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| Original Text | 日本語訳 |
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| It is well known that the area of the de Sitter cosmological horizon is related to the entropy of the bulk spacetime. Recent work has however shown that the horizon encodes more information about the bulk spacetime than just the entropy. In this work, we show that the horizon contains all of the gauge invariant (diffeomorphism and $U(1)$) information about (static albeit unstable) configurations of charged and rotating objects placed deep inside the de Sitter spacetime. We study highly symmetric objects, such as dipoles and cubes, built of objects with electric charge and angular momentum at their vertices. We show how these configurations affect the geometry of the cosmological horizon and imprint detailed information about the objects in the bulk onto the cosmological horizon. | ド・ジッター宇宙の地平線の面積はバルク時空のエントロピーと関連していることはよく知られている。 しかしながら、最近の研究は、地平線がエントロピーだけでなくバルク時空に関するより多くの情報を符号化していることを示している。 本研究では、地平線が、ド・ジッター時空の奥深くに配置された荷電回転物体の（静的ではあるが不安定な）配置に関するゲージ不変な（微分同相写像と$U(1)$）情報をすべて含んでいることを示す。 我々は、頂点に電荷と角運動量を持つ物体で構成される双極子や立方体などの高度に対称な物体を研究する。 これらの配置が宇宙の地平線の幾何学にどのように影響し、バルク内の物体に関する詳細な情報を宇宙の地平線に刻み込むかを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss the generalisation of the Weyl double copy to higher spin "multi-copies", showing how the natural linearised higher spin field strengths can be related to sums of powers of the Maxwell tensor. The tracelessness of the field strength involves the appropriate Fronsdal equations of motion for the higher spin field. We work with spacetimes admitting Kerr-Schild coordinates and give a number of examples in different dimensions. We note that the multi-copy is particularly transparent in four dimensions if one uses spinor descriptions of the fields, relating this to the Penrose transform. The higher-dimensional spinor multicopy is also explored and reveals some interesting new features arising from the little group based identification of higher spin field strengths and Maxwell tensor types. We then turn to the vector superspace formalism describing higher spin and `continuous' spin representations given by Schuster and Toro, based on symmetric tensor fields. Here the Kerr-Schild higher spin fields we have used earlier naturally package into a simple expression involving an arbitrary function, when the continuous spin scale $\rho$ is set to zero. Further, we discuss the case of an anti-de Sitter background, where there is also a vector space formalism given by Segal and we clarify this approach using a different definition of the covariant derivative. We give a general solution of Kerr-Schild type and finally we describe some of the obstacles to a continuous spin formulation. | ワイル二重コピーの高次スピン「多重コピー」への一般化について議論し、自然線形化された高次スピン場の強度がマクスウェルテンソルの冪の和とどのように関連しているかを示す。 場の強度のトレースレス性は、高次スピン場に対する適切なフロンスダール運動方程式を伴う。 カー・シルト座標を許容する時空を扱い、異なる次元におけるいくつかの例を示す。 場のスピノル記述を用いると、多重コピーは4次元において特に透明になり、これをペンローズ変換と関連付ける。 高次元スピノル多重コピーについても検討し、高次スピン場の強度とマクスウェルテンソルの型の小群に基づく識別から生じるいくつかの興味深い新機能を明らかにする。 次に、対称テンソル場に基づき、シュスターとトロによって与えられた高次スピンと「連続」スピン表現を記述するベクトル超空間形式論について考察する。 ここで、連続スピンスケール$\rho$をゼロに設定すると、これまで用いたKerr-Schild高次スピン場は、任意の関数を含む単純な表現に自然にまとめられる。 さらに、Segalによって与えられたベクトル空間形式も存在する反ド・ジッター背景の場合について議論し、共変微分の異なる定義を用いてこのアプローチを明確にする。 Kerr-Schild型の一般解を与え、最後に連続スピン定式化におけるいくつかの障害について説明する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a framework based on modern amplitude techniques to analyze emission and absorption effects in black hole physics, including Hawking radiation. We first discuss quantum field theory on a Schwarzschild background in the Boulware and Unruh vacua, and introduce the corresponding $S$-matrices. We use this information to determine on-shell absorptive amplitudes describing processes where a black hole transitions to a different mass state by absorbing or emitting quanta, to all orders in gravitational coupling. This on-shell approach allows for a universal description of black holes, with their intrinsic differences encapsulated in the discontinuities of the amplitudes, without suffering from off-shell ambiguities such as gauge freedom. Furthermore, the absorptive amplitudes serve as building blocks to describe physics beyond that of isolated black holes. As applications, we find that the Hawking thermal spectrum is well understood by three-point processes. We also consider a binary system and compute the mass shift of a black hole induced by the motion of a companion object, including quantum effects. We show that the mean value of the mass shift is classical and vacuum-independent, while its variance differs depending on the vacuum choice. Our results provide confirmation of the validity of the on-shell program in advancing our understanding of black hole physics. | 我々は、ホーキング放射を含むブラックホール物理における放出と吸収の効果を解析するための、最新の振幅手法に基づく枠組みを構築する。 まず、ブールワーおよびウンルー真空中のシュワルツシルト背景上の量子場の理論を論じ、対応する$S$行列を導入する。 この情報を用いて、ブラックホールが量子を吸収または放出することによって異なる質量状態へ遷移する過程を、重力結合のあらゆるオーダーまで記述するオンシェル吸収振幅を決定する。 このオンシェルアプローチは、ブラックホールの普遍的な記述を可能にし、振幅の不連続性に内包されたブラックホールの固有の差異によって、ゲージ自由度などのオフシェルの曖昧さに悩まされることなく記述することができる。 さらに、吸収振幅は、孤立ブラックホールの物理を超えた物理を記述するための構成要素として機能する。 応用として、ホーキング熱スペクトルは三点過程によって十分に理解できることがわかった。 また、連星系を考察し、伴天体の運動によって引き起こされるブラックホールの質量変化を量子効果を含めて計算する。 質量変化の平均値は古典的かつ真空に依存しないが、その分散は真空の選択によって異なることを示す。 我々の結果は、ブラックホール物理学の理解を深める上で、オンシェルプログラムの妥当性を裏付けるものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We reassess the realistic discovery reach of Solar System experiments for dark energy (DE) and dark matter (DM) and quantify their complementarity to dedicated cosmological probes, such as the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) and Euclid mission. In scalar-tensor frameworks with universal conformal coupling A(\phi), screening (chameleon/symmetron, Vainshtein) suppresses fifth forces in deep Solar potentials, consistent with the gravitational-wave speed bound $|c_T/c - 1| < 10^{-15}$. We treat Solar-System tests as hypothesis-driven probes: we assemble quantitative guardrails (MICROSCOPE \eta, Cassini \gamma, LLR \dot G/G and SEP, ephemeris limits on \rho_DM and Yukawa \alpha(\lambda), and clock-network searches for ultralight DM), place them alongside current cosmology posteriors, and provide an explicit map from cosmology-level linear response (e.g., $\mu_{lin,0}$) to local residuals using the screening relations (thin-shell and Vainshtein). Guided by systematics-gated criteria, we outline a near-term program -- solar-conjunction Shapiro-delay and Doppler/range tests, sustained millimeter-class LLR, global optical-clock links, refined ephemerides, and spaceborne atom interferometry (AIS) -- with realistic sensitivities $|\gamma-1|< (2-5) \times 10^{-6}$ per conjunction, $\eta_{EEP} \sim 10^{-16}$-$10^{-17}$ (AIS), $|\dot{G}/G| < (1-3) \times 10^{-14}$ yr$^{-1}$ (near-term; with LLR next-gen stations and CCRs, few x $10^{-15}$), a uniform ~2x tightening of AU-scale Yukawa/DM-density bounds, and (3-10)x gains in ultralight-DM couplings from clock networks. Primary discovery potential for late-time dark energy lies with multi-probe cosmology (geometry and growth), while a hypothesis-driven Solar System program supplies high-leverage falsification and selective discovery windows for dark matter with ultralight mediators or long-range forces. | 我々は、太陽系実験による暗黒エネルギー（DE）と暗黒物質（DM）の現実的な発見範囲を再評価し、暗黒エネルギー分光装置（DESI）やユークリッド計画といった専用の宇宙論探査機との相補性を定量化する。 普遍共形結合A(\phi)を持つスカラーテンソル枠組みにおいて、遮蔽（カメレオン／シンメトロン、ヴァインシュタイン）は深部太陽ポテンシャルにおける第五の力を抑制し、これは重力波速度の限界$|c_T/c - 1| < 10^{-15}$と整合する。 我々は太陽系テストを仮説に基づくプローブとして扱う。 すなわち、定量的なガードレール（MICROSCOPE \eta、Cassini \gamma、LLR \dot G/G および SEP、\rho_DM および Yukawa \alpha(\lambda) に対するエフェメリス制限、および超軽量 DM のクロックネットワーク探索）を構築し、それらを現在の宇宙論事後分布と並べて、遮蔽関係（薄殻および Vainshtein 関係）を用いて、宇宙論レベルの線形応答（例えば $\mu_{lin,0}$）から局所残差への明示的な写像を提供する。 系統的ゲート基準に基づき、我々は短期プログラムの概要を示す。 具体的には、太陽合のシャピロ遅延およびドップラー／距離テスト、持続的なミリ波級LLR、全球光時計リンク、精密なエフェメリス、そして宇宙搭載原子干渉計（AIS）である。 これらのプログラムでは、現実的な感度として、合あたり$|\gamma-1|< (2-5) \times 10^{-6}$、$\eta_{EEP} \sim 10^{-16}$～$10^{-17}$（AIS）、$|\dot{G}/G| < (1-3) \times 10^{-14}$ yr$^{-1}$ (短期的には、LLR次世代ステーションとCCRを考慮すれば、数倍の x $10^{-15}$）、AUスケールの湯川/DM密度境界が一様に約2倍に狭まり、時計ネットワークからの超軽量-DM結合が(3-10)倍増加する。 後期暗黒エネルギーの主な発見の可能性は、マルチプローブ宇宙論（幾何学と成長）にある。 一方、仮説主導の太陽系プログラムは、超軽量メディエーターまたは長距離力を持つ暗黒物質の、高いレバレッジ効果を持つ反証と選択的な発見の機会を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose the Jiggled Interferometer (JIGI), a novel ground-based gravitational wave detector with space-like sensitivity. Using rapidly-repeated free-fall test masses, JIGI eliminates seismic and suspension thermal noise during free fall. Compared to the Juggled Interferometer, it offers improved angular stability and avoids tracking lasers. We analyze detrending--a required step to remove actuation-induced noise--and show sensitivity gains of about four orders of magnitude in the 0.1-0.3 Hz band, relative to seismic and suspension noise extrapolated from the Cosmic Explorer. | 我々は、宇宙並みの感度を持つ地上設置型の新しい重力波検出器、ジグルド干渉計（JIGI）を提案する。 JIGIは、高速で繰り返し動作する自由落下テストマスを用いることで、自由落下中の地震性ノイズとサスペンション熱ノイズを除去する。 Juggled干渉計と比較して、JIGIは角度安定性が向上し、レーザー追尾が不要となる。 駆動誘起ノイズを除去するために必要なステップであるトレンド除去を解析し、コズミック・エクスプローラーから外挿された地震性ノイズとサスペンションノイズと比較して、0.1～0.3Hz帯域で約4桁の感度向上を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate binary neutron star (BNS) mergers using general-relativistic numerical simulations with hadronic and hybrid equations of state (EOSs), incorporating the latest observations and theoretical constraints. We address two viable scenarios for the transition to quark matter: a quark-hadron crossover (QHC) or a strong first-order phase transition (1PT). To distinguish between different models, we define neutron-quark stars (NQS) as configurations where quark effects emerge at masses below the lowest observed neutron-star mass. While traditional "hybrid stars" may be distinguished by purely hadronic configurations through mass-radius measurements, the mass-radius relations of NQSs resemble those of purely hadronic models, with no sharp boundary between hadrons and quarks. The name NQS effectively captures the absence of a phase boundary between hadrons and quarks in QHC scenarios. Our results indicate that QHC models can be distinguished from hadronic ones if both the inspiral and postmerger gravitational waves (GWs) are observed. In particular, the dominant postmerger frequency ($f_2$) tends to be lower than in hadronic models with the same tidal deformability ($\Lambda$). We also present the first general-relativistic simulations of BNS mergers where the stars already contain quark matter before merging. These involve a strong first-order phase transition (1PT) at 1.8 times nuclear saturation density, followed by a stiff quark EOS. Finally, we identify a robust linear correlation between the total GW energy emitted after the merger and the $f_2$ frequency. Remarkably, this relation holds regardless of the quark presence. | 我々は、最新の観測結果と理論的制約を組み込んだハドロン状態方程式およびハイブリッド状態方程式を用いた一般相対論的数値シミュレーションを用いて、連星中性子星（BNS）の合体を調査する。 クォーク物質への遷移については、クォーク-ハドロンクロスオーバー（QHC）と強い一次相転移（1PT）という2つの実現可能なシナリオを検討する。 異なるモデルを区別するために、我々は中性子-クォーク星（NQS）を、観測された中性子星の最低質量よりも低い質量でクォーク効果が現れる構成と定義する。 従来の「ハイブリッド星」は質量半径測定によって純粋にハドロン的な構成によって区別できるが、NQSの質量半径関係は純粋にハドロン的なモデルのそれと似ており、ハドロンとクォークの間に明確な境界はない。 NQSという名称は、QHCシナリオにおいてハドロンとクォークの間に相境界が存在しないことを効果的に捉えている。 我々の研究結果は、インスパイラル重力波と合体後重力波（GW）の両方が観測される場合、QHCモデルをハドロンモデルと区別できることを示している。 特に、支配的な合体後周波数（$f_2$）は、同じ潮汐変形能（$\Lambda$）を持つハドロンモデルよりも低くなる傾向がある。 また、合体前に既にクォーク物質を含む星が存在するBNS合体の一般相対論的シミュレーションを初めて示す。 このシミュレーションでは、核飽和密度の1.8倍での強い一次相転移（1PT）と、それに続く硬いクォークEOSが関与する。 最後に、合体後に放出される全重力エネルギーと$f_2$周波数の間にロバストな線形相関関係があることを明らかにする。 驚くべきことに、この関係はクォークの存在に関わらず成立する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper systematically investigates the quasinormal modes (QNMs) and tidal Love numbers of covariant quantum-modified black holes (BHs) within two cosmological constant-dependent metric frameworks. By deriving axial/polar perturbation equations and employing pseudospectral methods (for QNMs) and numerical integration (for Love numbers), we quantify the quantum parameter $\zeta$'s influence. We find that, higher overtones exhibit enhanced $\zeta$ sensitivity. Solution 1 maintains purely imaginary QNMs under $\zeta$ variation, whereas Solution 2 demonstrates mode transitions from real to complex for polar/axial perturbations. Furthermore, for Love number, axial perturbations show non-monotonic $\zeta$ dependence, with $\Delta\mathcal{T}^a_l$ peaking at specific $\ell$ values before decay. While for polar perturbation of the same metric displays strictly monotonic $\zeta$ effects on $\Delta\mathcal{T}^p_l$. These results highlight quantum gravity's role in BH perturbation dynamics and cosmological BH phenomenology. | 本論文では、共変量子修正ブラックホール（BH）の準正規モード（QNM）と潮汐ラブ数を、2つの宇宙定数依存計量枠組みを用いて体系的に調査する。 軸性／極性摂動方程式を導出し、擬スペクトル法（QNMの場合）と数値積分法（ラブ数の場合）を用いることで、量子パラメータ$\zeta$の影響を定量化する。 高次倍音では$\zeta$に対する感度が増大することがわかる。 解法1は$\zeta$変動下で純虚数QNMを維持するが、解法2は極性／軸性摂動に対して実モードから複素モードへの遷移を示す。 さらに、ラブ数に関して、軸性摂動は非単調な$\zeta$依存性を示し、$\Delta\mathcal{T}^a_l$は減衰前に特定の$\ell$値でピークに達する。 一方、同じ計量の極性摂動については、$\Delta\mathcal{T}^p_l$ に対する厳密に単調な $\zeta$ 効果を示します。 これらの結果は、BH 摂動ダイナミクスと宇宙論的 BH 現象論における量子重力の役割を強調しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In recent years, the Super-Kamiokande (SK) experiment has contributed to multi-messenger astronomy by searching for neutrino signals in coincidence with gravitational wave events. The fourth observing run (O4) of the LIGO/Virgo/KAGRA collaborations started in May 2023. During the initial phase, known as O4a, LIGO identified 81 gravitational wave candidates. Neutrino follow-up searches with O4a were performed in SK. While no significant signal was observed, flux limits were computed. | 近年、スーパーカミオカンデ（SK）実験は、重力波イベントと一致するニュートリノ信号の探索によって、マルチメッセンジャー天文学に貢献してきました。 LIGO/Virgo/KAGRA共同実験による第4期観測ラン（O4）は2023年5月に開始されました。 