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| Original Text | 日本語訳 |
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| As the compact binary catalog continues to grow rapidly, developing and refining tests to probe the nature of compact objects is essential for a comprehensive understanding of both the observed data and the underlying astrophysics of the binary population. We investigate the effectiveness of spin-induced multipole moments (SIQM) and tidal deformability measurements in distinguishing lower mass-gap black hole (BH) binaries from non-BH binaries with different mass and spin configurations. We perform model-agnostic tests on binary BH (BBH) simulations using full Bayesian inference, evaluating the independent and joint measurability of SIQM and tidal parameters across the parameter space. We extend the analysis to simulations of self-interacting spinning boson stars, using synthetic signals that exhibit (a) both SIQM and tidal effects and (b) each effect individually. For case (a), recovery is performed using (i) a BBH model, (ii) a model incorporating both SIQM and tidal effects, and (iii) models including either SIQM or tidal effects. For case (b), we employ (i) a BBH model and (ii) models incorporating either SIQM or tidal effects, consistent with the injection. Simulations employ TaylorF2 waveform model and consider binaries in the low mass gap with varying spin magnitudes. We find that employing an incorrect model to analyze the signal can lead to biases in parameter inference. Notably, when analyzing a simulated binary boson star-like signal with component masses $\rm{(4, 4) \, M_{\odot}}$ using a BBH model, the system is incorrectly identified as having masses $\rm{(8, 2) \, M_{\odot}}$. In contrast, using the correct recovery model that includes both SIQM and tidal deformability effects successfully recovers the true masses, highlighting the significance of waveform model accuracy in performing reliable distinguishability tests for compact objects in the low-mass gap. | コンパクト連星カタログが急速に増加し続けているため、コンパクト天体の性質を探るための検定法の開発と改良は、観測データと連星種族の根底にある天体物理学の両方を包括的に理解するために不可欠です。 我々は、スピン誘起多重極モーメント（SIQM）と潮汐変形能測定が、質量ギャップの小さいブラックホール（BH）連星と、質量およびスピン構成の異なる非BH連星を区別する上で有効かどうかを調査します。 完全なベイズ推論を用いて、連星BH（BBH）シミュレーションのモデルに依存しない検定を行い、パラメータ空間全体にわたってSIQMと潮汐パラメータの独立および同時測定可能性を評価します。 我々は、(a) SIQMと潮汐の両方の効果、および(b) それぞれの効果を個別に示す合成信号を用いて、この解析を自己相互作用する回転ボソン星のシミュレーションに拡張します。 ケース(a)では、(i) BBHモデル、(ii) SIQMと潮汐効果の両方を取り入れたモデル、(iii) SIQMまたは潮汐効果のいずれかを取り入れたモデルを用いて回復が行われる。 ケース(b)では、(i) BBHモデルと、(ii) SIQMまたは潮汐効果のいずれかを取り入れたモデルを用いて、注入と整合をとる。 シミュレーションではTaylorF2波形モデルを用い、低質量ギャップにあるスピンの大きさが変化する連星を想定する。 誤ったモデルを用いて信号を解析すると、パラメータ推定にバイアスが生じる可能性があることが判明した。 特に、BBHモデルを用いて、成分質量が$\rm{(4, 4) \, M_{\odot}}$であるシミュレートされた連星ボソン星のような信号を解析すると、系の質量が$\rm{(8, 2) \, M_{\odot}}$であると誤って識別される。 対照的に、SIQMと潮汐変形効果の両方を考慮した正しい復元モデルを用いることで、真の質量を復元することができ、低質量ギャップにおけるコンパクト天体の信頼性の高い識別可能性テストを行う上で、波形モデルの精度が重要であることが浮き彫りになった。 |
| 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 重力と一致するだけでなく、$d=3$ 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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| This work focuses on the emergence of dark phases (dark energy-induced phases) in the radial wave function of scalar particles. We achieve this by presenting novel solutions to the Klein-Gordon equation in a spherically symmetric spacetime, which encompasses a black hole, a quintessential fluid, and a cloud of strings. We determine the exact solution for the spacetime metric, analyze the admissible ranges for its physical parameters, and discuss the formation of the event horizon. Subsequently, we detail the solution of the Klein-Gordon equation and explore three distinct cases of dark phases, corresponding to the quintessence state parameter $\alpha_{Q}$ taking the values $0$, $1/2$, and $1$. Notably, the case where $\alpha_{Q} = 1$ holds particular significance due to current observational constraints on dark energy. | 本研究は、スカラー粒子の動径波動関数におけるダークフェーズ（ダークエネルギー誘起フェーズ）の出現に焦点を当てています。 ブラックホール、クインテッセンス流体、そして弦の雲を包含する球対称時空におけるクライン・ゴルドン方程式の新しい解を提示することで、この研究を達成しました。 時空計量の厳密解を決定し、その物理パラメータの許容範囲を解析し、事象の地平線の形成について議論します。 続いて、クライン・ゴルドン方程式の解を詳細に示し、クインテッセンス状態パラメータ$\alpha_{Q}$が$0$、$1/2$、$1$の値をとる3つの異なるダークフェーズの場合を考察します。 特に、ダークエネルギーに関する現在の観測的制約のため、$\alpha_{Q} = 1$の場合が特に重要です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Ten years ago humankind achieved the first direct observation of gravitational waves. I give some personal recollections of that first detection. I also present an incomplete summary of what we have learned since then, and some speculations on what we may learn in the future. | 10年前、人類は初めて重力波の直接観測に成功しました。 私はその最初の検出についての個人的な思い出を少し述べます。 また、それ以降に私たちが何を学んだかについての不完全な要約と、将来何がわかるかについてのいくつかの推測も提示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the performance of the spatially-flat dynamical dark energy (DE) $w_0w_a$CDM parameterization, with redshift-dependent DE fluid equation of state parameter $w(z) = w_0 + w_a z/(1+z)$, with and without a varying CMB lensing consistency parameter $A_L$, against Planck cosmic microwave background (CMB) data (P18 and lensing) and a combination of non-CMB data composed of baryonic acoustic oscillation (BAO) measurements that do not include DESI BAO data, Pantheon+ type Ia supernovae (SNIa) observations, Hubble parameter [$H(z)$] measurements, and growth factor ($f\sigma_8$) data points. From our most restrictive data set, P18+lensing+non-CMB, for the $w_0w_a$CDM+$A_L$ parameterization, we obtain $w_0=-0.879\pm 0.060$, $w_a=-0.39^{+0.26}_{-0.22}$, the asymptotic limit $w(z\to\infty) = w_0+w_a=-1.27^{+0.20}_{-0.17}$, and $A_L=1.078^{+0.036}_{-0.040}$ (all $1\sigma$ errors). This joint analysis of CMB and non-CMB data favors DE dynamics over a cosmological constant at $\sim 1\sigma$ and $A_L>1$ at $\sim 2\sigma$, i.e. more smoothing of the Planck CMB anisotropy data than is predicted by the best-fit model. For the $w_0w_a$CDM parameterization with $A_L=1$ the evidence in favor of DE dynamics is larger, $\sim 2\sigma$, suggesting that at least part of the evidence for DE dynamics comes from the excess smoothing of the Planck CMB anisotropy data. For the $w_0w_a$CDM parameterization with $A_L=1$, there is a difference of $2.8\sigma$ between P18 and non-CMB cosmological parameter constraints and $2.7\sigma$ between P18+lensing and non-CMB constraints. When $A_L$ is allowed to vary these tensions reduced to $1.9\sigma$ and $2.1\sigma$ respectively. Our P18+lensing+non-CMB data compilation positively favors the $w_0w_a$CDM parameterization without and with a varying $A_L$ parameter over the flat $\Lambda$CDM model, and $w_0w_a$CDM+$A_L$ is also positively favored over $w_0w_a$CDM. | 我々は、赤方偏移依存のDE流体状態方程式パラメータ$w(z) = w_0 + w_a z/(1+z)$を用いた空間的に平坦な動的ダークエネルギー(DE)$w_0w_a$CDMパラメータ化の性能を、CMBレンズ効果整合パラメータ$A_L$の変動の有無にかかわらず、プランク宇宙マイクロ波背景放射(CMB)データ(P18およびレンズ効果)、およびDESI BAOデータを含まないバリオン音響振動(BAO)測定、パンテオン+型Ia超新星(SNIa)観測、ハッブルパラメータ[$H(z)$]測定、および成長係数($f\sigma_8$)データポイントからなる非CMBデータの組み合わせに対して研究する。 