合を導入する。 我々は、チャーン・サイモンズ相互作用を含む5次元超重力理論から、4次元のカー・ニューマン解とチョン・クヴェティ-c-L-u-ポープ解を再現することができた。 特に重要なのは、$d+1$次元時空における荷電マイヤーズ・ペリー型ブラックホールの場合、その磁気回転因子が$\mathfrak{g}=(d-1)/(d-2)$に等しいことを示すことである。 したがって、$3+1$次元においてのみ、最小結合で散乱振幅からブラックホールを記述できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We examine the red-shift emission from special orbits (horizons replicas) where photons have the same angular velocity, in magnitude, as those of the Kerr black hole (BH) Killing horizons. We focus on two particular contexts of special significance for their observational implications. A set of these orbits is located in the BH photons shell. Therefore the analysis also connects the red-shifting or blue-shifting from replicas (defined through the BH light surfaces) to the BH shadow boundaries. We then concentrate on the equatorial, general relativistic, axially symmetric accretion disks, orbiting around the central attractor. In the analysis we adopted in particular the Polish doughnut models of geometrically thick toroids, to investigate the signals frequency-shifting from the horizons replica as related to the disks surface, inner edge and accretion flows. The findings map the red-shifting and blue-shifting regions of the signals in dependence to the photons impact parameter, view-angle, angular velocity of the emitter and BH spin. Co-rotating and counter-rotating replica could be identified through the red-shifting or blue-shifting of the emitted signals from the mapped regions. | 我々は、光子がカーブラックホール（BH）キリング地平線の角速度と同じ大きさの角速度を持つ特殊な軌道（地平線レプリカ）からの赤方偏移放射を調べる。 観測的意味合いにおいて特に重要な2つの状況に焦点を当てる。 これらの軌道のいくつかは、BH光子殻内に位置する。 したがって、解析では、レプリカ（BH光面によって定義される）からの赤方偏移または青方偏移をBH影境界にも関連付ける。 次に、中心アトラクターの周りを周回する赤道上の一般相対論的軸対称降着円盤に焦点を当てる。 解析では、特に幾何学的に厚いトロイドのポーランドドーナツモデルを採用し、地平線レプリカからの信号周波数シフトを、円盤表面、内縁、および降着流と関連付けて調査する。 この研究成果は、光子の衝突パラメータ、視野角、エミッターの角速度、およびBHスピンに依存した、信号の赤方偏移領域と青方偏移領域をマッピングするものです。 マッピングされた領域から放出される信号の赤方偏移または青方偏移によって、共回転レプリカと逆回転レプリカを識別できます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Recent work has demonstrated that coupling constants in a given action can be promoted to the role of conserved charges. This is achieved by introducing pairs of field variables constructed from combinations of scalar and gauge fields. This framework naturally suggests that the gravitational constant itself can be interpreted as a conserved charge, arising from an associated gauge symmetry. In a modified four-dimensional Einstein-Hilbert action, we explicitly show that the gravitational constant, in addition to the mass and the cosmological constant, emerges as a conserved charge. Our derivation, which employs the quasi-local off-shell ADT formalism, yields a result that is fully consistent with the extended thermodynamic first law and the Smarr formula. | 最近の研究では、与えられた作用における結合定数を保存電荷の役割に昇格できることが実証されている。 これは、スカラー場とゲージ場の組み合わせから構成される場の変数の対を導入することによって達成される。 この枠組みは、重力定数自体が、関連するゲージ対称性から生じる保存電荷として解釈できることを自然に示唆している。 修正された4次元アインシュタイン-ヒルベルト作用において、我々は重力定数が、質量と宇宙定数に加えて、保存電荷として現れることを明示的に示す。 準局所オフシェルADT形式を用いた我々の導出は、拡張された熱力学第一法則およびSmarr公式と完全に整合する結果をもたらす。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work, we present a comprehensive and systematic study of the statistical complexity, originally introduced by L\'opez-Ruiz, Mancini, and Calbet [Phys. Lett. A 209, 321-326 (1995)], across a broad range of compact star models. We explore how complexity correlates not only with macroscopic observables such as mass and radius, but also with the microscopic characteristics of the underlying equation of state. By incorporating both realistic equations of state and analytical solutions to Einstein's field equations, we demonstrate that gravitational mass plays a dominant role in determining the behavior of complexity. Furthermore, we show that strong phase transitions within the stellar interior, such as those hypothesized in hybrid stars, can manifest as distinct features in the complexity profile, offering a potential informational signature of such transitions. This work offers new insights into the link between information theory and compact object physics, highlighting complexity's potential as a diagnostic tool in astrophysics. | 本研究では、L\'opez-Ruiz、Mancini、Calbet [Phys. Lett. A 209, 321-326 (1995)] によって初めて導入された統計的複雑性について、幅広いコンパクト星モデルを対象に包括的かつ体系的に研究する。 