O4aと呼ばれる初期段階では、LIGOは81個の重力波候補を特定しました。 SKではO4aを用いたニュートリノ追跡探索が行われました。 有意な信号は観測されませんでしたが、フラックスの上限が算出されました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work aims to explore the gravitational consequences of a recently proposed black hole solution presented in the literature [Phys. Dark Univ. 50 (2025) 102061]. We initiate our analyzes by taking into account the horizon structure, focusing on both the event and Cauchy horizons. Subsequently, we examine the quasinormal modes by considering all types of perturbations -- scalar, vector, tensor, and spinorial. To strengthen these results, we also compute the time-domain for each perturbation. Next, we turn to the study of optical properties of the black hole. In particular, we investigate null geodesics, the photon sphere and its stability, as well as the corresponding black hole shadows. Following this, we analyze gravitational lensing phenomena in two regimes: the weak-field limit, utilizing the Gauss-Bonnet theorem, and the strong deflection limit, employing Tsukamoto's approach. In addition, we confront the lensing observables with Event Horizon Telescope (EHT) data for $Sgr A^{*}$ and $M87^{*}$. Finally, constraints on the parameter $\xi$ -- which is introduced by higher-order curvature-scalar gravity, thereby differing from the Schwarzschild solution -- are estimated using Solar System measurements such as the precession of Mercury's orbit, gravitational light bending, and time delay (or Shapiro effect). | 本研究は、文献[Phys. Dark Univ. 50 (2025) 102061]で最近提案されたブラックホール解の重力的帰結を探究することを目的とする。 まず、事象地平線とコーシー地平線の両方に焦点を当て、地平線構造を考慮することから解析を開始する。 次に、スカラー、ベクトル、テンソル、スピノルリアルといったあらゆる種類の摂動を考慮して、準正規モードを検証する。 これらの結果を補強するために、各摂動の時間領域も計算する。 次に、ブラックホールの光学特性の研究に移る。 特に、ヌル測地線、光子球とその安定性、そして対応するブラックホールシャドウを調べる。 続いて、ガウス・ボネ定理を用いた弱場極限と塚本のアプローチを用いた強偏向極限という2つの領域において、重力レンズ現象を解析する。 さらに、$Sgr A^{*}$ と $M87^{*}$ のイベント・ホライズン・テレスコープ (EHT) データを用いて、レンズ効果の観測量を比較する。 最後に、高次曲率スカラー重力によって導入され、シュワルツシルト解とは異なるパラメータ $\xi$ への制限を、水星軌道の歳差運動、重力による光の屈曲、時間遅延（シャピロ効果）といった太陽系の観測結果を用いて推定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Using spacetime Gaussian test functions, we find closed-form expressions for the smeared Wightman function, Feynman propagator, retarded and advanced Green's functions, causal propagator and symmetric propagator of a massless scalar field in the vacuum of Minkowski spacetime. We apply our results to localized quantum systems which interact with a quantum field in Gaussian spacetime regions and study different relativistic quantum information protocols. In the protocol of entanglement harvesting, we find a closed-form expression for the entanglement that can be acquired by probes which interact in Gaussian spacetime regions and obtain asymptotic results for the protocol. We also revisit the case of two gapless detectors and show that the detectors can become entangled if there is two-way signalling between their interaction regions, providing closed-form expressions for the detectors' final state. | 時空ガウス検定関数を用いて、ミンコフスキー時空の真空中における質量ゼロのスカラー場のスミア・ワイトマン関数、ファインマン伝播関数、遅延グリーン関数と進行グリーン関数、因果伝播関数、対称伝播関数の閉じた表現式を見出す。 この結果を、ガウス時空領域で量子場と相互作用する局在量子系に適用し、様々な相対論的量子情報プロトコルを研究する。 エンタングルメント・ハーベスティングのプロトコルにおいて、ガウス時空領域で相互作用するプローブによって獲得できるエンタングルメントの閉じた表現式を見出すとともに、このプロトコルの漸近的結果を得る。 また、2つのギャップレス検出器の事例を再検討し、相互作用領域間で双方向の信号伝達があれば検出器がエンタングルメント状態になり得ることを示し、検出器の最終状態の閉じた表現式を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work considers how exponential corrections to the Bekenstein-Hawking entropy formula affect the thermodynamic behavior of the FLRW cosmological model. These corrections drastically change the form of the Friedman field equations inducing non-trivial phase transition behavior. For negative values of the trace parameter $\alpha$, the system presents first-order phase transitions above the critical temperature, and for positive $\alpha$, the system undergoes a reentrant phase transition. As these corrections are presumably relevant at the early Universe stage, to corroborate the presence of some potential vestige of this contribution in the current era, a study has been carried out comparing observational data and current values of the Hubble parameter. | 本研究では、ベッケンシュタイン-ホーキングエントロピー公式に対する指数関数的補正が、FLRW宇宙論モデルの熱力学的挙動にどのように影響するかを考察する。 これらの補正は、非自明な相転移挙動を引き起こすフリードマン場方程式の形を劇的に変化させる。 トレースパラメータ$\alpha$が負の値の場合、系は臨界温度以上で一次相転移を示し、正の値の場合、系はリエントラント相転移を起こす。 これらの補正は初期宇宙段階ではおそらく関連していたため、この寄与の痕跡が現代にも残っている可能性を裏付けるために、観測データとハッブルパラメータの現在の値を比較する研究が行われた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It is commonly recognized that the primordial scalar spectral index $n_s$ is approximately $0.96-0.975$, depending on the dataset. However, this view is being completely altered by the early dark energy (EDE) resolutions of the Hubble tension, known as the most prominent tension the standard $\Lambda$CDM model is suffering from. In corresponding models with pre-recombination EDE, resolving the Hubble tension (i.e., achieving $H_0\sim 73$km/s/Mpc) must be accompanied by a shift of $n_s$ towards unity to maintain consistency with the cosmological data, which thus implies a scale invariant Harrison-Zel'dovich spectrum with $n_s=1$ $(|n_s-1|\simeq {\cal O}(0.001))$. In this work, we strengthen and reconfirm this result with the latest ground-based CMB data from ACT DR6 and SPT-3G D1, the precise measurements at high multipoles beyond the Planck angular resolution and sensitivity. Our work again highlights the importance of re-examining our understanding on the very early Universe within the broader context of cosmological tensions. | 原始スカラースペクトル指数$n_s$は、データセットに応じて約$0.96-0.975$であることが一般的に認識されています。 しかし、この見解は、標準的な$\Lambda$CDMモデルが抱える最も顕著な張力として知られるハッブル張力の初期暗黒エネルギー(EDE)解決によって完全に覆されつつあります。 再結合前EDEを含む対応するモデルでは、ハッブル張力を解決（すなわち、$H_0\sim 73$km/s/Mpcの達成）するには、宇宙論データとの整合性を維持するために$n_s$を1に近づける必要があり、これはスケール不変なハリソン・ゼルドビッチスペクトルにおいて$n_s=1$ (|n_s-1|\simeq {\cal O}(0.001))$となることを意味します。 本研究では、ACT DR6とSPT-3G D1による最新の地上CMBデータ、すなわちプランクの角度分解能と感度を超える高多極子での精密測定によって、この結果を補強し、再確認しました。 私たちの研究は、宇宙論的緊張というより広い文脈の中で、初期宇宙に関する理解を再検討することの重要性を改めて浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Understanding the formation and evolution of stellar-mass binary black holes (BBHs) requires a thorough investigation of the key physical processes involved. While one pathway involves the isolated evolution of massive binary stars, affected by uncertain stages like core-collapse supernovae and common envelope evolution, an alternative channel is dynamical formation in dense stellar environments. Newtonian gravity has traditionally provided a robust and computationally efficient framework for modeling large-scale gravitational interactions. However, accurately capturing close encounters and black hole mergers necessitates the use of general relativity. This work focuses on assessing the applicability of post-Newtonian gravity in bridging these regimes, offering a physically insightful and computationally tractable approach to modeling BBH formation in the gravitational-wave era of astronomy. | 恒星質量連星ブラックホール（BBH）の形成と進化を理解するには、関連する主要な物理過程を徹底的に調査する必要があります。 一つの経路は、大質量連星の孤立した進化であり、コア崩壊型超新星爆発や共通エンベロープ進化といった不確定な段階の影響を受けます。 もう一つの経路は、高密度恒星環境における力学的形成です。 ニュートン重力は伝統的に、大規模重力相互作用をモデル化するための堅牢で計算効率の高い枠組みを提供してきました。 しかし、接近遭遇やブラックホール合体を正確に捉えるには、一般相対論を用いる必要があります。 本研究は、これらの領域を橋渡しするポストニュートン重力の適用可能性を評価することに焦点を当て、天文学の重力波時代におけるBBH形成のモデル化に対して、物理的に洞察に富み、計算的に扱いやすいアプローチを提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a summary of several parametrisations for the nuclear equation of state that have been proposed over the past decades and list viable ranges for their parameters. Based on these parametrisations, we construct a large database of rotating neutron star models, which are arranged in sequences of constant central energy density. After filtering these sequences with respect to generous astrophysical constraints, we discover tight universal relations for various bulk quantities of uniformly rotating neutron stars of arbitrary rotation rates. These universal relations allow to estimate, at very low computational cost, bulk quantities of rotating neutron stars employing mass, radius, and moment of inertia of associated non-rotating neutron stars. The relations are calibrated to a large, model-agnostic dataset, thereby eliminating a potential bias, and prove to be robust. Such relations are important for future, high-precision measurements coming from electromagnetic and gravitational wave observations and may be used in equation of state inference codes or gravitational wave modeling among others. | 我々は、過去数十年間に提案されてきた原子核状態方程式のいくつかのパラメータ化の概要を示し、それらのパラメータの実現可能な範囲を列挙する。 これらのパラメータ化に基づいて、一定の中心エネルギー密度の列に並べられた回転中性子星モデルの大規模なデータベースを構築する。 これらの列を寛大な天体物理学的制約に従ってフィルタリングした後、任意の回転速度で均一に回転する中性子星の様々なバルク量に対する密接な普遍的関係を発見する。 これらの普遍的関係により、関連する非回転中性子星の質量、半径、および慣性モーメントを用いて、非常に低い計算コストで回転中性子星のバルク量を推定することが可能になる。 これらの関係は、モデルに依存しない大規模なデータセットに合わせて較正されているため、潜在的なバイアスが排除され、堅牢であることが証明されている。 このような関係は、将来の電磁波および重力波観測による高精度測定にとって重要であり、状態方程式推論コードや重力波モデリングなどに利用される可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose an O(100)m Atom Interferometer (AI) experiment to be installed against a wall of the PX46 access shaft to the LHC. This experiment would probe unexplored ranges of the possible couplings of bosonic ultralight dark matter (ULDM) to atomic constituents and undertake a pioneering search for gravitational waves (GWs) at frequencies intermediate between those to which existing and planned experiments are sensitive, among other fundamental physics studies. A conceptual feasibility study showed that this AI experiment could be isolated from the LHC by installing a shielding wall in the TX46 gallery, and surveyed issues related to the proximity of the LHC machine, finding no technical obstacles. A detailed technical implementation study has shown that the preparatory civil-engineering work, installation of bespoke radiation shielding, deployment of access-control systems and safety alarms, and installation of an elevator platform could be carried out during LS3, allowing installation and operation of the detector to proceed during Run 4 without impacting HL-LHC operation. These studies have established that PX46 is a uniquely promising location for an AI experiment. We foresee that, if the CERN management encourages this Letter of Intent, a significant fraction of the Terrestrial Very Long Baseline Atom Interferometer (TVLBAI) Proto-Collaboration may wish to contribute to such an AI experiment. | 我々は、LHCへのPX46アクセスシャフトの壁に設置するO(100)m原子干渉計（AI）実験を提案する。 この実験は、ボソン超軽量暗黒物質（ULDM）と原子構成物質との結合の未踏領域を探査し、既存および計画中の実験が感度を持つ周波数の中間の周波数における重力波（GW）の先駆的な探索、その他基礎物理学研究を行う。 概念的実現可能性調査では、TX46ギャラリーに遮蔽壁を設置することでこのAI実験をLHCから分離できることが示され、LHC装置との近接性に関する問題も調査されたが、技術的な障害は見つからなかった。 詳細な技術実装調査の結果、準備的な土木工事、特注の放射線遮蔽の設置、アクセス制御システムと安全警報装置の設置、エレベータープラットフォームの設置はLS3中に実施可能であり、これにより、HL-LHCの運用に影響を与えることなく、Run 4中に検出器の設置と運用を進めることができることが示されました。 これらの調査により、PX46はAI実験にとって他に類を見ない有望な場所であることが確立されました。 CERNの経営陣がこの意向書を承認すれば、地上超長基線原子干渉計（TVLBAI）プロトコラボレーションのかなりの部分が、このようなAI実験への貢献を希望する可能性があると予測されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Yes, it can. Catalogs produced by networks of Gravitational-wave interferometers are subject to complicated selection effects, and the gold-standard remains direct measurements of the detection probability through large injection campaigns. I leverage public data products from the LIGO-Virgo-KAGRA Collaborations' 3rd and 4th observing runs to show that there are non-trivial temporal variations within the detection probability that are well-described by a weekly cycle. There are clear differences between weekends and weekdays, between day and night (at the sites), and even between daylight-savings and standard time. I discuss possible causes for this behavior and implications. | はい、可能です。 重力波干渉計ネットワークによって生成されるカタログは複雑な選択効果の影響を受け、依然としてゴールドスタンダードは大規模な注入キャンペーンによる検出確率の直接測定です。 私は、LIGO-Virgo-KAGRAコラボレーションの第3回および第4回観測ランの公開データ製品を活用し、検出確率には週周期でよく説明できる、自明ではない時間変動があることを示します。 週末と平日、（観測地点における）昼と夜、さらには夏時間と標準時間の間にも明確な違いがあります。 私は、この挙動の考えられる原因とその影響について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Following Feynman's lectures on gravitation, we consider the theory of the gravitational (massless spin-2) field in flat spacetime and present the third- and fourth-order Lagrangian densities for the gravitational field. In particular, we present detailed calculations for the third-order Lagrangian density. | ファインマンの重力に関する講義に倣い、平坦時空における重力場（質量ゼロ、スピン2）の理論を考察し、重力場の3次および4次のラグランジアン密度を示す。 特に、3次のラグランジアン密度に関する詳細な計算を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The processes of splitting and merging of black holes obey the composition law generated by the Tsallis-Cirto $\delta=2$ statistics. The same composition law expresses the full entropy of the Reissner-Nordstr\"om black hole via the entropies of its outer and inner horizons. He we apply this composition law to the entropy of the Kerr black hole. As distinct from Reissner-Nordstr\"om black hole, where the full entropy depends only on mass $M$ and does not depend on its charge $Q$, the entropy of Kerr black hole is the sum of contributions from its mass $M$ and angular momentum $J$, i.e. $S(M,J)=S(M,0) + 4\pi \sqrt{J(J+1)}$. Here $S(M,0)$ is the entropy of the Schwarzschild black hole. This demonstrates that when the Kerr black hole with $J\gg 1$ absorbs or emits a massless particle with spin $s_z=\pm 1/2$, its entropy changes by $|\Delta S| = 2\pi$. We also considered the quantization of entropy suggested by the toy model, in which the black hole thermodynamics is represented by the ensemble of the Planck-scale black holes -- Planckons. | ブラックホールの分裂と合体の過程は、Tsallis-Cirto $\delta=2$ 統計によって生成される構成法則に従う。 この構成法則は、Reissner-Nordstr\"om ブラックホールの全エントロピーを、その外層と内層のエントロピーを介して表す。 この構成法則を Kerr ブラックホールのエントロピーに適用する。 Reissner-Nordstr\"om ブラックホールでは全エントロピーが質量 $M$ のみに依存し、電荷 $Q$ には依存しないのに対し、Kerr ブラックホールのエントロピーは質量 $M$ と角運動量 $J$ の寄与の合計、すなわち $S(M,J)=S(M,0) + 4\pi \sqrt{J(J+1)}$ となる。 