最も制限の厳しいデータセットであるP18+レンズ効果+非CMBから、$w_0w_a$CDM+$A_L$パラメータ化に対して、$w_0=-0.879\pm 0.060$、$w_a=-0.39^{+0.26}_{-0.22}$、漸近極限$w(z\to\infty) = w_0+w_a=-1.27^{+0.20}_{-0.17}$、そして$A_L=1.078^{+0.036}_{-0.040}$が得られる（すべて1\sigma誤差）。 このCMBデータと非CMBデータの統合解析では、$\sim 1\sigma$では宇宙定数よりもDEダイナミクスが、$\sim 2\sigma$では$A_L>1$が宇宙定数よりも優位であることが示され、つまり、プランクCMB異方性データの平滑化が最良適合モデルで予測されるよりも大きいことが示唆される。 $A_L=1$の$w_0w_a$CDMパラメータ化では、DEダイナミクスを支持する証拠がより大きく、$\sim 2\sigma$となり、DEダイナミクスの証拠の少なくとも一部はプランクCMB異方性データの過剰な平滑化に由来することを示唆している。 $A_L=1$の$w_0w_a$CDMパラメータ化では、P18宇宙論パラメータ制約と非CMB宇宙論パラメータ制約の間には$2.8\sigma$の差があり、P18+レンズ効果と非CMB宇宙論パラメータ制約の間には$2.7\sigma$の差がある。 $A_L$ が変動することを許容すると、これらの張力はそれぞれ $1.9\sigma$ と $2.1\sigma$ に減少しました。 P18+レンズ効果+非CMBデータの統合により、$w_0w_a$CDM パラメータ化は、変動する $A_L$ パラメータの有無にかかわらず、平坦な $\Lambda$CDM モデルよりも有利であることが示されました。 また、$w_0w_a$CDM+$A_L$ も、$w_0w_a$CDM よりも有利であることが示されました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study (scalar, not necessarily conformal) quantum fields on self-similar spacetimes. It is shown that in states respecting the self-similarity the expectation value of the stress tensor gives rise to a quantum Lyapunov exponent $\omega_q = 2$, with a leading coefficient which is geometric. Two examples for states respecting self-similarity are discussed. Our findings are in contradiction with results obtained via dimensional reduction. | 自己相似時空上の（スカラー、必ずしも共形ではない）量子場を研究する。 自己相似性を満たす状態において、応力テンソルの期待値は、幾何係数を持つ量子リアプノフ指数$\omega_q = 2$を生じることを示す。 自己相似性を満たす状態の2つの例を議論する。 我々の知見は、次元縮減によって得られた結果と矛盾する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Because they are likely to accrete substantial amounts of interstellar gas, merging supermassive binary black holes are expected to be strong multimessenger sources, radiating gravitational waves, photons from thermal gas, and photons from relativistic electrons energized by relativistic jets. Here we report on a numerical simulation that covers the late inspiral, merger, and initial postmerger phase of such a system where both black holes have the same mass and spin, and both spin axes are parallel to the orbital angular momentum. The simulation incorporates both 3D general relativistic magnetohydrodynamics and numerical relativity. The thermal photon power during the late inspiral, merger, and immediate postmerger phases is drawn from strong shocks rather than dissipation of turbulence inside a smoothly structured accretion disk as typically found around accreting single black holes. We find that the thermal photon and jet Poynting flux outputs are closely related in time, and we posit a mechanism that enforces this relation. The power radiated in both photons and jets diminishes gradually as merger is approached, but jumps sharply at merger to a noisy plateau. Such a distinct lightcurve should aid efforts to identify supermassive black hole mergers, with or without accompanying gravitational wave detections. | 合体中の超大質量連星ブラックホールは、相当量の星間ガスを集積する可能性が高いため、重力波、熱ガスからの光子、そして相対論的ジェットによって励起された相対論的電子からの光子を放射する強力なマルチメッセンジャー源となることが期待される。 本稿では、2つのブラックホールが同じ質量とスピンを持ち、両方のスピン軸が軌道角運動量と平行であるような系の、後期インスパイラル、合体、そして合体直後の段階をカバーする数値シミュレーションを報告する。 このシミュレーションは、3次元一般相対論的電磁流体力学と数値相対論の両方を組み込んでいる。 後期インスパイラル、合体、そして合体直後の段階における熱光子のエネルギーは、集積中の単独ブラックホールの周囲に典型的に見られるような滑らかな構造の集積円盤内の乱流の散逸ではなく、強い衝撃波から得られる。 熱光子とジェットのポインティングフラックス出力は時間的に密接に関連していることを発見し、この関係を強制するメカニズムを仮定しました。 光子とジェットの両方で放射されるエネルギーは、合体に近づくにつれて徐々に減少しますが、合体時に急激に増加してノイズの多いプラトーに達します。 このような明確な光曲線は、重力波の検出の有無にかかわらず、超大質量ブラックホールの合体を特定する取り組みに役立つはずです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| An accelerated charge interacts with itself through the electromagnetic field that it sources, a phenomenon known as electromagnetic radiation reaction. The DeWitt-Brehme-Hobbs (DWBH) equation describes the motion of a charged mass in the presence of combined electromagnetic and gravitational fields, taking into account electromagnetic radiation-reaction effects. Here, we find the first exact analytical solution of the DWBH equation in the case of a charged mass in the presence of copropagating and otherwise arbitrary electromagnetic and gravitational plane waves. Apart from its intrinsic importance, this solution approximates that of an ultrarelativistic particle in arbitrary gravitational and electromagnetic fields. Finally, the paradigmatic example of an electromagnetic wave in the presence of a constant-amplitude gravitational wave is worked out explicitly and it shows how the presence of the gravitational wave can qualitatively change electromagnetic radiation-reaction effects. | 加速された電荷は、それが発生させる電磁場を介して自身と相互作用し、この現象は電磁放射反応として知られています。 デウィット・ブレム・ホッブス（DWBH）方程式は、電磁場と重力場が組み合わさった状態における荷電粒子の運動を、電磁放射反応効果を考慮して記述します。 本稿では、共伝播する、あるいは任意の電磁波および重力平面波が存在する状態における荷電粒子の場合のDWBH方程式の正確な解析解を初めて求めます。 この解は、その本質的な重要性とは別に、任意の重力場および電磁場における超相対論的粒子の解を近似します。 