複雑性が、質量や半径といった巨視的観測量だけでなく、基礎となる状態方程式の微視的特性ともどのように相関するかを考察する。 現実的な状態方程式とアインシュタインの場の方程式の解析解の両方を組み込むことで、重力質量が複雑性の振る舞いを決定する上で支配的な役割を果たしていることを示す。 さらに、混成星で想定されているような恒星内部における強い相転移が、複雑性プロファイルにおいて明確な特徴として現れ、そのような転移の潜在的な情報的シグネチャーとなることを示す。 この研究は、情報理論とコンパクトオブジェクト物理学の関連性について新たな知見を提供し、複雑性が天体物理学における診断ツールとしての可能性を浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this article, we explore the R\'enyi law constraints on black hole merger in Gau{\ss}-Bonnet (GB) gravity. Specifically, we consider the case of static solutions in five-dimensional (5D) Anti-de-Sitter (AdS) spacetime and study the constraints on merger of two equal mass black holes. We calculate the general R\'enyi entropy expression and utilize it to study the bounds on the final black hole mass post-merger. We study its variation with the R\'enyi parameter. We also compare the results with those for black holes in General Relativity (GR). We find that the GB term has a significant impact on the bounds for black hole merger. The bounds for GB gravity become weaker for the zeroth order R\'enyi entropy and stronger for higher order R\'enyi entropies in comparison to GR. | 本稿では、ガウ-ボネ（GB）重力理論におけるブラックホール合体に対するレーニイ則の制約条件を考察する。 具体的には、5次元（5D）反ド・シッター（AdS）時空における静的解の場合を考察し、2つの等質量ブラックホールの合体に対する制約条件を調べる。 一般的なレーニイエントロピー表現を計算し、それを用いて合体後のブラックホールの最終質量の上限を調べる。 また、レーニイパラメータによる変化を調べる。 また、結果を一般相対論（GR）におけるブラックホールの結果と比較する。 GB項がブラックホール合体の上限に大きな影響を与えることがわかる。 一般相対論と比較して、GB重力の上限は0次のレーニイエントロピーでは弱くなり、高次のレーニイエントロピーでは強くなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Strong gravitational lensing can produce copies of gravitational-wave signals from the same source with the same waveform morphologies but different amplitudes and arrival times. Some of these strongly-lensed gravitational-wave signals can be demagnified and become subthreshold. We present TESLA-X, an enhanced approach to the original GstLAL-based TargetEd Subthreshold Lensing seArch (TESLA) method, for improving the detection efficiency of these potential subthreshold lensed signals. TESLA-X utilizes lensed injections to generate a targeted population model and a targeted template bank. We compare the performance of a full template bank search, TESLA, and TESLA-X methods via a simulation campaign, and demonstrate the performance of TESLA-X in recovering lensed injections, particularly targeting a mock event. Our results show that the TESLA-X method achieves a maximum of $\sim 10\%$ higher search sensitivity compared to the TESLA method within the subthreshold regime, presenting a step towards detecting the first lensed gravitational wave. TESLA-X will be employed for the LIGO-Virgo-KAGRA's collaboration-wide analysis to search for lensing signatures in the fourth observing run. | 強い重力レンズ効果は、同じ発生源から同じ波形形態を持ちながら振幅と到達時刻が異なる重力波信号のコピーを生成する可能性があります。 これらの強いレンズ効果を受けた重力波信号の一部は、縮小されてサブスレッショルド信号となる可能性があります。 本研究では、これらの潜在的なサブスレッショルドレンズ信号の検出効率を向上させるために、従来のGstLALベースのTargetEd Subthreshold Lensing seArch (TESLA)法を改良したTESLA-X法を紹介します。 TESLA-Xは、レンズ注入を利用して、標的集団モデルと標的テンプレートバンクを生成します。 本研究では、シミュレーションキャンペーンを通じて、完全なテンプレートバンク検索、TESLA、およびTESLA-X法の性能を比較し、特に模擬イベントを標的としたレンズ注入の回復におけるTESLA-Xの性能を示します。 我々の結果は、TESLA-X法がサブスレッショルド領域においてTESLA法と比較して最大$\sim 10\%$高い探索感度を達成することを示しており、これは最初の重力レンズ波の検出に向けた一歩となる。 