ここで、$S(M,0)$ はシュワルツシルトブラックホールのエントロピーである。 これは、$J\gg 1$のカーブラックホールがスピン$s_z=\pm 1/2$の質量ゼロ粒子を吸収または放出すると、そのエントロピーが$|\Delta S| = 2\pi$だけ変化することを示しています。 また、ブラックホールの熱力学をプランクスケールのブラックホール（プランクオン）の集合体で表すトイモデルによって示唆されるエントロピーの量子化も考慮しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, we proposed a generalized Gibbons-Werner (GW) method for analyzing particle trajectories in rotating spacetimes, regardless of their asymptotic behavior [Huang \textit{et al.}, \href{https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2024/01/013}{J. Cosmol. Astropart. Phys. 01(2024), 013}]. Using this method, we examine the impact of the cosmological constant ($\Lambda$) on the light deflection in rotating spacetimes within the framework of Kerr-de Sitter (KdS) geometry. Although Sultana previously calculated the deflection angle of light in KdS spacetime, our study advances this research in three aspects: (i) Orbit solution -- the light trajectory is derived by directly solving the original equation of motion (EOM) without intermediate processes. (ii) Positions of the source and observer -- the finite distances of the source and observer from the lens are explicitly considered, avoiding approximations. (iii) Staticity of the source and observer -- the Randers optical space is employed to resolve the staticity constraint. Through these refined considerations, we obtain a novel expression for the deflection angle of light in KdS spacetime, accurate to second-order in $\Lambda$, as well as in the mass (M) and spin parameter (a) of the central body. Furthermore, we discuss the discrepancies between our results and previous expressions. Finally, we evaluate the observational implications of our corrections relative to Sultana's work in the lensing systems of the Sun and Sgr A*, and show that they may become observable with forthcoming high-precision astronomical measurements. | 最近、我々は、回転時空における粒子の軌道を、その漸近的挙動に関わらず解析するための一般化ギボンズ・ワーナー（GW）法を提案した[Huang \textit{et al.}, \href{https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2024/01/013}{J. Cosmol. Astropart. Phys. 01(2024), 013}]。 この方法を用いて、カー・ド・ジッター（KdS）幾何学の枠組みの中で、回転時空における光の偏向に対する宇宙定数（$\Lambda$）の影響を調べた。 Sultanaは既にKdS時空における光の偏向角を計算しているが、本研究は3つの側面においてこの研究を前進させる。 (i)軌道解 - 光の軌跡は、中間過程を経ることなく元の運動方程式（EOM）を直接解くことによって導出される。 (ii)光源と観測者の位置 - 光源と観測者からレンズまでの有限距離を明示的に考慮し、近似を避ける。 (iii)光源と観測者の静的性 - 静的制約を解決するためにRanders光学空間を用いる。 これらの洗練された考察を通して、我々はKdS時空における光の偏向角に関する新たな表現を得る。 この表現は、$\Lambda$、中心天体の質量（M）、およびスピンパラメータ（a）に関して2次の精度を持つ。 さらに、我々の結果と従来の表現との相違点についても議論する。 最後に、太陽といて座A*のレンズ系におけるサルタナの研究と比較して、我々の補正の観測的意味合いを評価し、今後の高精度天文測定によって観測可能になる可能性があることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study inflationary characterictics of the universe in $n$-DBI gravity, driven by DBI-deformed scalar fields. In this paper, we consider the evolution of the classical universe for a scalar potential whose equations of motion are expressed by a BPS-like system of first-order differential equations.The advantage of a BPS-like system is that it allows the initial condition for the wave function of the Universe in minisuperspace quantum cosmology to be automatically determined by the Hamiltonian constraint. By appropriately choosing the prepotential underlying the potential, we can construct single-scalar-field models that have the phases of exponential and power-law expansions. We show that the slow-roll parameters for our models can be expressed in terms of the prepotential with simple settings. | 我々は、DBI変形スカラー場によって駆動される$n$-DBI重力下における宇宙のインフレーション特性を研究する。 本論文では、運動方程式がBPS型一次微分方程式系で表されるスカラーポテンシャルに対する古典宇宙の発展を考察する。 BPS型系の利点は、ミニスーパースペース量子宇宙論における宇宙の波動関数の初期条件がハミルトン拘束条件によって自動的に決定されることである。 ポテンシャルの基礎となるプレポテンシャルを適切に選択することにより、指数展開とべき乗展開の位相を持つ単一スカラー場モデルを構築することができる。 我々は、我々のモデルのスローロールパラメータが、簡単な設定でプレポテンシャルを用いて表現できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a singularity-free relativistic interior solution for constructing stable quark stellar models in the framework of a linear $f(Q)$ gravity ($f(Q) = \alpha Q + \phi$) satisfying the pseudo-spheroidal geometry. The physical features and the stability of the stellar model is explored with strange star (SS) candidate EXO 1745-248 ($M = 1.7\, M_{\odot}$ and $R = 9\, km$). The Durgapal-Banerjee transformation is employed to obtain the relativistic interior solution using the MIT Bag model equation of state (EoS): $P = \frac{1}{3}(\rho - 4 B_{g})$. For a linear form of $f(Q)$ gravity, we obtain the exterior vacuum solution, which reduces to the Schwarzschild-de Sitter (SdS) solution with the cosmological constant term, $\Lambda = \frac{\phi}{2\alpha}$. The stellar model is analyzed for the different values of the spheroidicity parameter ($\mu$). The value of $\alpha$ is constrained using a viable physical limit on the Bag parameter ($B_{g} \in [57.55,95.11]\,MeV\,fm^{-3}$). The constraints on Mass-Radius relation indicates that physically acceptable SS models are permitted for $\mu \geq 7$. The contribution of $\mu$ to the energy density, pressure profiles, and other physical features is studied for the SS candidate EXO 1745-248. The stability of the stellar model obtained here is also analyzed through causality condition, adiabatic index and other stability criteria. We also investigate the stellar model for other SS candidates to test its viability. The relativistic interior solution obtained here can be used to construct viable and physically acceptable strange star models with very high compactness ratio in the framework of linear $f(Q)$ gravity. | 擬回転楕円体形状を満たす線形$f(Q)$重力（$f(Q)= \alpha Q + \phi$）の枠組みにおいて、安定なクォーク恒星モデルを構築するための特異点フリーの相対論的内部解を提示する。 この恒星モデルの物理的特徴と安定性を、ストレンジスター（SS）候補星EXO 1745-248（$M = 1.7\, M_{\odot}$、$R = 9\, km$）を用いて調査する。 MITバッグモデルの状態方程式（EoS）を用いて、Durgapal-Banerjee変換を用いて相対論的内部解を得る：$P = \frac{1}{3}(\rho - 4 B_{g})$。 線形形式$f(Q)$重力に対して、外部真空解が得られ、これは宇宙定数項$\Lambda = \frac{\phi}{2\alpha}$を伴うシュワルツシルト・ド・ジッター(SdS)解に帰着する。 恒星モデルは、球状度パラメータ($\mu$)の異なる値に対して解析される。 $\alpha$の値は、バッグパラメータ($B_{g} \in [57.55,95.11]\,MeV\,fm^{-3}$)に対する実行可能な物理的限界を用いて制約される。 質量-半径関係に対する制約は、$\mu \geq 7$において物理的に許容可能なSSモデルが許容されることを示している。 SS候補天体EXO 1745-248について、エネルギー密度、圧力プロファイル、その他の物理的特徴に対する$\mu$の寄与を研究する。 ここで得られた恒星モデルの安定性は、因果条件、断熱指数、その他の安定性基準によっても解析される。 また、他のSS候補星モデルについても調査し、その実現可能性を検証する。 ここで得られた相対論的内部解は、線形$f(Q)$重力の枠組みにおいて、非常に高いコンパクト比を持つ、実現可能で物理的に許容可能なストレンジスターモデルを構築するために使用できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we explore the potential of using TianQin missions to probe the local gravitational effects of dark matter. The TianQin project plans to launch satellites at both low and high orbits. High-precision orbit determination is expected to aid in detecting Earth's gravity or gravitational waves. By comparing the derived masses in low and high orbits, it is possible to constrain the amount of dark matter between the two spheres, hence placing a local constraint on dark matter's gravitational effect. Our results show the capability of TianQin in detecting the density of dark matter around Earth, with an ultimate sensitivity to a value of $10^{-8}\,\,{\rm kg\,\,m^{-3}}$. This detection limit surpasses the estimated bounds for the solar system and the observation results for our Galaxy by approximately 7 and 14 orders of magnitude, respectively. | 本研究では、天琴ミッションを用いて暗黒物質の局所的な重力効果を調査する可能性を探る。 天琴プロジェクトでは、低軌道と高軌道の両方に衛星を打ち上げる計画である。 高精度の軌道決定は、地球の重力や重力波の検出に役立つと期待される。 得られた低軌道と高軌道の質量を比較することで、両軌道間の暗黒物質の量を制限し、暗黒物質の重力効果に局所的な制限を課すことが可能となる。 我々の成果は、天琴が地球周辺の暗黒物質密度を検出できる能力を示しており、その究極の感度は$10^{-8}\,\,{\rm kg\,\,m^{-3}}$である。 この検出限界は、太陽系の推定限界と銀河系の観測結果をそれぞれ約7桁と14桁上回る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| When 3D relative displacement $\mathbf{r}$ and velocity $\mathbf{v}$ between the pair in a gravitationally-bound system are precisely measured, the six measured quantities at one phase can allow elliptical orbit solutions at a given gravitational parameter $G$. Due to degeneracies between orbital-geometric parameters and $G$, individual Bayesian inferences and their statistical consolidation are needed to infer $G$ as recently suggested by a Bayesian 3D modeling algorithm. Here I present a fully general Bayesian algorithm suitable for wide binaries with two (almost) exact sky-projected relative positions (as in the Gaia data release 3) and the other four sufficiently precise quantities. Wide binaries meeting the requirements of the general algorithm to allow for its full potential are rare at present, largely because the measurement uncertainty of the line-of-sight (radial) separation is usually larger than the true separation. As a pilot study, the algorithm is applied to 32 Gaia binaries for which precise HARPS radial velocities are available. The value of $\Gamma \equiv \log_{10}\sqrt{G/G_{\rm N}}$ (where $G_{\rm N}$ is Newton's constant) is $-0.002_{-0.018}^{+0.012}$ supporting Newton for a combination of 24 binaries with Newtonian acceleration $g_{\rm N}>10^{-9}$m s$^{-2}$, while it is $\Gamma=0.063_{-0.047}^{+0.058}$ or $0.134_{-0.040}^{+0.050}$ for $7\text{ or }8$ binaries with $g_{\rm N}<10^{-9}$m s$^{-2}$ (depending on one system) showing tension with Newton. The Newtonian ``outlier'' is at the boundary set by the Newtonian escape velocity, but can be consistent with modified gravity. The pilot study demonstrates the potential of the algorithm in measuring gravity at low acceleration with future samples of wide binaries. | 重力結合系における対となる天体間の3次元相対変位$\mathbf{r}$と速度$\mathbf{v}$を精密に測定すると、ある位相における6つの測定量から、与えられた重力パラメータ$G$における楕円軌道解が得られる。 軌道幾何学パラメータと$G$の間には退化があるため、$G$を推定するには、ベイズ3次元モデリングアルゴリズムによって最近示唆されたように、個々のベイズ推論とその統計的統合が必要となる。 本稿では、Gaiaデータリリース3のように2つの（ほぼ）正確な天空投影相対位置と、他の4つの十分に正確な量を持つ、広角連星に適した、完全に汎用的なベイズアルゴリズムを提示する。 一般的なアルゴリズムの潜在能力を最大限に発揮するための要件を満たす広い連星は、現時点では稀です。 これは主に、視線方向（動径方向）の分離の測定不確かさが、通常、真の分離よりも大きいためです。 予備研究として、このアルゴリズムは、HARPSの視線速度の精密なデータが利用可能な32個のガイア連星に適用されます。 ニュートン定数 $\Gamma \equiv \log_{10}\sqrt{G/G_{\rm N}}$ の値は $-0.002_{-0.018}^{+0.012}$ であり、ニュートン加速度 $g_{\rm N}>10^{-9}$m s$^{-2}$ を持つ 24 個の連星の組み合わせではニュートンの法則を支持する。 一方、システムによって $g_{\rm N}<10^{-9}$m s$^{-2}$ を持つ $7\text{ または }8$ 個の連星では $\Gamma=0.063_{-0.047}^{+0.058}$ または $0.134_{-0.040}^{+0.050}$ であり、ニュートンの法則とは矛盾する結果を示す。 ニュートンの「外れ値」はニュートンの脱出速度によって設定された境界にありますが、修正重力と整合する可能性があります。 この予備研究は、将来の広い連星のサンプルを用いて、低加速度での重力測定におけるこのアルゴリズムの可能性を実証しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| $F(R)$ models for dark energy generally exhibit a weak curvature singularity, which can be cured by adding an $R^2$ term. This correction allows for a unified description of primordial and late-time accelerated expansions. However, most existing models struggle to achieve this, as they become unstable over certain negative ranges of the Ricci scalar, where either the first or second derivative of $F(R)$ turns negative. These instabilities may disrupt the post-inflationary evolution when the Ricci scalar oscillates about the vacuum state after the $R^2$ inflation. In this work, we introduce a new model-building to guarantee global stability, i.e., the first and second derivatives are positive for all real Ricci scalars. By extending the idea from Appleby and Battye, we demonstrate that viable models can be constructed by imposing a positive, bounded first derivative of $F(R)$ with a sigmoid shape. As examples, we first reformulate and generalize the original Appleby-Battye model. Then, we propose a new dark energy model, which successfully explains the acceleration of cosmic expansion and passes local gravity tests. | ダークエネルギーの$F(R)$モデルは一般に弱い曲率特異性を示すが、これは$R^2$項を追加することで修正できる。 この修正により、原始的および後期加速膨張の統一的な記述が可能になる。 しかしながら、既存のモデルのほとんどは、リッチスカラーの特定の負の範囲（$F(R)$の1次または2次微分が負になる）で不安定になるため、この修正を達成するのに苦労している。 これらの不安定性は、$R^2$インフレーション後にリッチスカラーが真空状態の周りで振動するときに、インフレーション後の進化を阻害する可能性がある。 本研究では、すべての実リッチスカラーに対して1次および2次微分が正となる、つまり大域安定性を保証するための新しいモデル構築を導入する。 ApplebyとBattyeのアイデアを拡張し、$F(R)$のシグモイド形状を持つ正の有界一次微分を課すことで、実行可能なモデルを構築できることを示す。 例として、まず元のAppleby-Battyeモデルを再定式化し一般化する。 次に、宇宙膨張の加速をうまく説明し、局所重力テストに合格する新しいダークエネルギーモデルを提案する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Within a semiclassical framework, we investigate spherically symmetric solutions of the Einstein equations that (i) develop a trapped region within a finite time as measured by distant observers, and (ii) remain sufficiently regular at the apparent horizon. These requirements characterize the self-consistent approach, and it imposes specific constraints on the limiting form of the energy momentum tensor (EMT). Previous works argued that only certain EMT classes admit viable dynamical solutions, while discarding others (see, e.g., Terno 2020) based on reasoning that is not entirely robust. Here, we explicitly demonstrate that the discarded classes are indeed unphysical. In addition, we also introduce a new class of static solutions that are regular at the horizon and allow finite-time horizon crossing according to a distant observer. | 半古典的な枠組みの中で、(i) 遠方観測者によって測定された有限時間内に捕捉領域を発達させ、(ii) 見かけの地平線において十分に正則性を保つ、アインシュタイン方程式の球対称解を考察する。 これらの要件は自己無撞着なアプローチを特徴づけるものであり、エネルギー運動量テンソル (EMT) の極限形に特定の制約を課す。 先行研究では、特定の EMT クラスのみが有効な動的解を許容し、他のクラスは完全に堅牢ではない推論に基づいて排除されると主張されてきた (例えば、Terno 2020 を参照)。 本研究では、排除されたクラスが実際には非物理的であることを明示的に示す。 さらに、地平線において正則性を持ち、遠方観測者から見て有限時間での地平線通過を可能にする新しいクラスの静的解も導入する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss and formalize a topological means by which the initial singularity might be mollified, at the level of the spacetime manifold's structure, in classical cosmological models of a homogeneous expanding universe. The construction, dubbed a "reflective" topological big bang, generalizes Schrodinger's elliptic de Sitter space and is built to be compatible with the standard Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) picture of the large-scale universe, only minimally modifying it via some nontrivial topology at an earliest "moment" in the universe's history. We establish a mathematical characterization of the admissible topological structures of reflective topological big bangs, and we discuss implications for a standard concern in cosmology, the horizon problem. We present a nonreflective example that we've christened the Itty-Bitty Blender spacetime: this spacetime and its universal cover, the Eternal Trumpet spacetime, exhibit interesting potential structures of spacetimes avoiding the Hawking and Penrose singularity theorems. | 我々は、均質膨張宇宙の古典的宇宙論モデルにおいて、時空多様体の構造レベルで初期特異点を緩和する位相的手段を議論し、定式化する。 