最後に、一定振幅の重力波が存在する状態における電磁波の典型的な例を明示的に示し、重力波の存在が電磁放射反応効果を質的にどのように変化させるかを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| With the recent announcement by NASA's \textit{Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023-2032}, a priority flagship mission to the planet Uranus is anticipated. Here, we explore the prospects of using the mission's radio Doppler tracking equipment to detect gravitational waves (GWs) and other analogous signals related to dark matter (DM) over the duration of its interplanetary cruise. We develop a methodology to stack tracking data and account for time varying detector geometry, thereby constructing the sensitivity of the mission to GWs over the wide frequency range of $3\times 10^{-9}$ Hz to $10^{-4}$ Hz. We find that the mission has the potential to fill the gap between pulsar timing and space-based-interferometry GW observatories. If improvements in reducing \textit{Cassini} era noise by a factor of $\sim$10 are implemented, we forecast the detection of $\mathcal{\mathcal{O}}(\rm{few})$ individual massive black hole binaries using two independent population models. Additionally, we determine the mission's sensitivity to both astrophysical and primordial stochastic gravitational wave backgrounds, as well as its capacity to test, or even confirm via detection, ultralight DM models. In all these cases, the tracking of the spacecraft over its interplanetary cruise would enable coverage of unexplored regions of parameter space, where signals from new phenomena in our Universe may be lurking. | NASAの\textit{惑星科学および宇宙生物学10年サーベイ2023-2032}による最近の発表により、天王星への優先的なフラッグシップミッションが予定されています。 本研究では、このミッションの電波ドップラー追跡装置を用いて、惑星間航行期間中に重力波（GW）や暗黒物質（DM）に関連するその他の類似信号を検出する可能性を探ります。 追跡データを積み重ね、検出器の形状が時間変化する影響を考慮する手法を開発し、$3\times 10^{-9}$ Hzから$10^{-4}$ Hzという広い周波数範囲にわたる重力波に対するミッションの感度を構築します。 このミッションは、パルサータイミングと宇宙干渉計重力波観測所の間のギャップを埋める可能性を秘めていることが分かりました。 カッシーニ時代のノイズを1/10に低減する改良が実施されれば、2つの独立した個体群モデルを用いて、$\mathcal{\mathcal{O}}(\rm{few})$個の巨大ブラックホール連星を検出できると予測する。 さらに、このミッションの天体物理学的および原始的確率的重力波背景に対する感度、そして超軽量DMモデルを検証、あるいは検出によって確認する能力も決定する。 これらすべての場合において、惑星間巡航中の探査機の追跡により、宇宙における新しい現象からの信号が潜んでいる可能性のある、パラメータ空間の未探査領域をカバーすることが可能となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Symmetric teleparallel gravity and its $f(Q)$ extensions have emerged as promising alternatives to General Relativity (GR), yet the role of explicit geometry-matter couplings remains largely unexplored. In this work, we address this gap by proposing a generalized $f(Q,\mathcal{L}_m)$ theory, where the gravitational Lagrangian density depends on both the non-metricity scalar $Q$ and the matter Lagrangian $\mathcal{L}_m$. This formulation naturally includes Coincident GR and the Symmetric Teleparallel Equivalent of GR as special cases. Working in the metric formalism, we derive the corresponding field equations, which generalize those of the standard $f(Q)$ gravity, and obtain the modified Klein-Gordon equation for scenarios involving scalar fields. The cosmological implications of the theory are explored in the context of the Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) universe. As a first step, we obtain the modified Friedmann equations for $f(Q,\mathcal{L}_m)$ gravity in full generality. We then investigate specific cosmological models arising from both linear and non-linear choices of $f(Q,\mathcal{L}_m)$, performing detailed comparisons with the standard $\Lambda$CDM scenario and examining their observational consequences. | 対称テレパラレル重力理論とその$f(Q)$拡張は、一般相対論（GR）の有望な代替として浮上しているが、明示的な幾何学-物質結合の役割は未だほとんど未解明である。 本研究では、一般化$f(Q,\mathcal{L}_m)$理論を提案することでこのギャップを埋める。 この理論では、重力ラグランジアン密度は非計量性スカラー$Q$と物質ラグランジアン$\mathcal{L}_m$の両方に依存する。 この定式化には当然のことながら、一致一般相対論と一般相対論の対称テレパラレル等価が特別な場合として含まれる。 計量形式論を用いて、標準的な$f(Q)$重力の方程式を一般化する対応する場の方程式を導出し、スカラー場を含むシナリオに対する修正されたクライン・ゴルドン方程式を得る。 この理論の宇宙論的含意を、フリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）宇宙の文脈で探求する。 第一段階として、$f(Q,\mathcal{L}_m)$重力に対する修正フリードマン方程式を完全な一般性で得る。 次に、$f(Q,\mathcal{L}_m)$の線形および非線形の選択から生じる特定の宇宙論モデルを調査し、標準的な$\Lambda$CDMシナリオとの詳細な比較を行い、それらの観測的帰結を検証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We use the framework of $\textit{BCFT tensor networks}$ to present a microscopic CFT derivation of the correspondence between reflected entropy (RE) and entanglement wedge cross section (EW) in AdS$_3$/CFT$_2$, for both bipartite and multipartite settings. These fixed-point tensor networks, obtained by triangulating Euclidean CFT path integrals, allow us to explicitly construct the canonical purification via cutting-and-gluing CFT path integrals. Employing modular flow in the large-$c$ limit, we demonstrate that these intrinsic CFT manipulations reproduce bulk geometric prescriptions, without assuming the AdS/CFT dictionary. The emergence of bulk geometry is traced to coarse-graining over heavy states in the large-$c$ limit. Universal coarse-grained BCFT data for compact 2D CFTs, through the relation to Liouville theory with ZZ boundary conditions, yields hyperbolic geometry on the Cauchy slice. The corresponding averaged replica partition functions reproduce all candidate EWs, arising from different averaging patterns, with the dominant one providing the correct RE and EW. In this way, many heuristic tensor-network intuitions in toy models are made precise and established directly from intrinsic CFT data. | 我々は$\textit{BCFTテンソルネットワーク}$の枠組みを用いて、AdS$_3$/CFT$_2$における反射エントロピー（RE）とエンタングルメントウェッジ断面積（EW）の対応関係を、二部および多部設定の両方について、微視的CFT法で導出する。 ユークリッドCFT経路積分を三角分割することで得られるこれらの固定点テンソルネットワークは、CFT経路積分の切断と接着による正準精製を明示的に構築することを可能にする。 大$c$極限におけるモジュラーフローを用いることで、これらの固有のCFT操作が、AdS/CFT辞書を仮定することなく、バルク幾何学的規定を再現することを示す。 バルク幾何学の出現は、大$c$極限における重い状態上の粗視化に遡ることができる。 コンパクト2次元CFTに対する普遍的粗視化BCFTデータは、ZZ境界条件を伴うリウヴィル理論との関連を通して、コーシースライス上の双曲幾何学をもたらす。 対応する平均レプリカ分割関数は、異なる平均化パターンから生じるすべての候補EWを再現し、支配的な関数が正しいREとEWを提供する。 このようにして、トイモデルにおける多くのヒューリスティックなテンソルネットワークの直感は、固有のCFTデータから直接的に精密化され、確立される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we investigate the impacts of dark matter (DM) on the properties of both static and rotating neutron stars utilizing a self-interacting DM model, motivated by the neutron decay anomaly. DM-admixed NSs are modeled by assuming chemical equilibrium between ordinary matter and the dark sector, treating a single-fluid Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) framework. By treating the DM interaction strength ($G$) as a free parameter, we explore its influence on NS properties, considering a broad range of equations of state (EoSs). Using the mass-radius constraints from NICER pulsar measurements, we constrain the DM interaction strength for each EoS via a likelihood analysis. Extending this model to rotating NSs, we analyze how centrifugal forces associated with increasing angular velocity ($\Omega$) enhance both mass and radius, causing deformation. We assess the impact of DM on rotational deformation by calculating the eccentricity, highlighting the interplay between DM and rotational forces. Since both DM and rotation simultaneously influence NS properties, we compute the relative changes in mass and radius across varying $G$ and $\Omega$ values to quantify their combined effects. | 本研究では、中性子崩壊異常に着目した自己相互作用型暗黒物質モデルを用いて、静止中性子星と回転中性子星の両方の特性に対する暗黒物質（DM）の影響を調査する。 