TESLA-Xは、LIGO-Virgo-KAGRAの協力体制全体にわたる解析において、第4回観測ランにおける重力レンズ効果のシグネチャー探索に用いられる予定である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| GW231123 exhibits exceedingly massive components and high spins, which challenges the formation of first-generation (1G) black holes from stellar collapse and implies that this event might originate from hierarchical mergers. Here we show that the \texttt{2G+2G} merger scenario for GW231123 is favored over a \texttt{2G+1G} (or \texttt{3G+2G}) merger, with odds ratios of $>$$\mathcal{O}(10^3)$. The primary (secondary) black hole is consistent with merging binary black holes with masses of $75^{+7}_{-7}\,M_\odot$ and $66^{+4}_{-10}\,M_\odot$ ($64^{+8}_{-10}\,M_\odot$ and $59^{+7}_{-9}\,M_\odot$; 90\% credible intervals), respectively. Our results reveal that the treatment of spin priors from the population level and waveform model choice are decisive in interpreting potential hierarchical gravitational-wave signals. | GW231123は非常に質量の大きい成分と高いスピンを示しており、これは恒星の崩壊による第一世代（1G）ブラックホールの形成を困難にし、この事象が階層的な合体から発生する可能性があることを示唆しています。 本稿では、GW231123の\texttt{2G+2G}合体シナリオが\texttt{2G+1G}（または\texttt{3G+2G}）合体よりも有利であり、オッズ比は$>$$\mathcal{O}(10^3)$であることを示します。 主（二次）ブラックホールは、それぞれ質量が$75^{+7}_{-7}\,M_\odot$と$66^{+4}_{-10}\,M_\odot$（$64^{+8}_{-10}\,M_\odot$と$59^{+7}_{-9}\,M_\odot$；90%信頼区間）の合体中の連星ブラックホールと整合している。 我々の結果は、集団レベルからのスピン事前分布の扱いと波形モデルの選択が、潜在的な階層的重力波信号の解釈において決定的に重要であることを明らかにした。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Hamiltonian description of classical gauge theories is a well studied subject. The two best known approaches, namely the covariant and canonical Hamiltonian formalisms have received a lot of attention in the literature. However, in our opinion, a full understanding of the relation between them is not available, specially for gauge theories that are defined over regions with boundaries. Here we consider this issue, for spacetimes with isolated horizons as inner boundaries (representing black holes in equilibrium), and assess whether their corresponding descriptions can be seen as equivalent. First, we shall review and reanalyze both formalisms from anew, focusing on some subtleties not considered before. Next we show that, if we compare them at face value, there are subtle differences between both formalisms, for instance in the derivation of horizon energy, a physical observable of the theory, as well as in the number of boundary degrees of freedom. At first sight, it seems that the canonical formalism introduces some additional ambiguities that make more challenging the comparison between both formalisms. We analyze different possible interpretations in both approaches and show how one can obtain complete correspondence between results within covariant and canonical formalisms. We also show that the correspondence can be achieved in the original phase spaces, with no boundary degrees of freedom, or by appropriately extending them by adding horizon degrees of freedom. Along the way, we shed light on the role of boundary terms in the symplectic structure in relation to boundary degrees of freedom. | 古典ゲージ理論のハミルトン記述は、よく研究されている主題です。 最もよく知られている2つのアプローチ、すなわち共変ハミルトン形式と正準ハミルトン形式は、文献において多くの注目を集めてきました。 しかしながら、我々の見解では、特に境界を持つ領域上で定義されるゲージ理論においては、両者の関係を完全に理解することは不可能です。 ここでは、孤立した地平線を内部境界として持つ時空（平衡状態のブラックホールを表す）についてこの問題を考察し、それぞれの記述が同等と見なせるかどうかを評価する。 まず、これまで考慮されていなかったいくつかの微妙な点に焦点を当てながら、両方の形式を改めて見直し、再分析する。 次に、額面通りに比較すると、両方の形式の間には微妙な違いがあることを示す。 例えば、理論の物理的観測量である地平線エネルギーの導出や境界自由度の数などである。 一見すると、正準形式論はいくつかの追加の曖昧さを導入し、両形式論の比較をより困難にしているように思われる。 我々は両方のアプローチにおける様々な解釈の可能性を分析し、共変形式論と正準形式論における結果間の完全な対応をどのように得ることができるかを示す。 また、この対応は境界自由度を持たない元の位相空間において達成できること、あるいは地平線自由度を追加することで適切に拡張できることも示す。 