「反射的」位相的ビッグバンと呼ばれるこの構成は、シュレーディンガーの楕円ド・ジッター空間を一般化し、大規模宇宙の標準的なフリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）描像と整合するように構築される。 これは、宇宙史の最も初期の「瞬間」における非自明な位相を通して、それを最小限に修正するに過ぎない。 我々は、反射的位相的ビッグバンの許容される位相的構造の数学的特徴付けを確立し、宇宙論における標準的な関心事である地平線問題への示唆を議論する。 我々は「Itty-Bitty Blender 時空」と名付けた非反射的な例を提示する。 この時空とその普遍被覆である「Eternal Trumpet 時空」は、ホーキングとペンローズの特異点定理を回避した興味深い潜在的時空構造を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze the stationary, uncharged, rotating, vacuum solution to Weyl conformal gravity. We elucidate the causal and ergoregion structure of the spacetimes found in the parameter space of the metric for positive mass. These are then compared to the analogous Kerr, Kerr-de Sitter, and Kerr-Anti-de Sitter solutions to general relativity. Additionally, we investigate and derive the extremal limits for both the horizons and ergosurfaces of the spacetimes. The horizon surface gravities and Hawking temperatures at the extremal horizon limits are then calculated to show that they vanish. | ワイル共形重力の定常、非荷電、回転、真空解を解析する。 正質量計量のパラメータ空間に見られる時空の因果構造とエルゴ領域構造を明らかにする。 次に、これらを一般相対論の類似のカー解、カー・ド・ジッター解、カー・反ド・ジッター解と比較する。 さらに、時空の地平線とエルゴ面の両方について極限を調べ、導出する。 次に、極限地平線極限における地平線表面重力とホーキング温度を計算し、それらが消滅することを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the first directed searches for long-transient and continuous gravitational waves from ultralight vector boson clouds around known black holes (BHs). We use LIGO data from the first part of the fourth LIGO-Virgo-KAGRA observing run. The searches target two distinct types of BHs and use two new semicoherent methods: hidden Markov model (HMM) tracking for the remnant BHs of the mergers GW230814_230901 and GW231123_135430 (referred to as GW230814 and GW231123 in this study), and a dedicated method using the Band Sampled Data (BSD) framework for the galactic BH in the Cygnus X-1 binary system. Without finding evidence of a signal from vector bosons in the data, we estimate the mass range that can be constrained. For the HMM searches targeting the remnants from GW231123 and GW230814, we disfavor vector boson masses in the ranges $[0.94, 1.08]$ and $[2.75, 3.28] \times 10^{-13}$ eV, respectively, at 30% confidence, assuming a 1% false alarm probability. Although these searches are only marginally sensitive to signals from merger remnants at relatively large distances, future observations are expected to yield more stringent constraints with high confidence. For the BSD search targeting the BH in Cygnus X-1, we exclude vector boson masses in the range $[0.85, 1.59] \times 10^{-13}$ eV at 95% confidence, assuming an initial BH spin larger than 0.5. | 既知のブラックホール（BH）周囲の超軽量ベクトルボソン雲からの長時間過渡的および連続的な重力波の、初めての有向探索を報告する。 LIGO-Virgo-KAGRA観測計画の第4回前半のLIGOデータを使用する。 探索は2つの異なるタイプのBHを対象とし、2つの新しいセミコヒーレント手法を用いる。 1つは、GW230814_230901とGW231123_135430（本研究ではGW230814とGW231123と表記）の残余BHの隠れマルコフモデル（HMM）追跡、もう1つは、はくちょう座X-1連星系の銀河BHを対象としたバンドサンプルデータ（BSD）フレームワークを用いた専用手法である。 データ中にベクトルボソンからの信号の証拠は見つからなかったものの、制限可能な質量範囲を推定した。 GW231123とGW230814の残骸を対象とするHMM探索では、それぞれ$[0.94, 1.08]$と$[2.75, 3.28] \times 10^{-13}$ eVの範囲にあるベクトルボソン質量を、1%の誤報確率を仮定して、30%の信頼度で除外する。 これらの探索は、比較的遠距離にある合体残骸からの信号に対してわずかにしか感度がないものの、将来の観測により、高い信頼度でより厳しい制約が得られると期待される。 Cygnus X-1のBHを対象とするBSD探索では、初期のBHスピンが0.5より大きいと仮定して、$[0.85, 1.59] \times 10^{-13}$ eVの範囲にあるベクトルボソン質量を、95%の信頼度で除外する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| String-inspired models are often believed to provide an interesting framework for quantum gravity and force unification with promising prospects to resolve issues like dark matter and dark energy which cannot be satisfactorily incorporated within the framework of general relativity (GR). The goal of the present work is to investigate the role of the Einstein-Maxwell dilaton-axion (EMDA) gravity arising in the low energy effective action of the heterotic string theory in explaining astrophysical observations, in particular, the high-frequency quasi-periodic oscillations (HFQPOs) observed in the power spectrum of black holes. EMDA gravity has interesting cosmological implications and hence it is worthwhile to explore the footprints of such a theory in available astrophysical observations. This requires one to study the stationary, axi-symmetric black hole solution in EMDA gravity, which corresponds to the Kerr-Sen spacetime. Such black holes are endowed with a dilatonic charge while the rotation is sourced from the axionic field. We investigate the orbital and epicyclic frequencies of matter rotating in the Kerr-Sen spacetime and consider eleven well-studied QPO models in this work. We compare the model dependent QPO frequencies with the available observations of five BH sources, namely, XTE J1550-564, GRS 1915+105, H 143+322, GRO J1655-40 and Sgr A*. Our analysis provides constrains on the spins of the aforesaid black holes which when compared with previous estimates enables us to understand the observationally favored QPO models for each of these sources. Further, from the current data the EMDA scenario cannot be ruled out in favor of general relativity. We comment on the implications and limitations of our finding and how the present constrains compare with the existing literature. | 弦理論に着想を得たモデルは、量子重力と力の統一のための興味深い枠組みを提供すると考えられており、一般相対論（GR）の枠組みでは十分に組み込むことができない暗黒物質や暗黒エネルギーといった問題を解決する有望な可能性を秘めています。 本研究の目的は、ヘテロティック弦理論の低エネルギー有効作用から生じるアインシュタイン-マクスウェル・ディラトン-アクシオン（EMDA）重力が、天体物理学的観測、特にブラックホールのパワースペクトルで観測される高周波準周期振動（HFQPO）を説明する上でどのような役割を果たしているかを調査することです。 EMDA重力は興味深い宇宙論的意味合いを持つため、利用可能な天体物理学的観測におけるこの理論の足跡を探ることは価値があります。 そのためには、カー-セン時空に対応する、EMDA重力における定常軸対称ブラックホール解を研究する必要があります。 このようなブラックホールは、軸場を源とする回転運動を伴い、ディラトン電荷を帯びている。 本研究では、カー・セン時空を回転する物質の軌道および周転円運動の周波数を調べ、11個のよく研究されているQPOモデルを考察する。 モデルに依存するQPO周波数を、5つのブラックホール源、すなわちXTE J1550-564、GRS 1915+105、H 143+322、GRO J1655-40、Sgr A*の利用可能な観測値と比較する。 本解析は、前述のブラックホールのスピンに対する制限を与え、それを以前の推定値と比較することで、各源について観測的に好ましいQPOモデルを理解することが可能となる。 さらに、現在のデータからは、一般相対論を支持するEMDAシナリオを排除することはできない。 我々は、我々の発見の意味と限界、そして現在の制約が既存の文献とどのように比較されるかについてコメントする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Initial orbital eccentricities of gravitational wave (GW) events associated with merging binary black holes (BBHs) should provide clues to their formation scenarios, mainly because various BBH formation channels predict distinct eccentricity distributions. However, searching for inspiral GWs from eccentric BBHs is computationally challenging due to sophisticated approaches to model such GW events. This ensures that Bayesian parameter estimation methods to characterize such events are computationally daunting. These considerations influenced us to propose a novel approach to identify and characterize eccentric BBH events in the LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) collaboration data sets that leverages external attention transformer models. Employing simulated data that mimic LIGO O4 run, eccentric inspiral events modeled by an effective-one-body numerical-relativity waveform family, we show the effectiveness of our approach. By integrating this transformer-based framework with a convolutional neural network (CNN) architecture, we provide efficient way to identify eccentric BBH GW events and accurately characterize their source properties. | 合体する連星ブラックホール（BBH）に関連する重力波（GW）事象の初期軌道離心率は、主に様々なBBH形成経路が異なる離心率分布を予測するため、BBH形成シナリオの手がかりとなるはずである。 しかし、そのような重力波事象をモデル化する手法が高度に複雑なため、離心率の高いBBHからインスパイラル重力波を探索することは計算的に困難である。 このため、そのような事象を特性評価するためのベイズパラメータ推定法は計算的に困難である。 これらの考慮に基づき、我々はLIGO-Virgo-KAGRA（LVK）共同データセットにおける離心率の高いBBH事象を識別および特性評価するための、外部アテンション・トランスフォーマー・モデルを活用した新たな手法を提案する。 LIGO O4実験を模倣したシミュレーションデータ、すなわち実効一体数値相対論波形ファミリーによってモデル化された離心率の高いインスパイラル事象を用いて、本手法の有効性を示す。 このトランスフォーマーベースのフレームワークを畳み込みニューラルネットワーク（CNN）アーキテクチャと統合することで、偏心BBH重力波イベントを効率的に識別し、その発生源特性を正確に評価する方法を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a theoretical study of the magnetic field generated by a toroidal current loop situated in the equatorial plane of a non-rotating Schwarzschild black hole, based on the dynamics of charged particles. Using the exact general relativistic solution for the magnetic field, we analyze particle motion both analytically and numerically, identifying regions of stable and unstable orbits. In particular, we classify charged particle dynamics into attractive and repulsive Lorentz force configurations and show that in the attractive case, charged particles can accumulate near the current loop, forming collective currents that oppose the original current loop magnetic field. We demonstrate that charged particle accumulation can lead to the formation of toroidal structures analogous to radiation belts in the BH magnetosphere. We compare the curved spacetime solution to flat spacetime analogs and highlight general relativistic effects such as the existence of the innermost stable circular orbit for charged particles, which sets a lower bound for radiation belt formation. The divergence of the vector potential at the loop location in the idealized infinitesimal loop model is addressed, and we argue that a physically realistic model must consider a finite-width current distribution to avoid unphysical divergences in the effective potential. | 回転しないシュワルツシルトブラックホールの赤道面に位置するトロイダル電流ループによって生成される磁場について、荷電粒子のダイナミクスに基づく理論的研究を行う。 磁場の正確な一般相対論的解を用いて、粒子の運動を解析的および数値的に解析し、安定軌道と不安定軌道の領域を特定する。 特に、荷電粒子のダイナミクスを引力と斥力のローレンツ力配置に分類し、引力配置の場合、荷電粒子が電流ループ近傍に蓄積し、元の電流ループ磁場に逆らう集団電流を形成することを示す。 荷電粒子の蓄積は、ブラックホール磁気圏の放射線帯に類似したトロイダル構造の形成につながる可能性があることを示す。 曲がった時空解を平坦な時空類似物と比較し、荷電粒子の最内周安定円軌道の存在など、放射線帯形成の下限を定める一般相対論的効果を強調する。 理想化された無限小ループモデルにおけるループ位置でのベクトルポテンシャルの発散について検討し、物理的に現実的なモデルでは、有効ポテンシャルの非物理的な発散を避けるために有限幅の電流分布を考慮する必要があることを主張する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The generalized Lanczos algorithm can provide a universal method for constructing the wave function under the group structure of Hamiltonian. Based on this fact, we obtain an open two-mode squeezed state as the quantum origin for the curvature perturbation. In light of this wave function in the open system, we successfully develop a new method to calculate its corresponding power spectrum by using the Bogoliubov transformation. Unlike traditional approaches, we explicitly retain the Bogoliubov coefficients in terms of the squeezing amplitude \( r_k \) and the squeezing rotation angle \( \phi_k \). As a result, the power spectrum of the open two-mode squeezed state will match that of the Bunch-Davies vacuum numerically. Furthermore, the derivation of the open two-mode squeezed state relies on the second kind Meixner polynomial (equivalent to the generalized Lanczos algorithm) and the symmetry of the Hamiltonian. Therefore, our research may offer a new insight into the calculation of the correlation functions through a group-theoretic perspective. | 一般化Lanczosアルゴリズムは、ハミルトニアンの群構造の下で波動関数を構築するための普遍的な手法を提供する。 この事実に基づき、曲率摂動の量子原点として開放型2モードスクイーズド状態を得る。 開放系におけるこの波動関数を考慮し、ボゴリュボフ変換を用いて対応するパワースペクトルを計算する新しい手法を開発することに成功した。 従来の手法とは異なり、スクイージング振幅\(r_k\)とスクイージング回転角\(\phi_k\)に関してボゴリュボフ係数を明示的に保持する。 その結果、開放型2モードスクイーズド状態のパワースペクトルは、数値的にBunch-Davies真空のものと一致する。 さらに、開放型2モードスクイーズド状態の導出は、第二種Meixner多項式（一般化Lanczosアルゴリズムと同等）とハミルトニアンの対称性に依存する。 したがって、我々の研究は、群論的観点から相関関数の計算に新たな知見をもたらす可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider gravitational collapse of a fluid sphere with torsion generated by spin, which forms a black hole. We use the Tolman metric and the Einstein$-$Cartan field equations with a relativistic spin fluid as a source. We show that gravitational repulsion of torsion prevents a singularity, replacing it with a nonsingular bounce. Quantum particle creation during contraction prevents shear from overcoming torsion. Particle creation during expansion can generate a finite period of inflation and produce large amounts of matter. The resulting closed universe on the other side of the event horizon may have several bounces. Such a universe is oscillatory, with each cycle larger than the preceding cycle, until it reaches a size at which dark energy dominates and expands indefinitely. Our Universe might have therefore originated from a black hole existing in another universe. | スピンによってねじれが生じ、ブラックホールを形成する流体球の重力崩壊を考察する。 トルマン計量とアインシュタイン-カルタン場方程式を、相対論的スピン流体を源として用いる。 ねじれの重力反発が特異点の発生を防ぎ、特異でない跳ね返りに置き換えることを示す。 収縮中の量子粒子生成は、せん断がねじれを克服するのを妨げる。 膨張中の粒子生成は、有限期間のインフレーションを発生させ、大量の物質を生成する可能性がある。 事象の地平線の反対側にある結果として生じる閉じた宇宙は、複数回の跳ね返りを持つ可能性がある。 このような宇宙は振動しており、各サイクルは前のサイクルよりも大きくなり、最終的にはダークエネルギーが支配的になり、無限に膨張するサイズに達する。 