DM混合中性子星は、通常の物質と暗黒セクター間の化学平衡を仮定し、単一流体トルマン・オッペンハイマー・フォルコフ（TOV）フレームワークを用いてモデル化される。 DM相互作用強度（$G$）を自由パラメータとして扱うことで、様々な状態方程式（EoS）を考慮しながら、DM相互作用強度が中性子星の特性に与える影響を調査する。 NICERパルサー測定から得られた質量半径制約を用いて、尤度解析により各状態方程式のDM相互作用強度を制約する。 このモデルを回転中性子星に拡張し、角速度（$\Omega$）の増加に伴う遠心力が質量と半径の両方をどのように増大させ、変形を引き起こすかを解析する。 我々は、偏心率を計算し、DMと回転力の相互作用を明らかにすることで、DMが回転変形に与える影響を評価する。 DMと回転はNS特性に同時に影響を及ぼすため、$G$と$\Omega$の値を変化させた場合の質量と半径の相対変化を計算し、それらの複合効果を定量化する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Models of quantum spacetime that are consistent with quantum energy inequalities potentially enable the formation of Planck scale wormholes. Building on the proposal of Morris, Thorne, and Yurtsever that such microscopic spacetime structures might be enlarged to macroscopic size, we revisit Roman's analysis of a wormhole in an inflationary de Sitter background. In this context, we introduce a refined quasi-local toy mechanism, which we call the local inflation bubble. This construction inflates a compact region of spacetime and thereby magnifies the underlying microstructure. Using the Einstein equations we determine the required stress-energy to sustain the bubble and obtain intrinsic lower bounds for the corresponding energy density, while acknowledging the continued reliance on exotic matter. | 量子エネルギー不等式と整合する量子時空モデルは、プランクスケールのワームホールの形成を可能にする可能性がある。 Morris、Thorne、およびYurtseverによる、このような微視的時空構造が巨視的サイズにまで拡大される可能性があるという提案に基づき、インフレーション・ド・ジッター背景におけるワームホールに関するRomanの解析を再検討する。 この文脈において、我々は改良された準局所玩具メカニズムを導入し、これを局所インフレーション・バブルと呼ぶ。 この構成は、コンパクトな時空領域を膨張させ、それによって基礎にある微視構造を拡大する。 アインシュタイン方程式を用いて、バブルを維持するために必要な応力エネルギーを決定し、対応するエネルギー密度の固有の下限値を得る。 ただし、エキゾチック物質への依存が継続していることを認識している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In early 2024, ESA formally adopted the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) space mission with the aim of measuring gravitational waves emitted in the millihertz range. The constellation employs three spacecraft that exchange laser beams to form interferometric measurements over a distance of 2.5 million kilometers. The measurements will then be telemetered down to Earth at a lower sampling frequency. Anti-aliasing filters will be used on board to limit spectral folding of out-of-band laser noise. The dominant noise in these measurements is laser frequency noise which does not cancel naturally in LISA's unequal-arm heterodyne interferometers. Suppression of this noise requires time-shifting of the data using delay operators to build virtual beam paths that simulate equal-arm interferometers. The non-commutativity of these delay operators and on-board filters manifests as a noise (flexing-filtering) that significantly contributes to the noise budget. This non-commutativity is a consequence of the non-flatness of the filter in-band. Attenuation of this noise requires high-order and computationally expensive filters, putting additional demands on the spacecraft. The following work studies an alternative method to reduce this flexing filtering noise via the introduction of a modified delay operator that accounts for the non-commutativity with the filter in the delay operation itself. Our approach allows us to reduce the flexing-filtering noise by over six orders of magnitude whilst reducing the dependency on the flatness of the filter. The work is supplemented by numerical simulations of the data processing chain that compare the results with those of the standard approach. | 2024年初頭、ESAは、ミリヘルツ帯で放射される重力波の測定を目的としたレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）宇宙ミッションを正式に採用しました。 このコンステレーションは、3機の宇宙機で構成され、250万キロメートルの距離にわたってレーザービームを交換し、干渉計測を行います。 計測結果は、より低いサンプリング周波数で地球にテレメータ伝送されます。 帯域外レーザーノイズのスペクトル折り返しを抑制するため、搭載されたアンチエイリアシングフィルターが役立ちます。 これらの計測における支配的なノイズはレーザー周波数ノイズであり、これはLISAの不等腕ヘテロダイン干渉計では自然に打ち消されません。 このノイズを抑制するには、遅延演算子を用いてデータを時間シフトし、等腕干渉計をシミュレートする仮想ビームパスを構築する必要があります。 これらの遅延演算子とオンボードフィルタの非可換性は、ノイズバジェットに大きく寄与するノイズ（フレキシングフィルタリング）として現れます。 この非可換性は、帯域内フィルタの非平坦性の結果です。 このノイズを減衰させるには、高次で計算コストの高いフィルタが必要となり、宇宙機への負荷が増大します。 以下の研究では、遅延演算自体においてフィルタとの非可換性を考慮した修正遅延演算子を導入することにより、このフレキシングフィルタリングノイズを低減する代替手法を検討します。 この手法により、フィルタの平坦性への依存性を低減しながら、フレキシングフィルタリングノイズを6桁以上低減できます。 本研究では、データ処理チェーンの数値シミュレーションを実施し、その結果を標準的な手法の結果と比較します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Symbolic Regression (SR) is a machine learning approach that explores the space of mathematical expressions to identify those that best fit a given dataset, balancing both accuracy and simplicity. We apply SR to the study of Gray-Body Factors (GBFs), which play a crucial role in the derivation of Hawking radiation and are recognized for their computational complexity. We explore simple analytical forms for the GBFs of the Schwarzschild Black Hole (BH). We compare the results obtained with different approaches and quantify their consistency with those obtained by solving the Teukolsky equation. As a case study, we apply our pipeline, which we call \texttt{ReGrayssion}, to the study of Primordial Black Holes (PBHs) as Dark Matter (DM) candidates, deriving constraints on the abundance from observations of diffuse extragalactic $\gamma$-ray background. These results highlight the possible role of SR in providing human-interpretable, approximate analytical GBF expressions, offering a new pathway for investigating PBH as a DM candidate. | 記号回帰（SR）は、数式空間を探索し、与えられたデータセットに最も適合する数式を特定し、精度と簡潔さのバランスをとる機械学習手法です。 本研究では、ホーキング放射の導出において重要な役割を果たし、計算が複雑であることで知られるグレイ体因子（GBF）の研究にSRを適用します。 シュワルツシルトブラックホール（BH）のGBFの単純な解析的形式を探求します。 