その過程で、境界自由度との関係において、シンプレクティック構造における境界項の役割を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We propose a new strategy to probe non-tensorial polarizations in the stochastic gravitational-wave (GW) background. Averaging over polarization angles, we find that three-point correlations of the GW signal vanish for tensor and vector modes, while scalar modes generically leave a nonzero imprint. This property makes the GW bispectrum a distinctive and robust diagnostic of scalar polarizations predicted in theories beyond General Relativity. We derive the corresponding response functions for ground-based interferometers, pulsar timing arrays, and astrometric observables, and we construct an optimal estimator together with simple Fisher forecasts for pulsar-timing sensitivity. As a proof of principle, we show that second-order GWs sourced by primordial magnetogenesis can be characterized by large three-point functions. Our results demonstrate that GW three-point correlations provide a novel observational window on physics beyond General Relativity. | 我々は、確率的重力波（GW）背景における非テンソル偏波を調べるための新しい戦略を提案する。 偏波角を平均化すると、テンソルモードとベクトルモードの重力波信号の3点相関は消失するが、スカラーモードは一般に非ゼロの痕跡を残すことがわかった。 この特性により、重力波バイスペクトルは、一般相対性理論を超える理論で予測されるスカラー偏波の独特かつ堅牢な診断法となる。 我々は、地上干渉計、パルサータイミングアレイ、および天文観測量に対する対応する応答関数を導出し、パルサータイミング感度の単純なフィッシャー予測とともに最適推定量を構築する。 原理証明として、原始的磁気生成に起因する2次の重力波は、大きな3点関数によって特徴付けられることを示す。 我々の結果は、重力波の3点相関が、一般相対性理論を超える物理学への新たな観測の窓を提供することを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In the multiverse hypothesis, a range of universes exist with differing values of our physical constants. Here, we investigate how the probabilities of observing our values of these constants depend on the assumptions made about the theories governing particle physics and cosmology, along with habitability. The particle physics effects we consider include constraints on the Higgs vacuum expectation value from big bang nucleosynthesis and supernovae, grand unified theories (GUTs), and standard model stability. Cosmology effects we consider are different theories of dark matter and baryogenesis, and for galactic habitability effects we include star formation efficiency, stellar encounters, supernova explosions, and active galactic nuclei. We find the following to be disfavored in the multiverse scenario: flexible GUTs, pessimistic galactic disruption rates, some origin of life theories, and freeze-out dark matter with high energy baryogenesis. These predictions can be tested in future experiments to either confirm or rule out the multiverse. | 多元宇宙仮説では、物理定数の異なる値を持つ様々な宇宙が存在します。 本稿では、これらの定数の値を観測する確率が、素粒子物理学と宇宙論、そして居住可能性を支配する理論に関する仮定にどのように依存するかを考察します。 私たちが考慮する素粒子物理学的効果には、ビッグバン元素合成と超新星からのヒッグス真空期待値への制限、大統一理論（GUT）、標準模型の安定性が含まれます。 私たちが考慮する宇宙論的効果には、暗黒物質とバリオン生成に関する様々な理論があり、銀河の居住可能性への影響には、星形成効率、恒星の遭遇、超新星爆発、活動銀河核が含まれます。 私たちは、多元宇宙シナリオにおいて、柔軟なGUT、悲観的な銀河破壊率、生命起源に関するいくつかの理論、そして高エネルギーバリオン生成による暗黒物質の凍結が不利であることがわかりました。 これらの予測は将来の実験で検証され、多元宇宙の存在を確認するか否定するかが決まる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a systematic analysis of pole-skipping for scalar, Maxwell, and gravitational waves in cosmological spacetimes. Specifically, working in empty de Sitter space and in Schwarzschild-de Sitter black hole geometries, we locate the tower of pole-skipping points of such fields and show that they impose nontrivial constraints on the corresponding bulk two-point functions. Focusing on the gravitational sound channel, we then extract the Lyapunov exponent and butterfly velocities that characterize hypothetical dual many-body quantum chaos at each horizon. These chaotic data precisely match the outcome of a gravitational shock wave calculation, confirming that the relevant pole-skipping points encode high-energy scattering of horizon quanta. Interestingly, the butterfly velocities can become superluminal or imaginary, with the latter signaling a spatially modulated propagation of chaos. Assuming that a holographic dual exists, we translate our results into field theory language and propose that the dual theory can be divided into two entangled sectors that capture the black hole and cosmological horizon degrees of freedom. Our results suggest that the black hole sector becomes increasingly nonlocal as the black hole shrinks and that the cosmological horizon sector exhibits behavior compatible with violations of Hermiticity. Finally, we outline simple microscopic toy models, built from long-range and non-Hermitian deformations of the Double Scaled Sachdev-Ye-Kitaev (DSSYK)-type chains, that realize these features, providing a concrete arena for future exploration. | 我々は、宇宙時空におけるスカラー波、マクスウェル波、重力波のポールスキッピングの体系的な解析を行う。 