したがって、私たちの宇宙は、別の宇宙に存在するブラックホールから発生した可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore the idea that quantum vacuum energy $\rho_{\rm vac} $ is at the origin of Gravity as a theoretical exercise. We formulate a gravitational version of the electromagnetic Casimir effect, and provide an argument for how gravity can arise from $\rho_{\rm vac} $ by showing how Einstein's field equations emerge in the form of Friedmann's equations. This leads to the idea that Newton's constant $G_N$ is environmental, namely it depends on the total mass-energy of the Universe $M_\infty $ and its size $R_\infty $, with $G_N = c^2 R_\infty /2 M_\infty$. This leads to a new interpretation of the Gibbons-Hawking entropy of de Sitter space, and also the Bekenstein-Hawking entropy for black holes, wherein the quantum information bits are quantized massless particles at the horizon with wavelength $\lambda = 2 \pi R_\infty$. We assume a recently proposed formula for $\rho_{\rm vac} \sim m_z^4/\mathfrak{g}$, where $m_z$ is the mass of the lightest particle, and $\mathfrak{g}$ is a marginally irrelevant coupling. This leads to an effective, induced RG flow for Newton's constant $G_N$ as a function of an energy scale, which indicates that $G_N$ decreases at higher energies until it reaches a Landau pole at a minimal value of the cosmological scale factor $a(t) > a_{\rm min}$, thus avoiding the usual geometric singularity at $a=0$. The solution to the scale factor satisfies an interesting symmetry between the far past and far future due to $a(t) = a(-t + 2 t_{\rm min})$, where $a(t_{\rm min}) = a_{\rm min}$. We propose that this energy scale dependent $G_N$ can explain the Hubble tension and we thereby constrain the coupling constant $\mathfrak{g}$ and its renormalization group parameters. For the $\Lambda{\rm CDM}$ model we estimate $a_{\rm min} \approx e^{-1/\hat{b} }$ where $\hat{b} \approx 0.02$ based on the Hubble tension data. | 量子真空エネルギー$\rho_{\rm vac} $が重力の起源であるという考えを理論的考察として探求する。 電磁カシミール効果の重力版を定式化し、アインシュタインの場の方程式がフリードマン方程式の形でどのように現れるかを示すことで、重力が$\rho_{\rm vac} $からどのように生じるのかを論じる。 このことから、ニュートン定数$G_N$は環境に依存する、すなわち宇宙の全質量エネルギー$M_\infty $とその大きさ$R_\infty $に依存し、$G_N = c^2 R_\infty /2 M_\infty$であるという考えに至る。 この解釈は、ド・ジッター空間のギボンズ-ホーキングエントロピー、そしてブラックホールのベッケンシュタイン-ホーキングエントロピーの新たな解釈につながる。 ブラックホールのベッケンシュタイン-ホーキングエントロピーにおいては、量子情報ビットは地平線上の波長$\lambda = 2 \pi R_\infty$を持つ量子化された質量ゼロ粒子である。 我々は最近提案された式$\rho_{\rm vac} \sim m_z^4/\mathfrak{g}$を仮定する。 ここで、$m_z$は最軽量粒子の質量であり、$\mathfrak{g}$は限界的に無関係な結合である。 この結果、エネルギースケールの関数としてニュートン定数 $G_N$ に有効な誘導RGフローが導かれ、これは高エネルギーでは $G_N$ が減少し、宇宙論的スケール因子 $a(t) > a_{\rm min}$ の最小値でランダウ極に達し、したがって通常の $a=0$ における幾何学的特異点を回避することを示しています。 スケール因子の解は、$a(t) = a(-t + 2 t_{\rm min})$（ただし $a(t_{\rm min}) = a_{\rm min}$）により、遠い過去と遠い未来の間で興味深い対称性を満たします。 このエネルギースケールに依存する $G_N$ はハッブル張力を説明できると提案し、それによって結合定数 $\mathfrak{g}$ とそのくりこみ群パラメータを制限します。 $\Lambda{\rm CDM}$モデルについては、ハッブル張力データに基づき、$a_{\rm min} \approx e^{-1/\hat{b} }$（$\hat{b} \approx 0.02$）と推定した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this manuscript, we address the issue of the loss of SU(2) internal symmetry in Loop Quantum Cosmology and its relationship with Loop Quantum Gravity. Drawing inspiration from Yang-Mills theory and employing the framework of fiber bundle theory, we propose a new gauge-invariant symmetry-reduction approach. Using this method, we successfully identify a cosmological sector of General Relativity in terms of Ashtekar variables that preserves the SU(2) structure of the theory as well as part of the diffeomorphism gauge symmetry. Additionally, we analyze the properties of cylindrical functions and the classical constraint algebra, revealing that certain cylindrical functions exhibit distinctive symmetry features. | 本稿では、ループ量子宇宙論におけるSU(2)内部対称性の喪失の問題と、ループ量子重力との関係について考察する。 ヤン＝ミルズ理論に着想を得て、ファイバーバンドル理論の枠組みを用いて、新しいゲージ不変な対称性縮小アプローチを提案する。 この手法を用いることで、アシュテカー変数を用いて一般相対論の宇宙論セクターを同定することに成功した。 このセクターは、理論のSU(2)構造と微分同相ゲージ対称性の一部を保存する。 さらに、円筒関数と古典的制約代数の性質を解析し、特定の円筒関数が特徴的な対称性を示すことを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work we elaborate on solving the trans-Planckian censorship problem of standard slow-roll inflation by using a power-law inflationary tail generated by a scalar field with an exponential potential. We use a quantitative approach by studying in detail the phase space of a combined $F(R,\phi)$ cosmological system, focusing on the de Sitter and power-law subspaces of the total phase space. As we show, the de Sitter subspace of the $F(R,\phi)$ system shares the same fixed points as the vacuum $F(R)$ gravity system and the trajectories in the phase space tend to these fixed points. However, the power-law subspace is not stable and cannot be realized by the combined $F(R,\phi)$ system. To this end, we propose a well-motivated phenomenological $F(R)$ gravity model for which the $R^2$ term is switched off below a critical curvature near the end of the $R^2$ slow-roll inflationary era, and below that critical curvature, only the Einstein-Hilbert gravity term and the scalar field remain in the effective inflationary Lagrangian. The remaining system can successfully realize a power-law tail of the $R^2$ slow-roll era. | 本研究では、指数関数的ポテンシャルを持つスカラー場によって生成されるべき乗則インフレーションテールを用いて、標準的なスローロールインフレーションのトランスプランク検閲問題を解く方法について詳述する。 我々は、結合$F(R,\phi)$宇宙系の位相空間を詳細に研究することにより、定量的なアプローチを用いる。 特に、位相空間全体のド・ジッター部分空間とべき乗則部分空間に焦点を当てる。 示すように、$F(R,\phi)$系のド・ジッター部分空間は真空$F(R)$重力系と同じ固定点を共有し、位相空間内の軌跡はこれらの固定点に向かう。 しかし、べき乗則部分空間は安定ではなく、結合$F(R,\phi)$系では実現できない。 この目的のために、我々は十分に根拠づけられた現象論的$F(R)$重力モデルを提案する。 このモデルでは、$R^2$項は$R^2$スローロールインフレーション期の終わり近くの臨界曲率以下ではオフとなり、その臨界曲率以下では、有効インフレーションラグランジアンにはアインシュタイン-ヒルベルト重力項とスカラー場のみが残る。 残った系は、$R^2$スローロール期のべき乗則テールをうまく実現することができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present an exact analytical equation for the Shapiro time delay (STD) due to a spherical non-rotating body. As a result, accurate values of the STD in comparison with first and second-order expressions for Schwarzschild spacetime (1Sch and 2Sch) and first-order post-Newtonian formalism (1PN) are achieved. Accordingly, the lowest STD discrepancies between our exact equation and these approximations lie within the picosecond and sub-picosecond level for light beams affected by the Sun's gravity. Our results might be useful for time delay measurements in the solar system or extragalactic binary pulsar systems, where a high accuracy level is required. | 我々は、球状の非回転体によるシャピロ時間遅延（STD）の正確な解析方程式を提示する。 その結果、シュワルツシルト時空の一次および二次表現（1Schおよび2Sch）や一次ポストニュートン形式（1PN）と比較して、正確なSTD値が得られる。 したがって、太陽の重力の影響を受ける光ビームの場合、我々の厳密な方程式とこれらの近似との間のSTDの最小の差異は、ピコ秒およびサブピコ秒レベルに収まる。 我々の結果は、高精度が求められる太陽系や銀河系外連星パルサー系における時間遅延測定に役立つ可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Motivated by certain recent works, we study thermodynamic and optical properties of the Reissner-Nordstr\"om-AdS black holes in a noncommutative spacetime with a string cloud and quintessence dark fields. After analyzing the global and the local stabilities, we examine the criticality and the Joule-Thomson expansion behaviors in such noncommutative backgrounds. Concretely, we find that the critical universal numbers X_N can be expressed as X_0 + NX, where N is the quintessence parameter and X_0 is the critical universal number of the Reissner-Nordstr\"om-AdS black holes in a NC spacetime without additional external fields. Furthermore, we find that Van der Waals behaviors can be recovered by strictly constraining the charge in terms of external parameters. To conclude this work, we compute and examine the deflection angle of lights in such a modified spacetime geometry. | 近年の研究成果に基づき、弦雲とクインテッセンス暗黒場を持つ非可換時空におけるReissner-Nordstr\"om-AdSブラックホールの熱力学的および光学的特性を研究する。 大域的および局所的安定性を解析した後、このような非可換背景における臨界性とジュール・トムソン展開挙動を調べる。 具体的には、臨界普遍数X_NはX_0 + NXで表されることを見出す。 ここで、Nはクインテッセンスパラメータ、X_0は追加の外部場のないNC時空におけるReissner-Nordstr\"om-AdSブラックホールの臨界普遍数である。 さらに、外部パラメータを用いて電荷を厳密に制約することにより、ファンデルワールス挙動を回復できることを見出す。 本研究の結論として、このような修正された時空構造における光の偏向角を計算し、調べる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Compact objects observed in gravitational-wave astronomy so far always come in pairs and never individually. Identifying the two components of a binary system is a delicate operation that is often taken for granted. The labeling procedure (i.e., which is object "1" and which is object "2") effectively acts as systematics, or, equivalently an unspecified prior, in gravitational-wave data inference. The common approach is to label the objects solely by their masses, on a sample-by-sample basis. We show that object identification can instead be tackled using the posterior distribution as a whole. We frame the problem in terms of constrained clustering -- a flavor of semi-supervised machine learning -- and find that unfolding the labeling systematics can significantly impact, and arguably improve, our interpretation of the data. In particular, the precision of black-hole spin measurements improves by up to 50%, multimodalities and tails tend to disappear, posteriors become closer to Gaussian distributions, and the identification of the nature of the object (i.e. black hole vs. neutron star) is facilitated. We estimate that about 10% of the LIGO/Virgo posterior samples are affected by this relabeling, i.e. they might have been attributed to the other compact object in the observed binaries. | これまで重力波天文学で観測されてきたコンパクト天体は、常にペアで出現し、単独で出現することはありません。 連星系の二つの構成要素を識別することは繊細な作業であり、しばしば当然のことと考えられています。 ラベリング手順（すなわち、どちらが天体「1」でどちらが天体「2」であるか）は、重力波データ推論において、事実上、系統的情報、あるいはそれと同等の未指定の事前情報として機能します。 一般的なアプローチは、サンプルごとに天体を質量のみでラベル付けすることです。 本研究では、代わりに事後分布全体を用いて天体識別に取り組むことができることを示します。 本研究では、この問題を制約付きクラスタリング（半教師あり機械学習の一種）の観点から捉え、ラベリング系統的情報を展開することで、データの解釈に大きな影響を与え、場合によっては改善できることを発見しました。 特に、ブラックホールスピン測定の精度は最大50%向上し、多重峰性や裾野は消失する傾向があり、事後分布はガウス分布に近づき、天体の性質（ブラックホールか中性子星か）の識別が容易になります。 LIGO/Virgoの事後分布サンプルの約10%がこの再ラベル付けの影響を受け、観測された連星系内のもう一方のコンパクト天体に起因する可能性があると推定されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Scalar fields in 4D are known to have equivalent dual descriptions in terms of form-field gauge potentials, but this is often regarded as an arcane fact. Why use more complicated formulations when simpler scalar descriptions exist and are equivalent? We describe three ways in which scalars that arise as duals can differ from their garden-variety counterparts. Two of these -- the interchange of weak and strong couplings and utility in bringing topological information to the low-energy theory -- are relatively well-known, but to these we add a third: dualities that map derivative interactions to non-derivative interactions seem not to commute with the general power-counting arguments that quantify control over the low-energy approximation within any EFT involving gravity. Since both sides of the duality must agree on their low-energy limit, the non-derivative interactions on the scalar side of the duality turn out to be suppressed relative to what would generically be assumed. They are nonetheless technically natural, as is particularly clear in the dual formulation. We argue that scalar fields arising as duals (such as the universal axion $a$ from string vacua) that have the commonly assumed $J^\mu \partial_\mu a$ interaction with matter also have $J^\mu J_\mu$ contact interactions among the respective currents, some of whose implications we explore. We also emphasize the non-trivial role and cosmological implications of non-propagating 3-form gauge potentials and clarify confusing statements recently made in the literature regarding the validity of duality for massive form fields. | 4次元のスカラー場は、形状場ゲージポテンシャルによって等価な双対記述を持つことが知られていますが、これはしばしば不可解な事実とみなされています。 より単純なスカラー記述が存在し、かつ等価であるのに、なぜより複雑な定式化を用いるのでしょうか？双対として生じるスカラーが、一般的なスカラーと異なる3つの点について説明します。 そのうちの2つ、すなわち弱結合と強結合の交換と、低エネルギー理論に位相情報をもたらす有用性は比較的よく知られていますが、これに3つ目の点を追加します。 微分相互作用を非微分相互作用にマッピングする双対性は、重力を含むあらゆるEFTにおける低エネルギー近似の制御を定量化する一般的なべき乗計算の議論と可換ではないようです。 双対性の両側は低エネルギー極限で一致する必要があるため、双対性のスカラー側における非微分相互作用は、一般的に想定されるものよりも抑制されることがわかります。 それでもなお、それらは技術的には自然であり、特に双対定式化においてそれが明らかである。 双対として生じるスカラー場（弦の真空からの普遍アクシオン$a$など）は、物質と一般的に想定される$J^\mu \partial_\mu a$相互作用を持ち、それぞれのカレント間には$J^\mu J_\mu$接触相互作用も持つことを主張し、その意味合いのいくつかを探求する。 また、非伝播3形式ゲージポテンシャルの非自明な役割と宇宙論的意味合いを強調し、質量を持つ形式場に対する双対性の妥当性に関して最近文献でなされた混乱を招く記述を明確にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the present study we search for a new class of wormhole solutions in the framework of Brans-Dicke (BD) theory in the presence of anisotropic matter distribution. Considering a linear equation of state (EoS) between radial pressure and energy density profile we find exact static spherically symmetric solutions to the BD field equations which represent wormhole configurations. The solutions we obtain include both cases with zero and nonzero redshift functions, for which, the conditions on wormhole geometry together with the weak (WEC) and null (NEC) energy conditions put constraints on model parameters such as, the BD coupling and EoS parameters. These constraints also depend on other model parameters such as, the value of BD scalar field and energy density at the wormhole throat. The regularity of the obtained solutions is verified by calculating the Kretschmann scalar in order to ensure that curvature singularities are absent in the wormhole spacetime. We then find that BD wormholes in the presence of anisotropic matter can exist without violating NEC and WEC, either at the throat or across the entire spacetime. | 本研究では、異方性物質分布が存在する場合のブランス・ディッケ（BD）理論の枠組みにおいて、新しい種類のワームホール解を探索する。 径方向圧力とエネルギー密度プロファイル間の線形状態方程式（EoS）を考慮し、ワームホール構成を表すBD場方程式の静的球対称解を正確に求める。 得られた解には、赤方偏移関数がゼロの場合とゼロでない場合の両方が含まれており、ワームホール形状に関する条件と、弱エネルギー条件（WEC）およびヌルエネルギー条件（NEC）が、BD結合やEoSパラメータなどのモデルパラメータに制約を課す。 これらの制約は、BDスカラー場の値やワームホール先端におけるエネルギー密度など、他のモデルパラメータにも依存する。 得られた解の正則性は、ワームホール時空に曲率特異点が存在しないことを確認するためにクレッチマンスカラーを計算することによって検証される。 その結果、異方性物質が存在する場合のBDワームホールは、NECとWECを破ることなく、喉部または時空全体にわたって存在できることが分かりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We quantize D$0$-brane, the simplest representative of the family of supersymmetric Dirichlet p-branes, in its spinor moving frame formulation and analyze its quantum state spectrum. Besides being a preparatory stage for quantization of the complete supersymmetric multiple D$0$-brane (mD$0$) model, which is presently known only in the frame of spinor moving frame formalism, this is interesting as its own: despite the covariant quantization of D=10 D$0$-brane was discussed before, its quantum state spectrum was not analyzed and its field theory, describing that, was not studied. We show that the quantum state vector of the D$0$-brane is described by an on-shell superfield that collects the fields of the massive counterpart of the linearized type IIA supergravity supermultiplet which can be obtained as massive Kaluza-Klein mode of the dimensional reduction of the eleven dimensional supergravity down to ten dimensions. In conclusion, we briefly discuss a spinor helicity formalism for D$0$-brane which can be used as one of the basic elements for developing type IIA string theory amplitude calculus based on multiparticle generalizations of the on-shell superfields. | 超対称ディリクレpブレーン族の最も単純な代表であるD$0$ブレーンを、スピノル移動座標系定式化において量子化し、その量子状態スペクトルを解析する。 