異なる手法で得られた結果を比較し、テウコルスキー方程式を解くことで得られた結果との整合性を定量化します。 ケーススタディとして、\texttt{ReGrayssion}と呼ぶパイプラインを、暗黒物質（DM）候補としての原始ブラックホール（PBH）の研究に適用し、拡散した銀河系外$\gamma$線背景の観測から存在量に関する制約を導き出します。 これらの結果は、SRが人間が解釈可能な近似解析的GBF表現を提供する上で果たす役割の可能性を浮き彫りにし、PBHをDM候補として調査するための新たな道筋を示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We compute the modular flow and conjugation of time interval algebras of conformal Generalized Free Fields (GFF) in $(0+1)$-dimensions in vacuum. For non-integer scaling dimensions, for general time-intervals, the modular conjugation and the modular flow of operators outside the algebra are non-geometric. This is because they involve a Generalized Hilbert Transform (GHT) that treats positive and negative frequency modes differently. However, the modular conjugation and flows viewed in the dual bulk AdS$_2$ are local, because the GHT geometrizes as the local antipodal symmetry transformation that pushes operators behind the Poincar\'e horizon. These algebras of conformal GFF satisfy a $\textit{Twisted Modular Inclusion}$ and a $\textit{Twisted Modular Intersection}$ property. We prove the converse statement that the existence of a (twisted) modular inclusion/intersection in any quantum system implies a representation of the (universal cover of) conformal group $PSL(2,\mathbb{R})$, respectively. We discuss the implications of our result for the emergence of Stringy AdS$_2$ geometries in large $N$ theories without a large gap. Our result applied to higher dimensional eternal AdS black holes explains the emergence of two copies of $PSL(2,\mathbb{R})$ on future and past Killing horizons. | 真空中の $(0+1)$ 次元における共形一般化自由場 (GFF) の時間区間代数のモジュラーフローと共役を計算する。 非整数スケーリング次元の場合、一般の時間区間では、代数外部の作用素のモジュラー共役とモジュラーフローは非幾何的である。 これは、これらが正と負の周波数モードを別々に扱う一般化ヒルベルト変換 (GHT) を伴うためである。 しかし、双対バルク AdS$_2$ から見たモジュラー共役とフローは局所的である。 なぜなら、GHT は作用素をポアンカレ地平線の背後に押しやる局所対蹠対称変換として幾何化するからである。 これらの共形 GFF 代数は、$\textit{Twisted Modular Inclusion}$ と $\textit{Twisted Modular Intersection}$ の性質を満たす。 我々は、任意の量子系における（ねじれた）モジュラー包含／交差の存在は、それぞれ共形群$PSL(2,\mathbb{R})$（の普遍被覆）の表現を意味するという逆の命題を証明する。 我々は、大きなギャップのない大規模$N$理論におけるストリングAdS$_2$幾何学の出現に対する我々の結果の含意を議論する。 我々の結果を高次元永遠AdSブラックホールに適用することで、未来および過去のキリング地平線における$PSL(2,\mathbb{R})$の2つのコピーの出現を説明する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The future space-based gravitational wave observatory LISA is expected to detect massive black hole binaries (MBHBs) with high signal-to-noise ratios (SNRs), ranging up to thousands. Such high-precision observations require accurate modeling of the detector response. However, current derivations of the response function neglect the motion of the spacecraft during light travel time, omitting velocity-dependent terms of order $\beta = v/c \sim 10^{-4}$. In this work, we derive the velocity-dependent corrections to the gravitational wave response. We analyze the contribution of the velocity-terms for MBHBs in the mass range $[10^6,10^8]\:\mathrm{M}_{\odot}$ using a modified version of the state-of-the-art response simulator lisagwresponse. We find that corrections introduce residual SNRs up to $\sim 2$ for the loudest events and fractional differences up to $0.04\%$, compared to lisagwresponse. While small, these effects are comparable to current waveform modeling uncertainties and imprint distinctive sky-localization signatures, making them potentially relevant for parameter estimation of high-mass MBHBs and simulation of mock datasets. | 将来の宇宙重力波観測衛星LISAは、数千に及ぶ高信号対雑音比（SNR）で巨大ブラックホール連星（MBHB）を検出することが期待されています。 このような高精度観測には、検出器応答の正確なモデル化が必要です。 しかし、現在の応答関数の導出では、光速移動時間中の探査機の運動が考慮されておらず、$\beta = v/c \sim 10^{-4}$オーダーの速度依存項が省略されています。 本研究では、重力波応答に対する速度依存補正を導出します。 最先端の応答シミュレータlisagwresponseの改良版を用いて、質量範囲$[10^6,10^8]\:\mathrm{M}_{\odot}$におけるMBHBの速度項の寄与を解析します。 補正により、最も大きなイベントで最大$\sim 2$の残差SNRが導入され、lisagwresponseと比較して最大$0.04\%$の分数差が生じることがわかりました。 これらの影響は小さいものの、現在の波形モデリングの不確実性と同程度であり、特徴的な天空位置のシグネチャーを刻み込むため、高質量MBHBのパラメータ推定や模擬データセットのシミュレーションに関連する可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We have investigated the cosmological consequences of the model in the recently developed gravity theory [Haghani and Harko, \textit{Eur. Phys. J. C} \textbf{81} (2021) 615.] using a non-linear form of the $f(R,T,L_{m})$ function and the latest observational datasets. For flat Friedman-Lema\^{\i}tre-Robertson-Walker (FLRW) spacetime and $f(R,T,L_{m})= \alpha\,R+\beta\,RT+\gamma\,RL_{m}-\eta$ with $\alpha$, $\beta$, $\gamma$, and $\eta$ as coupling constants, we have solved the modified field equations to get the Hubble function $H(z)$ in terms of $H_{0}$, $\Omega_{m0}$, $\Omega_{r0}$, $\Omega_{\eta}$, $\beta$, and $\gamma$. To ensure that the model is consistent with the physically observed universe, we constrained the model parameters using Monte Carlo Markov Chain (MCMC) analysis on joint datasets of cosmic chronometer and Pantheon samples. Using these approximated model parameter values, we investigated the universe's cosmic evolution history, including the deceleration parameter, effective equation of state, dark energy equation of state, total dark energy density parameters, universe age, and so on. In addition, to assess the physical acceptability and stability of the generated model, we conducted the Om diagnostic test, causality test, and energy conditions test. | 我々は、最近開発された重力理論[Haghani and Harko, \textit{Eur. Phys. J. C} \textbf{81} (2021) 615.]におけるモデルの宇宙論的帰結を、$f(R,T,L_{m})$関数の非線形形式と最新の観測データセットを用いて調査した。 平坦なFriedman-Lema\^{\i}tre-Robertson-Walker (FLRW)時空と、結合定数として$\alpha$、$\beta$、$\gamma$、$\eta$を用いた$f(R,T,L_{m})= \alpha\,R+\beta\,RT+\gamma\,RL_{m}-\eta$に対して、修正された場の方程式を解き、ハッブル関数$H(z)$を$H_{0}$、$\Omega_{m0}$、$\Omega_{r0}$、$\Omega_{\eta}$、$\beta$、$\gamma$で得た。 モデルが物理的に観測された宇宙と整合することを保証するために、宇宙クロノメータとパンテオンサンプルの結合データセットに対してモンテカルロマルコフ連鎖(MCMC)解析を用いてモデルパラメータを制約した。 これらの近似モデルパラメータ値を用いて、減速パラメータ、実効状態方程式、ダークエネルギー状態方程式、全ダークエネルギー密度パラメータ、宇宙年齢などを含む宇宙の進化史を調査しました。 