具体的には、空のド・ジッター空間とシュワルツシルト-ド・ジッターブラックホール幾何学において、このような場のポールスキッピング点の塔の位置を特定し、それらが対応するバルク2点関数に非自明な制約を課すことを示す。 次に、重力音波チャネルに焦点を当て、各地平線における仮想的な双対多体量子カオスを特徴付けるリアプノフ指数とバタフライ速度を抽出する。 これらのカオスデータは重力衝撃波計算の結果と正確に一致し、関連するポールスキッピング点が地平線量子の高エネルギー散乱を符号化していることを確認する。 興味深いことに、バタフライ速度は超光速または虚数になり得、後者は空間的に変調されたカオス伝播を示す。 ホログラフィック双対が存在すると仮定し、我々は結果を場の理論の言語に翻訳し、双対理論はブラックホール自由度と宇宙の地平線自由度を捉える2つのエンタングルされたセクターに分割できると提案する。 我々の結果は、ブラックホールが縮小するにつれてブラックホールセクターはますます非局所的になり、宇宙の地平線セクターはエルミート性の破れと整合する挙動を示すことを示唆している。 最後に、これらの特徴を実現する、二重スケールのサチデフ・イェ・キタエフ（DSSYK）型鎖の長距離非エルミート変形から構築された単純な微視的トイモデルの概要を示し、将来の探究のための具体的な舞台を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We model the short gamma-ray bursts (GRB) 090510 as the product of a magnetized neutron star (NS) binary merger. Accounting for the NS critical mass constraint given by the mass of PSR J0952--0607, we infer that GRB 090510 was a highly-magnetized NS-NS merger that left as remnant a Kerr black hole (BH) of $2.4 M_\odot$ with a low-mass accretion disk. The gamma-ray precursor is powered by the magnetic energy released during the merger of the NSs. The prompt emission originates at the transparency of an ultra-relativistic $e^+e^-$ pair-plasma produced by the overcritical electric field induced by the rotating strong magnetic field around the merged object before it reaches the critical mass, the GeV emission by the extractable energy of the newborn BH, and the X-ray afterglow by accretion onto it. We derive the masses of the merging NSs, their magnetic fields, the BH mass, spin, and irreducible mass, the strength of the magnetic field, the disk mass, and obtain an estimate of the gravitational-wave emission during the merger phase preceding the prompt short GRB emission. The inferred parameters agree with up-to-date numerical relativity simulations, confirming that strong magnetic fields above $10^{14}$ G develop in NS-NS mergers and that mergers leading to a central BH remnant have low-mass disks of $\sim 10^{-2} M_\odot$. We also advance the possibility that quasi-period oscillations of tens of Hz of frequency due to Lense-Thirring precession of the matter surrounding the merged object before BH formation can explain the successive spikes following the prompt emission peak. | 我々は、短時間ガンマ線バースト（GRB）090510を、磁化された中性子星（NS）連星合体の産物としてモデル化する。 PSR J0952--0607の質量によって与えられるNS臨界質量制約を考慮すると、GRB 090510は高度に磁化されたNS-NS合体であり、その残骸として低質量降着円盤を持つ2.4 M_\odot$のカーブラックホール（BH）を残したと推論される。 ガンマ線前駆物質は、NSの合体中に放出された磁気エネルギーによって駆動される。 即発的放射は、合体天体が臨界質量に達する前にその周囲を回転する強磁場によって誘起される超臨界電場によって生成される超相対論的な$e^+e^-$対プラズマの透明化、新生BHの抽出可能なエネルギーによるGeV放射、そしてそのBHへの降着によるX線残光によって発生する。 我々は、合体するNSの質量、磁場、BH質量、スピン、既約質量、磁場の強度、円盤質量を導出し、即発的短ガンマ線バースト放射に先立つ合体段階における重力波放射の推定値を得る。 推定されたパラメータは最新の数値相対論シミュレーションと一致し、NS-NS合体では10^{14}Gを超える強い磁場が発達し、中心にBH残骸をもたらす合体は10^{-2} M_\odot$程度の低質量円盤を持つことを確認した。 