これは、現在スピノル移動座標系定式化の枠組みでのみ知られている完全な超対称多重D$0$ブレーン（mD$0$）模型の量子化の準備段階であるだけでなく、それ自体としても興味深い。 D=10 D$0$ブレーンの共変量子化は以前に議論されていたにもかかわらず、その量子状態スペクトルは解析されておらず、それを記述する場の理論も研究されていなかった。 D$0$ブレーンの量子状態ベクトルは、線形化されたIIA型超重力超多重項の質量を持つ対応物の場を集めたオンシェル超場によって記述されることを示す。 この超多重項は、11次元超重力を10次元に次元縮小した質量カルツァ＝クラインモードとして得られる。 結論として、オンシェル超場の多粒子一般化に基づくIIA型弦理論振幅計算を開発するための基本要素の一つとして利用可能な、D$0$ブレーンのスピノルヘリシティ形式について簡単に議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Analog gravity experiments are making remarkable strides in unveiling both the classical and quantum nature of black holes. By harnessing diverse states of matter, contemporary tabletop setups now replicate strong-field phenomena typically confined to the enigmatic regions surrounding black holes. Through these modern gravity simulators, physical processes once considered elusive may finally be brought into experimental reach. In this work, we investigate the spectrum of massless scalar excitations propagating within the effective geometry of a rotating acoustic metric. Specifically, we build an analog vortex-like spacetime endowed with a tunable parameter that emulates the geometry of a rotating gravitational background. This model accommodates both the presence of a sonic horizon, characteristic of an acoustic black hole for non-zero tuning parameters, and its absence when the parameter vanishes, yielding a horizonless, purely rotational vortex flow devoid of radial inflow. We focus on the case where the vortex flow is purely rotational. The resulting spectral properties is found to be qualitatively consistent with that observed in recent experimental realizations of giant multiply quantum vortices featuring solid or hollow cores. This correspondence suggests that the analog spacetime used here holds significant potential to replicate, qualitatively, the phenomenology of cutting-edge laboratory experiments. In doing so, it offers new insight into the intricate landscape of analog black-hole spectroscopy and, potentially, the resonant topography of bounded, rotating astrophysical environments around black holes. | アナログ重力実験は、ブラックホールの古典的性質と量子的性質の両方を解明する上で目覚ましい進歩を遂げています。 多様な物質状態を利用することで、現代の卓上装置は、ブラックホールを取り囲む謎めいた領域に限局されている強場現象を再現できるようになりました。 これらの最新の重力シミュレータを用いることで、かつては捉えどころのないと考えられていた物理過程が、ついに実験的に実現可能となるかもしれません。 本研究では、回転音響計量の有効幾何学的形状内を伝播する質量ゼロのスカラー励起のスペクトルを調査します。 具体的には、回転重力背景の幾何学的形状を模倣する調整可能なパラメータを備えたアナログの渦状時空を構築します。 このモデルは、調整パラメータがゼロでない場合に音響ブラックホールに特徴的な音波地平線の存在と、パラメータがゼロになったときの音波地平線の不在の両方を考慮に入れており、地平線のない、放射状の流入のない純粋に回転する渦流を生み出します。 我々は、渦流が純粋に回転している場合に焦点を当てる。 結果として得られるスペクトル特性は、固体または中空コアを特徴とする巨大な多重量子渦の最近の実験的実現において観測されたものと定性的に一致することがわかった。 この対応は、ここで用いられるアナログ時空が、最先端の実験室実験の現象を定性的に再現する大きな可能性を秘めていることを示唆している。 そうすることで、アナログブラックホール分光法の複雑な様相、そして潜在的にはブラックホール周囲の境界のある回転天体環境の共鳴地形に関する新たな知見が得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we prove that Temple's cylindrical future null coordinate charts can be constructed uniformly and we estimate the gradients of their optical functions. We then apply these charts to study a spacetime $(N,g)$ that has been converted into a definite metric space $(N,\hat{d}_\tau)$, where $\hat{d}_\tau$ is the null distance of Sormani and Vega defined using a locally anti-Lipschitz (in the sense of Chrusciel, Grant, and Minguzzi) generalized time function $\tau$. In particular, in the case when $\tau$ is Lipschitz we prove that $(N, \hat{d}_\tau)$ is a rectifiable metric space, where the causal structure is locally encoded by $\tau$ and $\hat{d}_\tau$. As a consequence, applying a classical theorem of Hawking and following a technique developed by Sakovich and Sormani, we can prove a Lorentzian isometry theorem, generalizing our earlier result. | 本論文では、テンプルの円筒状未来ヌル座標チャートが一様構成可能であることを証明し、その光学関数の勾配を評価する。 次に、これらのチャートを用いて、確定計量空間$(N,\hat{d}_\tau)$に変換された時空$(N,g)$を解析する。 ここで、$\hat{d}_\tau$は、局所反リプシッツ（クルシエル、グラント、ミングッツィの意味で）一般化時間関数$\tau$を用いて定義されたソルマニとベガのヌル距離である。 特に、$\tau$がリプシッツである場合、$(N,\hat{d}_\tau)$は修正可能な計量空間であり、因果構造は局所的に$\tau$と$\hat{d}_\tau$によって符号化されることを証明する。 その結果、ホーキングの古典的な定理を適用し、サコビッチとソルマニによって開発された手法に従うことで、以前の結果を一般化し、ローレンツ等長定理を証明することができます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black holes are among the most well-known astrophysical objects, yet their physical realisation remains conceptually subtle. We analyse physical black holes -- light-trapping regions that form in finite time as seen by a distant observer -- and investigate the properties of the matter required to support them. Taking Buchdahl's theorem as a benchmark, we show that these configurations necessarily violate at least two of its four original conditions, and the post-formation state violates them all. These violations are substantial: they include the null energy condition, non-monotonic energy profiles, and strong pressure anisotropies. Thus, the requirement of truly forming a horizon places physical black holes in a class of solutions that are more exotic than exotic compact objects. | ブラックホールは最もよく知られた天体の一つですが、その物理的な実現は概念的にはまだ難解です。 我々は、物理的ブラックホール（遠方の観測者から見ると有限時間内に形成される光閉じ込め領域）を解析し、それを支える物質の特性を調べます。 ブッフダールの定理を基準として、これらの構成は4つの初期条件のうち少なくとも2つを必然的に破り、形成後の状態はそれらすべてを破ることを示します。 これらの破れは重大であり、ゼロエネルギー条件、非単調なエネルギープロファイル、強い圧力異方性などが含まれます。 したがって、真に地平線を形成するという要件は、物理的ブラックホールを、エキゾチックコンパクト天体よりもエキゾチックな解のクラスに位置付けます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The appearance of a black hole shadow, in both astronomical observations and theoretical analysis, depends critically on the properties of the surrounding accretion. In this study, we analyse the emission and observational properties of a Schwarzschild black hole surrounded by a Hernquist dark matter (DM) halo by considering three simplified accretion models, which have not been previously explored in such detail. Based on our findings, direct emission contributes markedly to the whole observed intensity for a Schwarzschild-Hernquist black hole encircled by a geometrically thin accretion disk. The corresponding regions and measured intensities of the lensing ring, the photon ring, and direct emission are sensitive to the parameters of the Hernquist DM halo. Apart from disk accretion, we also study two spherical accretion models: static and infalling. With increasing Hernquist DM parameters, both models exhibit a significant decrease in the measured intensity, yet the photon spheres are enlarged by an increase of $\sim2\%$ to $\sim30\%$. Furthermore, Doppler de-boosting due to the infalling accretion results in darker shadow images compared to static cases. By precising visualisations of the shadows, our results suggest that the observational characteristics of black hole shadows can serve as a powerful probe for distinguishing between different DM distributions around supermassive black holes. | ブラックホールシャドウの出現は、天文観測と理論解析の両方において、周囲の降着特性に大きく依存する。 本研究では、これまで詳細に検討されてこなかった3つの簡略化された降着モデルを考察することにより、ヘルンキスト暗黒物質（DM）ハローに囲まれたシュワルツシルト・ブラックホールの放射特性と観測特性を解析する。 本研究の結果に基づくと、幾何学的に薄い降着円盤に囲まれたシュワルツシルト・ヘルンキスト・ブラックホールでは、直接放射が観測される全強度に大きく寄与する。 レンズリング、光子リング、直接放射の対応する領域と測定強度は、ヘルンキストDMハローのパラメータに敏感である。 円盤降着に加えて、静的降着モデルと落下型降着モデルの2つの球状降着モデルも研究する。 ヘルンキストDMパラメータが増加すると、両モデルとも測定強度が大幅に減少する一方で、光子球は$\sim2\%$から$\sim30\%$まで拡大する。 さらに、落下降着によるドップラー効果の減少により、静止状態の場合と比較して、ブラックホールの影の像は暗くなる。 影の精密な可視化により、ブラックホールの影の観測特性は、超大質量ブラックホール周囲の異なるDM分布を区別するための強力なプローブとして機能し得ることが示唆される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this manuscript, I discuss the possibility of sending a small probe to the closest black hole with the goal of addressing some fundamental questions of modern physics. Are astrophysical black holes the Kerr black holes predicted by General Relativity? Do astrophysical black holes have an event horizon? Is the physics around a black hole the same physics as in our laboratories on Earth? While we do not have the technology for a similar mission today, it may be available in the next 20-30 years. The whole mission may last up to a century (depending on the actual distance of the black hole and the speed of the probe), but it may represent a unique opportunity to perform precise and accurate tests of General Relativity in the strong field regime. | 本稿では、現代物理学のいくつかの根本的な問いに答えることを目的として、最も近いブラックホールに小型探査機を送り込む可能性について議論する。 天体物理学上のブラックホールは、一般相対性理論が予言するカーブラックホールなのだろうか？天体物理学上のブラックホールには事象の地平線があるのだろうか？ブラックホール周辺の物理は、地球上の実験室における物理と同じなのだろうか？現在、同様のミッションに必要な技術はないが、今後20～30年以内に実現する可能性がある。 ミッション全体は（ブラックホールの実際の距離と探査機の速度に応じて）最大1世紀かかる可能性があるが、強い場の領域において一般相対性理論の精密かつ正確な検証を行うまたとない機会となるかもしれない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study mathematical aspects concerning two site tree-level cosmological correlators with massive internal and external states in a de Sitter universe. We employ integration by parts identities, (relative) twisted cohomology and the method of differential equations. We explicitly express the internally massive, externally conformally coupled correlator as a power series with respect to a small mass parameter, where the various terms in the series are given by multiple polylogarithms. | 我々は、ド・ジッター宇宙における質量を持つ内部状態と外部状態を持つ2つのサイトツリーレベルの宇宙論的相関関数に関する数学的側面を研究する。 部分積分恒等式、（相対的）ツイストコホモロジー、そして微分方程式法を用いる。 内部質量を持ち、外部共形結合した相関関数を、小さな質量パラメータに関するべき級数として明示的に表現する。 級数の各項は、多重対数で与えられる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the context of field theories with complex poles, we scrutinize four inequivalent ways of defining the scattering amplitudes, each forfeiting one or more tenets of standard quantum field theory while preserving the others: (i) a textbook Wick rotation by analytic continuation of the external momenta from Euclidean to Lorentzian signature (no optical theorem), (ii) the Lee--Wick--Nakanishi prescription, integrating along a certain contour in the complex energy plane (no Lorentz invariance), (iiii) the fakeon prescription, where, in addition, spatial momenta are integrated on a complex path defined by the locus of singularities of the loop integrand (no analyticity of the amplitude) and (iv) to work directly on Minkowski spacetime, which violates the optical theorem and also bars power-counting renormalizability. In general, mixed Euclidean-Lorentzian prescriptions for internal and external momenta in loop integrals break Lorentz invariance, regardless of the type of masses involved. We conclude that, of the above four options, only the fakeon prescription is physically viable and can have applications to quantum gravity. | 複素極を持つ場の理論の文脈において、散乱振幅を定義する4つの非等価な方法を精査する。 これらの方法はいずれも標準的な量子場の理論の1つ以上の教義を放棄するが、他の教義は保持する。 (i) ユークリッドからローレンツへの外部運動量の解析接続による教科書的なウィック回転（光学定理なし）、(ii) 複素エネルギー平面上の特定の輪郭に沿って積分するリー-ウィック-中西の処方（ローレンツ不変性なし）、(iii) ループ積分関数の特異点の軌跡によって定義される複素経路上で空間運動量が積分されるフェイクオン処方（振幅の解析性なし）、(iv) ミンコフスキー時空上で直接作用する（これは光学定理に違反し、冪数え上げ繰り込み可能性も阻害する）。 一般に、ループ積分における内部運動量と外部運動量に対するユークリッド・ローレンツ混合法は、関与する質量の種類に関わらず、ローレンツ不変性を破ります。 上記の4つの選択肢のうち、フェイクオン法のみが物理的に実行可能であり、量子重力への応用が可能であると結論付けます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We formulate an areal thermodynamics for the Schwarzschild black hole that takes the horizon area as the sole macroscopic variable. Quantizing ultrarelativistic interior modes on a regular spacelike slice with a Robin boundary at a stretched horizon leads to a self-adjoint Laplace-Beltrami problem with Heun-type quantization. A maximum-entropy area ensemble introduces an intensive areal temperature $T_A$, and Weyl/heat-kernel asymptotics control the resulting statistical mechanics. The leading equations of state follow universally from the spatial Weyl volume coefficient: in a canonical ensemble of $N$ ultrarelativistic bosons one finds $A = 3 N k_B T_A$ up to a boundary-dependent constant, while in the massless grand-canonical sector $A \propto T_A^{4}$ with a generalized Planck spectrum and a Wien displacement relation. These scaling exponents are insensitive to Dirichlet/Neumann/Robin data and to the foliation; only numerical prefactors vary. Embedding the construction into a static four-dimensional background via Matsubara factorization reproduces the 4D Weyl law and yields a finite matter entropy $S_{\mathrm{rad}} \propto A^{3/4}$, parametrically subleading to the Bekenstein-Hawking term after standard renormalization. The framework provides a concise, mathematically controlled bridge between interior spectral data and macroscopic area relations, clarifying the scope and limitations of areal thermodynamics. | 我々は、地平線面積を唯一のマクロ変数とするシュヴァルツシルトブラックホールの面熱力学を定式化する。 引き伸ばされた地平線にロビン境界を持つ正則な空間的スライス上の超相対論的内部モードを量子化すると、ホイン型量子化を伴う自己随伴ラプラス・ベルトラミ問題が生じる。 最大エントロピー面積アンサンブルは、強度面温度$T_A$を導入し、ワイル/熱核漸近性が結果として生じる統計力学を制御する。 主要な状態方程式は、空間ワイル体積係数から普遍的に導かれる。 $N$個の超相対論的ボソンのカノニカル集団では、境界依存定数を除いて$A = 3 N k_B T_A$が成り立つが、質量のないグランドカノニカルセクターでは、一般化プランクスペクトルとウィーン変位関係を持つ$A \propto T_A^{4}$が成り立つ。 これらのスケーリング指数は、ディリクレ/ノイマン/ロビンデータや葉脈構造には依存せず、数値的前置因子のみが変化する。 この構成を松原分解によって静的4次元背景に埋め込むと、4次元ワイル則が再現され、有限物質エントロピー$S_{\mathrm{rad}} \propto A^{3/4}$が得られ、標準的な繰り込みによってベッケンシュタイン-ホーキング項がパラメトリックに導かれる。 この枠組みは、内部スペクトルデータとマクロな面積関係の間に簡潔かつ数学的に制御された橋渡しを提供し、面積熱力学の範囲と限界を明確にします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analytically solve the constraints in General Relativity for two black holes with arbitrary momenta and spin up to third order in these parameters. We compute the location and geometry of the apparent horizon, which depend on the spins, momenta, relative orientation angles, and the separation between the black holes, and present the result in a coordinate-independent form. We also extract the ADM mass and the irreducible mass and verify their consistency. The final expressions are depicted in a coordinate-independent form. The results can be easily extended to any number of black holes and used to complement numerical relativity simulations. | 我々は、これらのパラメータにおいて、任意の運動量とスピンを持つ2つのブラックホールに対する一般相対論の制約を3次まで解析的に解く。 