さらに、生成されたモデルの物理的な妥当性と安定性を評価するために、Om診断テスト、因果関係テスト、エネルギー条件テストを実施しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose Faraday waves as a probe for collective excitations in self-gravitating Bose-Einstein condensates (SGBECs), driven by periodic modulation of the $s$-wave scattering length. Linear stability analysis of the driven Gross-Pitaevskii-Newton equations reveals that parametric instability follows a Mathieu-like equation, with Faraday waves emerging resonantly when half the driving frequency matches the collective excitation frequency of the SGBEC. This framework yields a stability phase diagram that maps the competitive interplay between the unstable tongues of parametric resonance and the intrinsic Jeans instability. The diagram reveals that increasing the driving frequency compresses the Jeans-unstable region and allows well-separated parametric resonance tongues to dominate, thereby creating a clear regime for observing Faraday waves. Conversely, lowering the driving frequency expands the domain of Jeans instability, which fragments and overwhelms the parametric resonance structures. We numerically simulate Faraday wave formation and dynamics within the SGBEC, including the effects of dissipation; simulations reveal a characteristic transition from parametric-resonance-driven Faraday waves to gravity-dominated Jeans collapse as the Jeans frequency increases. | 我々は、s波散乱長の周期的変調によって駆動される自己重力ボーズ・アインシュタイン凝縮体（SGBEC）における集団励起のプローブとしてファラデー波を提案する。 駆動されたグロス・ピタエフスキー・ニュートン方程式の線形安定性解析から、パラメトリック不安定性はマシュー型方程式に従い、駆動周波数の半分がSGBECの集団励起周波数と一致するとファラデー波が共鳴的に出現することが明らかになった。 この枠組みは、パラメトリック共鳴の不安定な舌と固有のジーンズ不安定性との間の競合的な相互作用をマッピングした安定性相図を与える。 この相図は、駆動周波数の増加がジーンズ不安定領域を圧縮し、十分に分離されたパラメトリック共鳴舌が支配的になり、それによってファラデー波を観測するための明確な領域が形成されることを示している。 逆に、駆動周波数を下げると、ジーンズ不安定性の領域が拡大し、パラメトリック共鳴構造が断片化され、圧倒されます。 SGBEC内のファラデー波の形成とダイナミクスを、散逸の影響を含めて数値的にシミュレーションしました。 シミュレーションでは、ジーンズ周波数が増加するにつれて、パラメトリック共鳴駆動ファラデー波から重力支配のジーンズ崩壊への特徴的な遷移が明らかになりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work explores the prospect of using the plunge to identify potential black hole mimickers. We show that the plunge excites two generic spectral features. (i) At low frequencies, there is a comb of sharp resonances at the real parts of the mimicker quasi-normal modes. (ii) Above a threshold $M\omega_{\rm th}\!\approx\!0.39$ (for the dominant mode), the spectrum undergoes a qualitative break: with the black hole mimicker displaying significant deviations from the black hole. Though individual plunge SNRs in extreme mass ratio events are low and detecting them in a sea of noise is difficult, the coherent spectral features identified here may allow for enhancing the SNR by using multiple events. | 本研究では、プランジ現象を用いて潜在的なブラックホール模倣物体を特定する可能性を探る。 プランジ現象は2つの一般的なスペクトル特性を励起することを示す。 (i) 低周波数域では、模倣物体の準正規モードの実部において、鋭い共鳴の櫛形構造が見られる。 (ii) 閾値$M\omega_{\rm th}\!\approx\!0.39$（支配的なモードの場合）を超えると、スペクトルは質的に変化し、ブラックホール模倣物体はブラックホールから著しく逸脱する。 極端な質量比の事象における個々のプランジ現象のSNRは低く、ノイズの海の中で検出することは困難であるが、ここで特定されたコヒーレントなスペクトル特性は、複数の事象を用いることでSNRを向上させる可能性を秘めている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Ultralight bosons around comparable-mass binaries can form gravitationally bound states analogous to molecules once the binary separation decreases below the boson's Bohr radius, with the inner region co-moving with the binary. We simulate the formation of these gravitational molecules, determine their co-moving regions, and compute ionization fluxes induced by orbital motion for various binary eccentricities. We develop semi-analytic formalisms to describe the ionization dynamics of both the co-moving and non-co-moving regions, demonstrating consistency with numerical simulation results. From ionization fluxes, we estimate their backreaction on binary orbital evolution. At early stages, molecule ionization can dominate over gravitational wave emission, producing a spectral turnover in the gravitational wave background. Additionally, ionization of the co-moving component occurs solely due to binary eccentricity, causing orbital circularization. | 質量が同等の連星の周囲にある超軽量ボソンは、連星間の距離がボソンのボーア半径よりも小さくなると、分子に類似した重力束縛状態を形成し、内部領域が連星と共動する。 我々はこれらの重力分子の形成をシミュレーションし、それらの共動領域を決定し、様々な連星離心率における軌道運動によって誘起される電離フラックスを計算する。 我々は、共動領域と非共動領域の両方における電離ダイナミクスを記述するための半解析的形式論を開発し、数値シミュレーション結果との整合性を示した。 電離フラックスから、連星軌道の進化に対する反作用を推定する。 初期段階では、分子の電離が重力波放射よりも優勢となり、重力波背景スペクトルのターンオーバーを引き起こす可能性がある。 さらに、共動成分の電離は連星の離心率によってのみ起こり、軌道の円形化を引き起こします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In a recent article we showed that the analog of the cosmological constant in two spacetime dimensions for a wide variety of integrable quantum field theories has the form $\rho_{\rm vac} = - m^2 /2 \mathfrak{g} $ where $m$ is a physical mass and $\mathfrak{g} $ is a generalized coupling, where in the free field limit $\mathfrak{g} \to 0$, $\rho_{\rm vac}$ diverges. We speculated that in four spacetime dimensions $\rho_{\rm vac} $ takes a similar form $\rho_{\rm vac} = - m^4/2 \mathfrak{g}$, but did not support this idea in any specific model. In this article we study this problem for $\lambda \phi^4$ theory in $d$ spacetime dimensions. We show how to obtain the exact $\rho_{\rm vac}$ for the sinh-Gordon theory in the weak coupling limit by using a saddle point approximation. This calculation indicates that the cosmological constant can be well-defined, positive or negative, without spontaneous symmetry breaking. We also show that $\rho_{\rm vac}$ satisfies a Callan-Symanzik type of renormalization group equation. For the most interesting case physically, $\rho_{\rm vac}$ is positive and can arise from a marginally relevant negative coupling $\mathfrak{g}$ and the cosmological constant flows to zero at low energies. | 最近の論文で、様々な積分可能な量子場の理論において、2次元時空における宇宙定数の類似体が $\rho_{\rm vac} = - m^2 /2 \mathfrak{g} $ の形をとることを示した。 ここで $m$ は物理的な質量、$\mathfrak{g} $ は一般化された結合であり、自由場の極限 $\mathfrak{g} \to 0$ では $\rho_{\rm vac}$ は発散する。 4次元時空においては $\rho_{\rm vac} $ は同様の形 $\rho_{\rm vac} = - m^4/2 \mathfrak{g}$ をとると推測したが、この考えを特定のモデルで裏付けることはできなかった。 本論文では、この問題を $d$ 次元時空における $\lambda \phi^4$ 理論について考察する。 鞍点近似を用いて、弱結合極限における sinh-Gordon 理論の正確な $\rho_{\rm vac}$ を得る方法を示す。 この計算は、宇宙定数が自発的対称性の破れなしに、正または負の値を明確に定義できることを示している。 また、$\rho_{\rm vac}$ が Callan-Symanzik 型のくりこみ群方程式を満たすことも示す。 