また、BH形成前に合体天体を取り囲む物質のレンズ・サーリング歳差運動によって生じる数十Hzの準周期振動が、即発放出ピークに続く連続的なスパイク現象を説明できる可能性も示唆した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We construct fully backreacted charged black brane solutions with a spatially disordered chemical potential in asymptotically AdS$_3$ and AdS$_4$, providing holographic duals of strongly coupled disordered systems. At intermediate temperatures these geometries display highly inhomogeneous horizons, though their geometric averages reproduce the clean BTZ and Reissner-Nordstr\"om solutions. The low temperature behavior, however, differs sharply between dimensions. In AdS$_3$, inhomogeneities decay and the horizon flows to the clean charged BTZ fixed point, rendering disorder irrelevant in the infrared. In AdS$_4$, horizon inhomogeneities persist: while the averaged geometry flows to the clean AdS$_2\times \mathbb{R}^2$ throat, the disordered horizon induces a finite residual resistivity. These results show that disorder can qualitatively alter the IR physics of holographic metals and indicate violations of the Harris criterion in strongly coupled systems. | 我々は漸近的にAdS$_3$およびAdS$_4$の空間的に無秩序な化学ポテンシャルを持つ完全に逆反応した荷電ブラックブレーン解を構築し、強く結合した無秩序系のホログラフィック双対を与える。 中間温度では、これらの構造は非常に不均一な地平を示すが、その幾何平均はきれいなBTZ解とReissner-Nordstr\"om解を再現する。 しかし、低温での挙動は次元によって大きく異なる。 AdS$_3$では、不均一性が減衰し、地平はきれいな荷電BTZ固定点へと流れ、赤外線では無秩序性は無関係になる。 AdS$_4$では、地平の不均一性は持続する。 平均化された構造はきれいなAdS$_2\times \mathbb{R}^2$スロートへと流れ込むが、無秩序な地平は有限の残留抵抗率を誘起する。 これらの結果は、無秩序性がホログラフィック金属のIR物理を定性的に変化させ、強く結合した系におけるHarris基準の破れを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Various theories of dark matter predict distinctive astrophysical signatures in gravitational-wave sources that could be observed by ground- and space-based laser interferometers. Different candidates-including axions, dark photons, macroscopic dark matter, WIMPs, and dark-matter spikes-may appear in interferometer data via their coupling to gravity or the Standard Model, altering the measured gravitational-wave strain in distinct ways. Despite their differences, these candidates share two key features: (1) they can be probed through their effects on gravitational waves from inspiraling compact objects, isolated black holes, and neutron stars, or via direct interactions with detectors, and (2) their signatures likely persist far longer than the seconds-long mergers detected today, necessitating new data analysis methods beyond matched filtering. This review outlines these dark matter candidates, their observational signatures, and approaches for their detection. | 暗黒物質に関する様々な理論は、地上および宇宙に設置されたレーザー干渉計によって観測可能な重力波源に、特徴的な天体物理学的特徴が存在することを予測している。 アクシオン、暗黒光子、巨視的暗黒物質、WIMP、暗黒物質スパイクなど、様々な候補物質が、重力または標準模型との結合によって干渉計データに現れ、測定された重力波歪みをそれぞれ異なる方法で変化させる可能性がある。 これらの候補物質はそれぞれ異なるものの、2つの重要な特徴を共有している。 (1) 渦巻き状のコンパクト天体、孤立ブラックホール、中性子星からの重力波への影響、あるいは検出器との直接的な相互作用によって探査できること、(2) それらの特徴は、今日検出されている数秒単位の合体よりもはるかに長く持続する可能性が高いため、整合フィルタリングを超えた新しいデータ解析手法が必要となることである。 本レビューでは、これらの暗黒物質候補物質、それらの観測的特徴、そしてそれらの検出方法について概説する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this paper, we perform a comprehensive analysis of the quasinormal modes in an external geometry of the Joshi-Malafarina-Narayan (JMN-1) naked singularity by investigating its response to linear perturbations, including gravitational and electromagnetic perturbations. To analyze the stability of the JMN-1 naked singularity under axial perturbations, we compute the quasinormal mode frequencies using the Wentzel-Kramers-Brillouin method. The quasinormal mode frequencies provides information about the stability of spacetime, with the real part of the frequency determining the oscillation rate and the imaginary part governing the decay or growth of perturbations. Our results indicate that by imposing appropriate boundary conditions, we find that the background spacetime of JMN-1 naked singularity remains dynamically stable under axial perturbations. | 本論文では、ジョシ・マラファリナ・ナラヤン（JMN-1）裸特異点の外部幾何学における準正規モードの包括的な解析を、重力および電磁気摂動を含む線形摂動に対する応答を調べることによって行う。 軸摂動下におけるJMN-1裸特異点の安定性を解析するために、ウェンツェル・クレイマース・ブリルアン法を用いて準正規モード周波数を計算する。 準正規モード周波数は時空の安定性に関する情報を提供し、周波数の実部は振動速度を決定し、虚部は摂動の減衰または成長を支配する。 