スピン、運動量、相対方位角、そしてブラックホール間の距離に依存する見かけの地平線の位置と形状を計算し、その結果を座標に依存しない形式で提示する。 また、ADM質量と既約質量を抽出し、それらの整合性を検証する。 最終的な式は座標に依存しない形式で表す。 結果は任意の数のブラックホールに容易に拡張でき、数値相対論シミュレーションを補完するために使用できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we compute the inflationary trispectrum of primordial gauge fields generated through the scalar and tensor exchanges in models with spectator $U(1)$ gauge fields which are kinetically coupled to the inflaton. Focusing on the connected four-point autocorrelation function of gauge fields, we derive exact analytical expressions for the full trispectrum of both electric and magnetic fields using the in-in formalism and cosmological diagrammatic rules, and explore their respective contributions in specific momentum configurations. For the scalar exchange, we find that the trispectrum signal in the equisided configuration grows with the exchange momentum and reaches its maximum in the flattened limit. However, in the counter collinear limit, we show that the non-linearity parameter associated with the trispectrum scales quadratically with the corresponding parameter of the cross-correlation bispectrum of magnetic fields and curvature perturbations, thereby establishing a hierarchical relation between the higher- and lower-order correlation functions. For the tensor exchange, the trispectrum displays a richer angular dependence, reflecting the sensitivity to the orientation of the momentum quadrilateral with respect to the tensor polarisation, producing characteristic angular modulations in the trispectrum. Detecting such angular signatures in future high-precision cosmological observations would provide a novel window into tensor-mediated interactions in the early universe. | 本論文では、インフレーションと運動論的に結合した傍観者$U(1)$ゲージ場を持つ模型において、スカラーおよびテンソル交換を通して生成される原始ゲージ場のインフレーション三スペクトルを計算する。 ゲージ場の連結した4点自己相関関数に焦点を当て、in-in形式論と宇宙論的ダイアグラム規則を用いて、電場と磁場の両方の完全な三スペクトルに対する正確な解析的表現を導出し、特定の運動量配置におけるそれぞれの寄与を調べる。 スカラー交換については、等辺配置における三スペクトル信号は交換運動量とともに増加し、平坦化極限で最大に達することがわかった。 しかし、反共線極限においては、三スペクトルに関連する非線形性パラメータが、磁場と曲率摂動の相互相関二スペクトルの対応するパラメータに2乗的に比例することを示す。 これにより、高次相関関数と低次相関関数の間に階層的な関係が確立される。 テンソル交換の場合、三スペクトルはより豊かな角度依存性を示し、これはテンソル偏極に対する運動量四辺形の向きに対する感度を反映しており、三スペクトルに特徴的な角度変調をもたらす。 将来の高精度宇宙論観測においてこのような角度シグネチャを検出できれば、初期宇宙におけるテンソルを介した相互作用を解明する新たな手段となるだろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black hole (BH) shadow observations and gravitational wave astronomy have become crucial approaches for exploring BH physics and testing gravitational theories in extreme environments. This paper investigates the charged black hole with scalar hair (CBH-SH) derived from the Einstein-Maxwell-conformal coupled scalar (EMCS) theory. We first constrain the parameter space $(Q/M, s/M^2)$ of the BH using the Event Horizon Telescope (EHT) observations of M87* and Sgr A*. The results show that M87* provides stronger constraints on positive scalar hair, constraining the scalar hair $s$ within $0\le s/M^2\le0.4632$ and the charge $Q$ within the range $0\le Q/M\le0.6806$. In contrast, Sgr A* imposes tighter constraints on negative scalar hair. When $Q$ approaches zero, $s$ is constrained within the range $0\geq s/M^2\geq-0.0277$. Overall, EHT observations can provide constraints at most on the order of $\mathcal{O}\left({10}^{-1}\right)$. Subsequently, we construct extreme mass ratio inspiral (EMRI) systems and calculate their gravitational waves to assess the detection capability of the LISA detector for these BHs. The results indicate that for central BHs of $M={10}^6M_\odot$, LISA is expected to detect scalar hair $s/M^2$ at the $\mathcal{O}\left({10}^{-4}\right)$ level and charge $Q/M$ at the $\mathcal{O}\left({10}^{-2}\right)$ level, with detection sensitivity far exceeding the current EHT capabilities. This demonstrates the immense potential of EMRI gravitational wave observations in testing EMCS theory. | ブラックホール（BH）シャドウ観測と重力波天文学は、極限環境におけるブラックホール物理の探究と重力理論の検証において極めて重要なアプローチとなっている。 本論文では、アインシュタイン-マクスウェル共形結合スカラー（EMCS）理論から導かれるスカラーヘアを持つ荷電ブラックホール（CBH-SH）について考察する。 まず、M87*とSgr A*のイベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）観測を用いて、BHのパラメータ空間$(Q/M, s/M^2)$を制限する。 その結果、M87*は正のスカラーヘアに対してより強い制限を与え、スカラーヘア$s$を$0\le s/M^2\le0.4632$以内に、電荷$Q$を$0\le Q/M\le0.6806$の範囲内に制限することが示された。 対照的に、Sgr A*は負のスカラーヘアに対してより厳しい制約を課す。 $Q$がゼロに近づくと、$s$は$0\geq s/M^2\geq-0.0277$の範囲に制約される。 全体として、EHT観測は最大で$\mathcal{O}\left({10}^{-1}\right)$程度の制約を与えることができる。 次に、極限質量比インスパイラル（EMRI）システムを構築し、その重力波を計算して、これらのBHに対するLISA検出器の検出能力を評価する。 結果は、中心核ビーム強度が$M={10}^6M_\odot$の場合、LISAはスカラー毛状粒子$s/M^2$を$\mathcal{0}\left({10}^{-4}\right)$レベルで、電荷$Q/M$を$\mathcal{0}\left({10}^{-2}\right)$レベルで検出すると期待されることを示しています。 これは、現在のEHTの検出感度をはるかに上回る感度です。 これは、EMCS理論の検証において、EMRI重力波観測が計り知れない可能性を秘めていることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose that dark matter (DM) possesses a quadratic equation of state, which becomes significant at high densities, altering the Universe's evolution during its early stages. We derive the modified background evolution equations for the Hubble parameter $H(z)$ and the DM density parameter $\Omega_{\text{dm}}(z)$. We then perturb the governing equations to study the linear growth of matter fluctuations, computing the observable growth factor $f\sigma_8(z)$. Finally, we compare the model with the latest cosmological data, including Hubble parameter $H(z)$ measurements, and growth factor $f\sigma_8(z)$ data, up to $z=3$. Our results indicate that the quadratic model, while remaining consistent with background observations, offers a distinct imprint on the growth of structure, providing not only a new phenomenological avenue to address cosmological tensions but also shedding light on the nature of DM. | 我々は、暗黒物質（DM）が2次状態方程式を持ち、高密度で顕著になり、宇宙の進化の初期段階を変化させるという仮説を提唱する。 ハッブルパラメータ$H(z)$とDM密度パラメータ$\Omega_{\text{dm}}(z)$について、修正された背景進化方程式を導出する。 次に、支配方程式に摂動を与えて物質揺らぎの線形成長を研究し、観測可能な成長係数$f\sigma_8(z)$を計算する。 最後に、ハッブルパラメータ$H(z)$の測定値や、$z=3$までの成長係数$f\sigma_8(z)$データを含む最新の宇宙論データとこのモデルを比較する。 我々の研究結果は、二次関数モデルが背景観測と整合しつつも、構造の成長に明確な痕跡を残し、宇宙論的緊張に対処するための新たな現象論的道筋を提供するだけでなく、DMの性質にも光を当てていることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We extend the study of gravitational lensing to photons traversing the lens mass, modeled as a uniform-density fluid described by the interior Kottler (Schwarzschild--de Sitter) solution smoothly matched to the exterior Kottler region. An analytic expression for the time delay is derived, allowing the interior contribution to be explicitly isolated relative to the vacuum Kottler case. This correction is found to systematically enhance the total time delay, an effect corroborated by numerical evaluations for astrophysically relevant lenses at both galaxy and cluster scales. These results underscore the importance of accounting for the interior lens structure in accurate modeling of strong lensing time delays. | 我々は重力レンズ効果の研究を、レンズ質量を横切る光子にまで拡張する。 光子は、外部コットラー領域に滑らかに適合する内部コットラー（シュワルツシルト・ド・ジッター）解によって記述される均一密度流体としてモデル化される。 時間遅延の解析的表現を導出し、真空コットラーの場合と比較して内部寄与を明示的に分離することを可能にする。 この補正は、総時間遅延を系統的に増大させることが見出され、この効果は銀河系および銀河団スケールの両方における天体物理学的に重要なレンズの数値評価によって裏付けられている。 これらの結果は、強いレンズ効果による時間遅延を正確にモデル化する上で、レンズ内部構造を考慮することの重要性を強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we establish the existence conditions and a universal upper bound on the radius of stable photon spheres (SPS) outside the event horizons of static, spherically symmetric, asymptotically flat black holes surrounded by matter fields. We prove that stable photon spheres exist if the external matter satisfies specific conditions. Furthermore, under the additional assumption of a monotonically decreasing mass-radius ratio $m(r)/r^3$ outside the horizon, we derive a strict upper bound on the radius $r_{\mathrm{sps}}$ of any stable photon sphere: $r_{\mathrm{sps}}<6M$, where $M$ is the asymptotic mass of the black hole. This bound is independent of specific black hole solutions and broadly applies to hairy black holes and other configurations with external matter fields meeting the stated energy conditions. Our results resolve fundamental questions regarding the existence and spatial constraints on stable photon orbits, with implications for gravitational lensing, accretion disk dynamics (e.g., the Aschenbach effect), and black hole shadow observations. | 本研究では、物質場によって囲まれた静的、球対称、漸近平坦なブラックホールの事象の地平線の外側における安定光子球（SPS）の存在条件と半径の普遍的な上限を確立する。 外部物質が特定の条件を満たす場合、安定光子球が存在することを証明する。 さらに、地平線の外側で質量半径比$m(r)/r^3$が単調に減少するという追加の仮定の下で、任意の安定光子球の半径$r_{\mathrm{sps}}$の厳密な上限を導出する：$r_{\mathrm{sps}6M$、ここで$M$はブラックホールの漸近質量である。 この上限は特定のブラックホール解に依存せず、ヘアリーブラックホールや、規定のエネルギー条件を満たす外部物質場を持つ他の構成に広く適用される。 我々の研究結果は、安定な光子軌道の存在と空間的制約に関する基本的な疑問を解決し、重力レンズ効果、降着円盤のダイナミクス（例えばアッシェンバッハ効果）、ブラックホールシャドウの観測に影響を与える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study axial gravitational perturbations of the Dymnikova regular black hole, an asymptotically flat spacetime in which the Schwarzschild singularity is replaced by a de Sitter core. Using the WKB method with Pad\'e approximants, we compute grey-body factors, and absorption cross-sections, and test the recently proposed correspondence between quasinormal frequencies and transmission coefficients. We find that variations of the quantum parameter \(l_{\rm cr}\) affect the effective potential only near the horizon, leading to minor deviations of grey-body factors and absorption cross-sections from the Schwarzschild case. As a result, the Hawking radiation spectrum is governed mainly by the modified Hawking temperature, with grey-body factors providing only subleading corrections. Unlike higher quasinormal overtones, which are highly sensitive to near-horizon deformations, the grey-body factors remain robust, a feature explicitly confirmed for the Dymnikova geometry. The correspondence between quasinormal modes and grey-body factors holds in our case with high accuracy for multipoles $\ell \geq 2$. | 我々は、シュワルツシルト特異点がド・ジッター核に置き換えられた漸近平坦時空であるディムニコワ正則ブラックホールの軸重力摂動を研究する。 パド近似を用いたWKB法を用いて、灰色体因子と吸収断面積を計算し、最近提案された準正規振動数と透過係数の対応関係を検証する。 量子パラメータの変化は、地平線近傍の有効ポテンシャルにのみ影響を与え、灰色体因子と吸収断面積がシュワルツシルトの場合からわずかにずれることを見出した。 結果として、ホーキング放射スペクトルは主に修正ホーキング温度によって支配され、灰色体因子は次数補正のみを与える。 地平線近傍の変形に非常に敏感な高次の準正規倍音とは異なり、灰色体因子はロバストであり、この特徴はディムニコワ幾何学において明示的に確認されている。 準正規モードと灰色体因子の対応は、我々のケースでは、多重極$\ell \geq 2$に対して高い精度で成立する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Editorial introducing the GRG Topical Collection "Hyperboloidal foliations in the era of gravitational-wave astronomy," on hyperboloidal slices. The collection includes contributions spanning black-hole perturbations, asymptotic geometry, initial-data, and high-accuracy numerical methods relevant to gravitational-wave modeling. The collection grew out of the 2023 "Infinity on a Gridshell" workshop in Copenhagen. | GRGトピックコレクション「重力波天文学の時代における双曲面葉脈構造」を紹介する論説。 双曲面スライスに関するものです。 このコレクションには、ブラックホール摂動、漸近幾何学、初期データ、そして重力波モデリングに関連する高精度数値解析法など、幅広い分野の論文が含まれています。 このコレクションは、2023年にコペンハーゲンで開催されたワークショップ「グリッドシェル上の無限大」から生まれました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study a self-dual black hole (BH) in Loop Quantum Gravity (LQG), analyzing both timelike and null geodesics. Using observational data from Mercury's perihelion shift and the orbit of the S2 star around Sagittarius A$^{\star}$ (Sgr A$^{\star}$), we derive constraints on the polymeric function $P$. We further investigate photon trajectories near the self-dual BH under various scenarios to explore their observational relevance. Finally, we examine the properties of accretion disks around the self-dual BH in LQG, including their direct and secondary images, and study the redshift and the observed energy flux distribution across the accretion disk as measured by distant observers for different inclination angles. Our findings provide new insights into the physical nature and accretion properties of self-dual BHs in LQG and their possible observational consequences. | 本論文では、ループ量子重力理論（LQG）における自己双対ブラックホール（BH）を研究し、時間的測地線とヌル測地線の両方を解析する。 水星の近日点移動といて座A$^{\star}$（Sgr A$^{\star}$）を周回するS2星の軌道に関する観測データを用いて、ポリマー関数$P$に対する制限を導出する。 さらに、様々なシナリオにおける自己双対BH近傍の光子軌道を調べ、その観測的意義を探る。 最後に、LQGにおける自己双対BH周囲の降着円盤の特性（直接像と二次像を含む）を考察し、遠方観測者によって測定された降着円盤全体の赤方偏移とエネルギーフラックス分布を、異なる傾斜角で調べる。 私たちの研究結果は、LQGにおける自己双対BHの物理的性質と降着特性、そしてそれらが観測に及ぼす可能性のある影響について新たな知見をもたらします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose that, for a sufficiently small spacelike region $B$, deviations of the metric field from flat space encode the information recorded by a quantum reference frame (RF) placed in $B$. This encoding underlies the metric's ability to specify infinitesimal proper times and proper distances that ideal observers would assign, without requiring their physical presence. For purely classical correlations between the RF and the quantum fields within $B$, our hypothesis reproduces the Einstein equation with an undetermined cosmological constant. In this regime, the metric encodes a classical description of the fields in $B$ as perceived by the RF. When local quantum correlations are included, the Einstein equation arises with a positive cosmological constant, proportional to the surface density of those correlations. | 十分に小さい時空的領域$B$に対して、計量場の平坦空間からの偏差が、$B$に配置された量子基準系（RF）によって記録された情報を符号化することを提案する。 この符号化は、理想的な観測者が物理的な存在を必要とせずに割り当てるような無限小の固有時と固有距離を特定できる計量の能力の基礎となっている。 RFと$B$内の量子場との間の純粋に古典的な相関に対して、我々の仮説は未定宇宙定数を持つアインシュタイン方程式を再現する。 この領域では、計量はRFによって知覚される$B$内の場の古典的な記述を符号化する。 局所的な量子相関が含まれる場合、それらの相関の面密度に比例する正の宇宙定数を持つアインシュタイン方程式が生じる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We formulate the classical gravitational entropy of a horizon as a Noether charge that does not require the notion of a temperature, and which is applicable to horizons that are not necessarily associated with black holes. This introduces a correction to the covariant phase space formalism that accounts for the configuration-dependence of the generating vector field conjugate to the charge. The vector field is related to the proposal of Bousso that the gravitational entropy of a region is determined by the lightsheet at its boundary. We test the formula on various black hole and cosmological horizons. | 我々は、温度の概念を必要とせず、必ずしもブラックホールに関連しない地平線にも適用可能なノイマン電荷として、地平線の古典的な重力エントロピーを定式化する。 