物理的に最も興味深いケースとして、$\rho_{\rm vac}$ は正であり、限界的に重要な負の結合 $\mathfrak{g}$ から生じ、低エネルギーで宇宙定数がゼロに流れ込む場合がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present multifermions in the spherically symmetric Einstein-Dirac system. Dirac fermions are self-localized within a spherically symmetric Einstein gravity, i.e., the Schwarzschild-like space-time metric. Most of previous studies of the Einstein-Dirac system are restricted to two neutral fermions or to many fermions with the same high-angular momentum filling a single shell. Our model considers full-filling of fermions in multiple shells, similarly to the conventional nuclear shell model. We solve the model for fermion numbers $N_\textrm{f}=2,6,12$ and $20$, which can realize a spherically symmetric system. Even single-shell multifermions exhibit a multipeak structure and fragmentation in the high redshift region. The behavior observed in our multishell model can be explained by interactions between the shells and resulting delocalization. We also investigate the pressure of the solutions which defines the existence (or absence) of intershell interactions. The radial pressure is attractive, supporting compactness of the solutions. Finally, we show the correlations between the nontrivial changes in the Shannon entropy (a logarithmic measure of information content) and the structural deformations of the solutions. | 球対称アインシュタイン-ディラック系におけるマルチフェルミオンを提示する。 ディラックフェルミオンは、球対称アインシュタイン重力、すなわちシュワルツシルト型時空計量内に自己局在する。 これまでのアインシュタイン-ディラック系研究のほとんどは、2つの中性フェルミオン、または単一の殻を満たす同じ高角運動量を持つ多数のフェルミオンに限定されている。 我々のモデルは、従来の原子核殻モデルと同様に、複数の殻におけるフェルミオンの完全充填を考慮する。 球対称系を実現できるフェルミオン数$N_\textrm{f}=2, 6, 12$、および$20$についてモデルを解く。 単一殻のマルチフェルミオンでさえ、高赤方偏移領域で多ピーク構造とフラグメンテーションを示す。 我々のマルチシェルモデルで観測される挙動は、シェル間の相互作用と、その結果生じる非局在化によって説明できる。 また、シェル間相互作用の有無を定義する解の圧力についても調べた。 ラジアル圧力は引力であり、解のコンパクト性を支持する。 最後に、シャノンエントロピー（情報量の対数的尺度）の非自明な変化と解の構造変形との間の相関関係を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Current population models of binary black hole distributions are difficult to interpret because standard population inferences hinge on modeling choices, which can mask or mimic real structure. The maximum population likelihood ``$\pistroke$ formalism'' provides a means to investigate and interpret features in the distribution of binary black holes using only data -- without specifying a population model. It tells us if features inferred from current population models are truly present in the data or if they arise from model misspecification. It also provides guidance for developing new models by highlighting previously unnoticed features. In this study, we utilize the $\pistroke$ formalism to examine the binary black hole population in the LIGO--Virgo--KAGRA (LVK) fourth Gravitational-Wave Transient Catalog (GWTC-4). Our analysis supports the existence of a gap around $45\,M_\odot$ in the secondary black hole mass distribution and identifies a widening in the distribution of the effective inspiral spin parameter $\chi_\text{eff}$ near this mass as recently reported by Tong et al. (2025). Similar to earlier studies, we find support for an anti-correlation between $\chi_\text{eff}$ and mass ratio. However, we argue that this may be a spurious correlation arising from misspecification of the joint distribution of black hole masses. Furthermore, we identify support for dimensionless black hole spin magnitudes at approximately $\chi \approx 0.2$ and $\chi\approx0.7$. The data support the existence of a correlation between the spin magnitudes $\chi_1$ and $\chi_2$, though subsequent study is required to determine if this feature is statistically significant. The accompanying data release includes $\pistroke$ samples, which can be used to compare theoretical predictions to LVK data and to assess assumptions in parameterised models. | 連星ブラックホール分布の現在の種族モデルは、標準的な種族推定がモデルの選択に依存しており、それが実際の構造を隠したり模倣したりする可能性があるため、解釈が困難です。 最大種族尤度「$\pistroke$ 形式主義」は、種族モデルを特定することなく、データのみを用いて連星ブラックホールの分布の特徴を調査・解釈する手段を提供します。 この形式主義は、現在の種族モデルから推定された特徴がデータに実際に存在するのか、それともモデルの誤指定から生じたものなのかを示します。 また、これまで注目されていなかった特徴を明らかにすることで、新しいモデル開発の指針も提供します。 本研究では、$\pistroke$ 形式主義を用いて、LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) 第4重力波トランジェントカタログ (GWTC-4) における連星ブラックホールの種族を調査します。 我々の解析は、二次ブラックホールの質量分布において$45\,M_\odot$付近にギャップが存在することを支持し、Tong et al. (2025) が最近報告したように、この質量付近で有効インスパイラルスピンパラメータ$\chi_\text{eff}$の分布が広がることを明らかにした。 以前の研究と同様に、$\chi_\text{eff}$と質量比の間に逆相関関係があることを支持する結果が得られた。 しかし、これはブラックホール質量の結合分布の誤った指定に起因する偽相関である可能性があると我々は主張する。 さらに、無次元ブラックホールのスピン振幅が約$\chi \approx 0.2$および$\chi\approx 0.7$であることを支持する結果も得た。 データはスピン振幅$\chi_1$と$\chi_2$の間に相関関係があることを支持するが、この特徴が統計的に有意かどうかを判断するには今後の研究が必要である。 付随するデータリリースには$\pistroke$サンプルが含まれており、これを使用して理論予測をLVKデータと比較したり、パラメータ化モデルの仮定を評価したりすることができます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the mass--spin diagram for classifying black holes and studying their formation pathways providing an analogue to the Hertzsprung-Russell diagram. This allows for black hole evolutionary tracks as a function of redshift, combining formation, accretion, and merger histories for the variety of black hole populations. A realistic black hole continuum constructed from initial mass and spin functions and approximate redshift evolution reveals possible black hole main sequences, such as sustained coherent accretion through cosmic time or hierarchical merger trees. In the stellar-mass regime, we use a binary population synthesis software to compare three spin prescriptions for tidal evolution of Wolf-Rayet progenitors, showing how the mass--spin diagram exposes interesting modeling differences. We then classify black hole populations by applying supervised and unsupervised machine learning clustering methods to mass--spin datasets. While bare unsupervised clustering can nearly recover canonical population boundaries (stellar-mass, intermediate-mass, and supermassive), a more sophisticated approach utilizing deep learning via variational autoencoders for latent space representation learning aids in clustering of realistic datasets with subclasses that highly overlap in mass--spin space. We find that a supervised random forest can accurately recover the correct clusters from the learned latent space representation depending on the complexity of the underlying dataset, semi-supervised methods show potential for further development, and the performance of unsupervised classifiers is a great challenge. Our findings motivate future machine learning applications and demonstrate that the mass--spin diagram can be used to connect gravitational-wave and electromagnetic observations with theoretical models. | ブラックホールを分類し、その形成経路を研究するための質量-スピン図を提示します。 