我々の結果は、適切な境界条件を課すことによって、JMN-1裸特異点の背景時空が軸摂動下でも動的安定を保つことを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The binary black hole signal GW250114, the loudest gravitational wave detected to date, offers a unique opportunity to test Einstein's general relativity (GR) in the high-velocity, strong-gravity regime and probe whether the remnant conforms to the Kerr metric. Upon perturbation, black holes emit a spectrum of damped sinusoids with specific, complex frequencies. Our analysis of the post-merger signal shows that at least two quasi-normal modes are required to explain the data, with the most damped remaining statistically significant for about one cycle. We probe the remnant's Kerr nature by constraining the spectroscopic pattern of the dominant quadrupolar ($\ell = m = 2$) mode and its first overtone to match the Kerr prediction to tens of percent at multiple post-peak times. The measured mode amplitudes and phases agree with a numerical-relativity simulation having parameters close to GW250114. By fitting a parameterized waveform that incorporates the full inspiral-merger-ringdown sequence, we constrain the fundamental $(\ell=m=4)$ mode to tens of percent and bound the quadrupolar frequency to within a few percent of the GR prediction. We perform a suite of tests -- spanning inspiral, merger, and ringdown -- finding constraints that are comparable to, and in some cases 2-3 times more stringent than those obtained by combining dozens of events in the fourth Gravitational-Wave Transient Catalog. These results constitute the most stringent single-event verification of GR and the Kerr nature of black holes to date, and outline the power of black-hole spectroscopy for future gravitational-wave observations. | 連星ブラックホール信号GW250114は、これまでに検出された最も大きな重力波であり、高速・強重力領域におけるアインシュタインの一般相対性理論（GR）を検証し、残骸がカー計量に適合するかどうかを調べるまたとない機会を提供します。 摂動を受けると、ブラックホールは特定の複素周波数を持つ減衰正弦波のスペクトルを放射します。 合体後の信号の解析により、データを説明するには少なくとも2つの準正規モードが必要であり、最も減衰の大きいモードが約1周期にわたって統計的に有意なままであることが示されました。 我々は、支配的な四重極（$\ell = m = 2$）モードとその第一倍音の分光パターンを制約することにより、ピーク後の複数の時点でカーの予測と数十パーセント一致するように残骸のカー特性を調べました。 測定されたモード振幅と位相は、GW250114に近いパラメータを持つ数値相対論シミュレーションと一致する。 インスパイラル・マージャー・リングダウンの全シーケンスを組み込んだパラメータ化された波形をフィッティングすることにより、基本$(\ell=m=4)$モードを数十パーセントに制限し、四重極周波数を一般相対論の予測値の数パーセント以内に制限した。 インスパイラル、マージャー、リングダウンにわたる一連のテストを実行し、第4次重力波トランジェントカタログの数十のイベントを組み合わせて得られた制約に匹敵し、場合によっては2～3倍も厳しい制約を見出した。 これらの結果は、一般相対論とブラックホールのカー性質のこれまでで最も厳密な単一イベント検証を構成し、将来の重力波観測におけるブラックホール分光法の威力を概説するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We propose a method for recognizing null singularities in a computer simulation that uses a foliation by spacelike surfaces. The method involves harmonic time slicing as well as rescaled tetrad variables. As a ``proof of concept'' we show that the method works in Reissner-Nordstrom spacetime. | 我々は、空間的面による葉理構造を用いたコンピュータシミュレーションにおいて、ヌル特異点を認識する手法を提案する。 この手法は、調和時間スライスとリスケールされたテトラッド変数を用いる。 「概念実証」として、この手法がライスナー・ノルドストローム時空において有効であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The gravitational-wave signal GW250114 was observed by the two LIGO detectors with a network matched-filter signal-to-noise ratio of 80. The signal was emitted by the coalescence of two black holes with near-equal masses $m_1 = 33.6^{+1.2}_{-0.8}\,M_\odot$ and $m_2 = 32.2^{+0.8}_{-1.3}\,M_\odot$, and small spins $\chi_{1,2} \leq 0.26$ (90% credibility) and negligible eccentricity $e \leq 0.03$. Post-merger data excluding the peak region are consistent with the dominant quadrupolar $(\ell = |m| = 2)$ mode of a Kerr black hole and its first overtone. We constrain the modes' frequencies to $\pm 30\%$ of the Kerr spectrum, providing a test of the remnant's Kerr nature. We also examine Hawking's area law, also known as the second law of black hole mechanics, which states that the total area of the black hole event horizons cannot decrease with time. A range of analyses that exclude up to 5 of the strongest merger cycles confirm that the remnant area is larger than the sum of the initial areas to high credibility. | 重力波信号GW250114は、ネットワーク整合フィルタの信号対雑音比80の2台のLIGO検出器によって観測されました。 この信号は、ほぼ等しい質量$m_1 = 33.6^{+1.2}_{-0.8}\,M_\odot$と$m_2 = 32.2^{+0.8}_{-1.3}\,M_\odot$、小さなスピン$\chi_{1,2} \leq 0.26$（90%の信頼度）、無視できる離心率$e \leq 0.03$を持つ2つのブラックホールの合体によって放射されました。 ピーク領域を除く合体後のデータは、カーブラックホールの支配的な四重極$(\ell = |m| = 2)$モードとその第一倍音と整合しています。 モードの周波数をカースペクトルの$\pm 30\%$に制限し、残骸のカー性質を検証する。 また、ブラックホール力学の第二法則としても知られるホーキングの面積法則も検証する。 この法則は、ブラックホールの事象の地平線の総面積は時間とともに減少しないというものである。 最も強力な合体サイクルを最大5つ除外した一連の解析により、残骸の面積は初期の面積の合計よりも大きいことが高い信頼性で確認された。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| It has been suggested some time ago that many black hole properties are not specific to gravity, but rather are shared by a large class of objects, the so-called saturons, that saturate the quantum field theoretic upper bound on microstate degeneracy. By now, various aspects of this universality have been understood and demonstrated in a number of explicit examples. In the present paper, we add one more brick to the building by showing that the decay of a simple two-dimensional saturated soliton copies some key aspects of the black hole decay as well as of the information retrieval. In particular, we study the evaporation process of a classically-stable vacuum bubble of a spontaneously broken $SU(N)$-symmetry, coupled to massless fermions. We show that the decay rate as well as the characteristic energy of the emitted quanta are given by the inverse size of the object, in striking similarity with the Hawking evaporation of a black hole. The time-scale of information retrieval also matches the one previously suggested for a black hole by Page. We give the semiclassical derivation of the phenomenon as well as its fully quantum resolution as a decaying coherent state of Goldstone bosons. The universal nature of the effect and its microscopic understanding support the analogous quantum portrait of a black hole as a saturated coherent state of gravitons. | ブラックホールの特性の多くは重力に特有のものではなく、量子場の理論的上界を飽和させる、いわゆるサトゥロンと呼ばれる広範な種類の物体に共通する性質であることが、以前から示唆されてきた。 現在までに、この普遍性の様々な側面が理解され、多くの明示的な例によって実証されている。 本論文では、単純な2次元飽和ソリトンの崩壊が、ブラックホールの崩壊と情報回復のいくつかの重要な側面を模倣することを示すことにより、ブラックホールの崩壊に新たな要素を加える。 特に、質量ゼロのフェルミオンと結合した、自発的に破れた$SU(N)$対称性の古典的に安定な真空泡の蒸発過程を研究する。 放出される量子の崩壊率と特性エネルギーは、ブラックホールのホーキング蒸発と驚くほど類似して、物体の大きさの逆数で与えられることを示す。 情報検索の時間スケールは、Pageがブラックホールについて以前に示唆したものとも一致する。 我々は、この現象の半古典的な導出と、ゴールドストーンボソンの崩壊するコヒーレント状態としての完全な量子論的解決を示す。 この効果の普遍性と微視的理解は、ブラックホールを重力子の飽和コヒーレント状態として捉える類似の量子論的描写を支持する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We quantify how the two-point function of a real scalar field is affected by the distortion caused by deforming AdS$_2$ to a near-AdS$_2$ background. At tree-level, the backreaction of the geometry induces a finite-temperature correction to the correlator that arises from interactions that the background generates. For a massive field, we show that this correction is not captured by JT gravity coupled to matter: it requires a backreaction of the metric field. For a massless field, the correction is controlled solely by the dilaton and hence is model-independent. We compare our findings with correlation functions on BTZ and find perfect agreement. We use our results to quantify the corrections for a class of correlators relevant to five- and four-dimensional black holes. We discuss how these corrections would enter in a holographic description of near-AdS$_2$; we also comment on how these corrections provide a universal prediction for quasinormal modes in higher dimensions. | 実スカラー場の2点関数が、AdS$_2$を近AdS$_2$背景に変形させることによって生じる歪みによってどのように影響を受けるかを定量化する。 ツリーレベルでは、幾何学の反作用により、背景が生成する相互作用から生じる相関関数に対する有限温度補正が誘起される。 質量のある場の場合、この補正は物質と結合したJT重力では捉えられないことを示す。 これは計量場の反作用を必要とする。 質量のない場の場合、この補正はディラトンによってのみ制御されるため、モデルに依存しない。 我々の発見をBTZ上の相関関数と比較し、完全に一致することがわかった。 この結果を用いて、5次元および4次元ブラックホールに関連する相関関数のクラスに対する補正を定量化する。 これらの補正が近AdS$_2$のホログラフィック記述にどのように組み込まれるかを議論する。 また、これらの補正がどのようにして高次元における準正規モードの普遍的な予測を提供するかについてもコメントします。 |