これはヘルツシュプルング-ラッセル図に類似したものです。 これにより、様々なブラックホール種族の形成、集積、合体の歴史を統合し、赤方偏移の関数としてブラックホールの進化軌跡を描くことができます。 初期の質量とスピン関数、および近似的な赤方偏移の進化から構築された現実的なブラックホール連続体は、宇宙時間を通しての持続的なコヒーレント集積や階層的な合体樹など、ブラックホールの主系列の可能性を明らかにします。 恒星質量領域では、連星種族合成ソフトウェアを用いて、ウォルフ-ライエ起源の潮汐進化に関する3つのスピン処方を比較し、質量-スピン図が興味深いモデリングの違いを明らかにすることを示します。 次に、質量-スピンデータセットに教師ありおよび教師なし機械学習クラスタリング手法を適用することで、ブラックホール種族を分類します。 教師なしクラスタリングのみでも、標準的な種族境界（恒星質量、中間質量、超質量）をほぼ復元できますが、潜在空間表現学習のための変分オートエンコーダを介した深層学習を用いたより洗練されたアプローチは、質量-スピン空間で高度に重複するサブクラスを持つ現実的なデータセットのクラスタリングに役立ちます。 教師ありランダムフォレストは、学習した潜在空間表現から、基礎となるデータセットの複雑さに応じて正しいクラスターを正確に復元できることが分かりました。 半教師あり手法はさらなる開発の可能性を示しており、教師なし分類器の性能は大きな課題です。 私たちの研究結果は、将来の機械学習アプリケーションの発展を促すものであり、質量-スピン図を用いて重力波と電磁気観測を理論モデルと結び付けることができることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Lema\^{\i}tre-Tolman-Bondi (LTB) solution to the Einstein equations describes the dynamics of a self-gravitating spherically symmetric dust cloud with an arbitrary density profile and any distribution of initial velocities, encoded in three arbitrary functions $f(R)$, $F(R)$, and $\tau_0(R)$, where $R$ is a radial coordinate in the comoving reference frame. A particular choice of these functions corresponds to a wormhole geometry with a throat defined as a sphere of minimum radius at a fixed time instant. In this paper we explore LTB wormholes and discuss their possible observable appearance studying in detail the effects of gravitational lensing by such objects. For this aim, we study photon motion in wormhole space-time inscribed in a closed Friedmann dustfilled universe and find the wormhole shadow as it could be seen by a distant observer. Since the LTB wormhole is a dynamic object, we analyze the dependence of its shadow size on the observation time and on the initial size of the wormhole region. We reveal that the angular size of the shadow exhibits a non-monotonic dependence on the observation time. At early times, the shadow size decreases as photons with smaller angular momentum gradually reach the observer. At later times, the expansion of the Friedmann Universe becomes a dominant factor that leads to an increase in the shadow size. | アインシュタイン方程式のLema\^{\i}tre-Tolman-Bondi (LTB)解は、任意の密度プロファイルと任意の初期速度分布を持つ、自己重力球対称ダストクラウドのダイナミクスを記述し、3つの任意の関数$f(R)$、$F(R)$、$\tau_0(R)$で符号化される。 ここで、$R$は共動参照系におけるラジアル座標である。 これらの関数の特定の選択は、固定された瞬間における最小半径の球として定義されるスロートを持つワームホール形状に対応する。 本論文では、LTBワームホールを探求し、そのような天体による重力レンズ効果を詳細に研究することにより、観測可能な外観について議論する。 この目的のために、我々は、ダストで満たされた閉じたフリードマン宇宙に内接するワームホール時空における光子の運動を研究し、遠方の観測者から見えるワームホールシャドウを見つける。 LTBワームホールは動的な物体であるため、その影の大きさが観測時間とワームホール領域の初期サイズにどのように依存するかを解析する。 その結果、影の角度の大きさは観測時間に対して非単調な依存性を示すことが明らかになった。 初期段階では、角運動量の小さい光子が徐々に観測者に到達するため、影の大きさは減少する。 後期段階では、フリードマン宇宙の膨張が支配的な要因となり、影の大きさが増加する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the renormalisation of Einstein gravity using a novel subtraction scheme in dimensional regularisation. The one-loop beta function for Newton's constant receives contributions from poles in even dimensions and can be mapped to the beta function obtained using a proper-time cutoff. Field redefinitions are used to remove off-shell contributions to the renormalisation group equations. To check the consistency of our approximations we use a general parametrisation of the metric fluctuation. Within truncations of the derivative expansion and the expansion in Newton's constant, we show that the parametrisation dependence can be removed order by order. Going to all orders in the scalar curvature an all-order beta function for Newton's constant is obtained that is independent of the parameterisation. The beta function vanishes at the Reuter fixed point and the critical exponent is in good agreement with non-perturbative calculations. Finally, we compare the critical exponent to the counterpart computed via Causal Dynamical Triangulations (CDT). | 次元正則化における新しい減算法を用いて、アインシュタイン重力の繰り込みを考察する。 ニュートン定数の1ループベータ関数は、偶数次元の極からの寄与を受け、固有時間カットオフを用いて得られるベータ関数に写像できる。 繰り込み群方程式へのオフシェル寄与を除去するために、場の再定義を用いる。 近似値の整合性を確認するために、計量変動の一般的なパラメータ化を用いる。 微分展開とニュートン定数展開の打ち切りの範囲内で、パラメータ化依存性を次数ごとに除去できることを示す。 スカラー曲率のすべての次数について、パラメータ化に依存しないニュートン定数の全次ベータ関数が得られる。 ベータ関数はロイター不動点で零となり、臨界指数は非摂動計算とよく一致する。 最後に、臨界指数を因果動的三角測量（CDT）によって計算された対応する指数と比較します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Complex states of quantum gravity in flat and AdS gravity can have features that are inaccessible to classical asymptotic observers. The missing information appears to such observers to be hidden behind a horizon or in a baby universe. Here we use the gravitational path integral to ask whether quantum observables can access the hidden data. We show that generic probes give a universal result and contain no information about the state. However, a probe appropriately fine-tuned to the state can give a large signal because of novel wormhole saddles in the path integral. Thus, in these settings, asymptotic observers cannot easily determine the state of the universe, but can check a proposal for it. Using these fine-tuned probes we show that an asymptotic observer can detect information hidden in a disconnected baby universe. Furthermore we show that the state of a two-boundary black hole can be detected using Lorentzian operators localised on just one of the boundaries. | 平坦重力とAdS重力における量子重力の複雑な状態は、古典的な漸近観測者にはアクセスできない特徴を持つことがあります。 そのような観測者には、失われた情報は地平線の背後、あるいはベビー宇宙に隠されているように見えます。 ここでは、重力経路積分を用いて、量子観測量が隠されたデータにアクセスできるかどうかを検証します。 一般的なプローブは普遍的な結果を与え、状態に関する情報を含まないことを示します。 しかし、状態に合わせて適切に微調整されたプローブは、経路積分における新しいワームホールサドルのために大きな信号を与える可能性があります。 したがって、これらの設定では、漸近観測者は宇宙の状態を容易に決定することはできませんが、その提案を検証することはできます。 これらの微調整されたプローブを用いて、漸近観測者が切断されたベビー宇宙に隠された情報を検出できることを示します。 さらに、2境界ブラックホールの状態は、境界の1つだけに局在するローレンツ演算子を用いて検出できることを示します。 |