これは、電荷と共役な生成ベクトル場の配置依存性を考慮した、共変位相空間形式への補正を導入する。 このベクトル場は、ある領域の重力エントロピーはその境界における光シートによって決定されるというBoussoの提案と関連している。 我々は、様々なブラックホールおよび宇宙論的地平線上でこの定式を検証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Wide-parameter-space searches for continuous gravitational waves (CWs) using semi-coherent matched-filter methods require enormous computing power, which limits their achievable sensitivity. Here we explore an alternative search method based on training neural networks as classifiers on detector strain data with minimal pre-processing. Contrary to previous studies using convolutional neural networks (CNNs), we investigate the suitability of the transformer architecture, specifically the Vision Transformer (ViT). We establish sensitivity benchmarks using the matched-filter $\mathcal{F}$-statistic for ten targeted searches over a 10 day timespan, and ten directed and six all-sky searches over a 1 day timespan. We train ViTs on each of these benchmark cases. The trained ViTs achieve essentially matched-filter sensitivity on the targeted benchmarks, and approach the $\mathcal{F}$-statistic detection probability of $p_{\mathrm{det}}$ = 90% on the directed ($p_{\mathrm{det}} \approx $ 85-89 %) and all-sky benchmarks ($p_{\mathrm{det}} \approx $ 78-88 %). Unlike the CNNs in our previous studies, which required extensive manual design and hyperparameter tuning, the ViT achieves better performance with a standard architecture and minimal tuning. | セミコヒーレント整合フィルタ法を用いた連続重力波（CW）の広パラメータ空間探索には膨大な計算能力が必要であり、これが実現可能な感度を制限しています。 本稿では、最小限の前処理で検出器歪みデータの分類器としてニューラルネットワークを学習させる、代替の探索手法を探求します。 畳み込みニューラルネットワーク（CNN）を用いた先行研究とは異なり、本研究ではトランスフォーマーアーキテクチャ、特にVision Transformer（ViT）の適合性を検証します。 10日間の期間にわたる10回の標的探索、および1日間の期間にわたる10回の有向探索と6回の全天探索について、整合フィルタ$\mathcal{F}$統計量を用いた感度ベンチマークを確立します。 これらの各ベンチマークケースでViTを学習します。 学習済みのViTは、対象ベンチマークにおいて本質的に整合フィルタ感度を達成し、有向ベンチマーク（$p_{\mathrm{det}} \approx $ 85-89 %）および全天ベンチマーク（$p_{\mathrm{det}} \approx $ 78-88 %）において、$\mathcal{F}$統計検出確率$p_{\mathrm{det}}$ = 90%に近づきます。 これまでの研究で用いたCNNは、大規模な手動設計とハイパーパラメータ調整を必要としましたが、ViTは標準的なアーキテクチャと最小限の調整で優れた性能を発揮します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate black hole superradiance evolution of the interacting multiple fields. We consider a model of two scalar fields interacting with a cubic coupling, and study the superradiant evolution of the cloud. We demonstrate that superradiance is typically suppressed when the superradiant field couples to another field, even with a very weak coupling strength. This implies that the constraints on dark particles derived from single-field analyses can be revised in the presence of interactions. Moreover, we find that the multi-field superradiant evolution and its corresponding observational signatures can be different across parameter spaces, which makes black hole superradiance an even more powerful probe of the dark sector in particle physics. | 我々は、相互作用する多重場におけるブラックホール超放射の発展を調査する。 立方結合で相互作用する2つのスカラー場のモデルを考察し、雲の超放射発展を研究する。 超放射場が他の場と結合すると、たとえ結合強度が非常に弱くても、超放射は典型的には抑制されることを実証する。 これは、単一場解析から導かれる暗黒粒子に対する制約が、相互作用の存在下では修正可能であることを意味する。 さらに、多重場超放射発展とそれに対応する観測シグネチャーはパラメータ空間によって異なる可能性があることを発見した。 これにより、ブラックホール超放射は素粒子物理学における暗黒領域のさらに強力な探査手段となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent studies have shown that quantum gravity introduces important corrections to the process of spherically symmetric gravitational collapse expected from general relativity. In particular, instead of falling into a central singularity, the collapsing body undergoes a bounce and eventually exits its Schwarzschild radius, and this entire process of collapse and rebound can occur in a single asymptotic region. In this paper, particle creation during such non-singular gravitational collapse is studied. It is shown that the probability of spontaneous emission of particles differs from the well-known probability of Hawking radiation from classical gravitational collapse. It is argued that the different result implies a deviation from thermality. Some arguments are also adduced concerning how the Hawking process during non-singular dust collapse could potentially remove shell crossing singularities. | 最近の研究では、量子重力が一般相対論から予想される球対称重力崩壊過程に重要な補正を導入することが示されている。 特に、崩壊する物体は中心特異点に陥るのではなく、跳ね返り、最終的にシュワルツシルト半径から脱出し、この崩壊と跳ね返りの過程全体が単一の漸近領域で発生する可能性がある。 本論文では、このような非特異重力崩壊中の粒子生成について研究する。 粒子の自発放出確率は、古典重力崩壊によるホーキング放射のよく知られた確率とは異なることが示される。 この異なる結果は、熱性からの逸脱を意味すると主張される。 また、非特異ダスト崩壊中のホーキング過程がどのようにして殻交差特異点を除去する可能性があるかについても、いくつかの議論が提示される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We reinterpret Starobinsky's stochastic inflation as an open quantum system, where short-wavelength modes act as the environment for long-wavelength modes. Using the Schwinger-Keldysh formalism, we systematically trace out the environment and derive an effective theory for the reduced density matrix, including deviations from exact de Sitter. The resulting master equation is a Lindblad equation, which reduces to a Fokker-Planck equation for the diagonal elements up to higher orders in the slow-roll expansion, while also yielding a more complete equation in phase space. Finally, we extend the formalism to global de Sitter, for which the associated Fokker-Planck equation lacks equilibrium solutions until the late-time regime $aH \gg 1$. | 我々はスタロビンスキーの確率的インフレーションを開放量子系として再解釈する。 この系では短波長モードが長波長モードの環境として作用する。 シュウィンガー・ケルディッシュ形式を用いて、環境を系統的に追跡し、正確なド・ジッターからの偏差を含め、縮約密度行列の有効理論を導出する。 結果として得られるマスター方程式はリンドブラッド方程式であり、これはスローロール展開において高次までの対角要素に対してフォッカー・プランク方程式に帰着するとともに、位相空間においてより完全な方程式を与える。 最後に、この形式を大域ド・ジッターに拡張する。 大域ド・ジッターにおいては、関連するフォッカー・プランク方程式は後期領域 $aH \gg 1$ まで平衡解を持たない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a flexible framework based on physics-informed neural networks (PINNs) for solving boundary value problems involving minimal surfaces in curved spacetimes, with a particular emphasis on singularities and moving boundaries. By encoding the underlying physical laws into the loss function and designing network architectures that incorporate the singular behavior and dynamic boundaries, our approach enables robust and accurate solutions to both ordinary and partial differential equations with complex boundary conditions. We demonstrate the versatility of this framework through applications to minimal surface problems in anti-de Sitter (AdS) spacetime, including examples relevant to the AdS/CFT correspondence (e.g. Wilson loops and gluon scattering amplitudes) popularly used in the context of string theory in theoretical physics. Our methods efficiently handle singularities at boundaries, and also support both "soft" (loss-based) and "hard" (formulation-based) imposition of boundary conditions, including cases where the position of a boundary is promoted to a trainable parameter. The techniques developed here are not limited to high-energy theoretical physics but are broadly applicable to boundary value problems encountered in mathematics, engineering, and the natural sciences, wherever singularities and moving boundaries play a critical role. | 我々は、特異点と移動境界に特に重点を置き、曲がった時空における極小曲面を含む境界値問題を解くための、物理学に基づくニューラルネットワーク（PINN）に基づく柔軟な枠組みを開発する。 基礎となる物理法則を損失関数に符号化し、特異挙動と動的境界を組み込んだネットワークアーキテクチャを設計することにより、我々のアプローチは、複雑な境界条件を持つ常微分方程式と偏微分方程式の両方に対して、ロバストかつ高精度な解を可能にする。 我々は、反ド・ジッター（AdS）時空における極小曲面問題への応用を通して、この枠組みの汎用性を示す。 これには、理論物理学における弦理論の文脈で広く用いられるAdS/CFT対応（例えば、ウィルソンループやグルーオン散乱振幅）に関連する例も含まれる。 我々の手法は、境界における特異点を効率的に処理するだけでなく、境界条件の「ソフト」（損失ベース）と「ハード」（定式化ベース）の両方の適用をサポートし、境界の位置を学習可能なパラメータに昇格させるケースも含みます。 ここで開発された手法は、高エネルギー理論物理学に限らず、数学、工学、自然科学において、特異点や移動境界が重要な役割を果たす境界値問題に広く適用可能です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Early JWST observations reveal an unexpectedly abundant population of high-redshift candidate massive galaxies at $z \gtrsim 7$, and recent DESI measurements show a preference for dynamical dark energy, which together present a significant challenge to the standard $\Lambda$CDM cosmology. In this work, we jointly analyze high-redshift galaxy data from JWST, baryon acoustic oscillations data from DESI DR2, and cosmic microwave background (CMB) data from Planck and ACT, measuring the total neutrino mass $\sum m_{\nu}$. We consider three dark energy models ($\Lambda$CDM, $w$CDM, and $w_0w_a$CDM) and three mass hierarchies. Our results indicate that in the $w_0w_a$CDM model, adding JWST data to CMB+DESI tightens the upper limit of $\sum m_{\nu}$ by about $5.8\%-10.2\%$, and we obtain $\sum m_{\nu} < 0.167~\mathrm{eV}$ ($2\sigma$) in the normal hierarchy (NH) case. Furthermore, JWST also offers indicative lower limits on star formation efficiency parameter of $f_{*,10} \gtrsim 0.146-0.161$. Bayesian evidence weakly favors the $w_0w_a$CDM+$\sum m_{\nu}$(NH) model relative to the $\Lambda$CDM+$\sum m_{\nu}$(NH) model using CMB+DESI+JWST data. These results suggest that the joint analysis of high-redshift JWST data and low-redshift DESI data provides compelling constraints on neutrino mass and merits further investigation. | JWSTの初期観測により、$z \gtrsim 7$の高赤方偏移候補大質量銀河が予想以上に豊富に存在することが明らかになり、また最近のDESIの測定では動的ダークエネルギーが優先されることが示されており、これらは標準的な$\Lambda$CDM宇宙論に大きな挑戦を投げかけています。 本研究では、JWSTの高赤方偏移銀河データ、DESI DR2の重粒子音響振動データ、そしてPlanckとACTの宇宙マイクロ波背景放射（CMB）データ（ニュートリノ全質量$\sum m_{\nu}$を測定）を共同で解析します。 3つのダークエネルギーモデル（$\Lambda$CDM、$w$CDM、$w_0w_a$CDM）と3つの質量階層を考慮します。 我々の結果は、$w_0w_a$CDMモデルにおいて、CMB+DESIにJWSTデータを加えることで、$\sum m_{\nu}$の上限が約$5.8\%-10.2\%$引き下げられ、通常階層構造（NH）の場合に$\sum m_{\nu} < 0.167~\mathrm{eV}$（$2\sigma$）が得られることを示している。 さらに、JWSTは星形成効率パラメータ$f_{*,10}の下限値も示唆しており、$\gtrsim 0.146-0.161$となる。 ベイズ統計的証拠は、CMB+DESI+JWSTデータを用いた$\Lambda$CDM+$\sum m_{\nu}$(NH)モデルと比較して、$w_0w_a$CDM+$\sum m_{\nu}$(NH)モデルが弱く支持されることを示している。 これらの結果は、高赤方偏移JWSTデータと低赤方偏移DESIデータの共同解析がニュートリノ質量に対する説得力のある制限を与え、さらなる調査の価値があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We derive and analyze a Schwarzschild-like Anti-de Sitter (AdS) black hole (BH) obtained as a static, spherically symmetric solution of Einstein's equations sourced by a cloud of strings (CoS) and a dark matter (DM) halo modeled by a Dehnen-type density profile. We first study the geodesic motion of massless and massive test particles, emphasizing how the CoS parameter $\alpha$ and the DM halo parameters $(\rho_s, r_s)$ influence photon spheres, circular orbits, the BH shadow, and the innermost stable circular orbit (ISCO). We then examine scalar perturbations via the effective potential and the associated quasinormal-mode (QNM) spectra, showing how $\alpha$ and $(\rho_s, r_s)$ deform oscillation frequencies and damping rates, thereby affecting stability diagnostics. Furthermore, we investigate the thermodynamics in the extended phase space, deriving the Hawking temperature, equation of state, Gibbs free energy, and specific heat capacity, and establishing a consistent first law and Smarr relation with natural work terms for $\alpha$ and $(\rho_s, r_s)$. We find that the interplay between the CoS and the DM halo produces quantitative and sometimes qualitative changes in both dynamical and thermodynamical properties, including shifts of the Hawking--Page transition and heat-capacity divergences, thus reshaping the phase structure of Schwarzschild--AdS BHs. | 我々は、弦の雲（CoS）とデーネン型密度プロファイルでモデル化された暗黒物質（DM）ハローを源とするアインシュタイン方程式の静的球対称解として得られるシュワルツシルト型反ド・ジッター（AdS）ブラックホール（BH）を導出し、解析する。 まず、質量ゼロおよび質量を持つテスト粒子の測地線運動を研究し、CoSパラメータ$\alpha$とDMハローパラメータ$(\rho_s, r_s)$が光子球、円軌道、BHシャドウ、および最内安定円軌道（ISCO）にどのように影響するかに焦点を当てる。 次に、有効ポテンシャルと関連する準基準モード（QNM）スペクトルを介してスカラー摂動を調べ、$\alpha$と$(\rho_s, r_s)$が振動周波数と減衰率をどのように変形させ、それによって安定性診断にどのように影響するかを示す。 さらに、拡張相空間における熱力学を研究し、ホーキング温度、状態方程式、ギブス自由エネルギー、比熱容量を導出し、$\alpha$および$(\rho_s, r_s)$に対する自然な仕事項を用いて、整合した第一法則およびSmarr関係式を確立した。 CoSハローとDMハローの相互作用により、ホーキング-ペイジ転移や熱容量発散のシフトなど、動力学的および熱力学的特性の両方において定量的、場合によっては定性的な変化が生じ、シュワルツシルト-AdS BHの相構造が変化することが明らかになった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This study tackles the impact Dark Energy (DE) in different systems by a simple unifying formalism. We introduce a parameter space that compare gravity across all cosmic scales, using the McVittie spacetime (McV) and connects spherically symmetric solutions with cosmological solutions. By analyzing the invariant scalars: the Ricci, Weyl, and Kretschmann scalars, we develop a phase-space description that predicts the dominance of the Cosmological Constant. We explore three cases: (1) the local Hubble flow around galaxy groups and clusters, (2) spherical density distributions and (3) binary motion. Our results show that the Kretschmann scalar of galaxy groups and clusters in their turnaround is $2\Lambda^2$ which is three times the Kretschmann scalar of the Cosmological Consonant. This quantifies the DE domination in local structures. | 本研究では、単純な統一的形式論を用いて、異なる系におけるダークエネルギー（DE）の影響を論じる。 マクヴィッティ時空（McV）を用いて、あらゆる宇宙スケールにわたって重力を比較するパラメータ空間を導入し、球対称解と宇宙論的解を結び付ける。 不変スカラーであるリッチ、ワイル、クレッチマンのスカラーを解析することにより、宇宙定数の優位性を予測する位相空間記述を展開する。 本研究では、(1)銀河団および銀河団周囲の局所ハッブルフロー、(2)球状密度分布、(3)連星運動の3つのケースを検討する。 結果から、銀河団および銀河団のターンアラウンド時のクレッチマン・スカラーは$2\Lambda^2$であり、これは宇宙子音のクレッチマン・スカラーの3倍であることが示された。 これは、局所構造におけるDEの優位性を定量化します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, we investigate the cosmological implications of two DE models, introduced by Chen \& Jing \cite{modelhigher} and by Granda \& Oliveros \cite{gohnde}. The first model comprises three principal components: one term proportional to the Hubble parameter $ H$ squared, and two additional terms proportional to the first and second time derivatives of $ H $, respectively. The second model, known as New Holographic Dark Energy (NHDE) model, can be considered a generalization of the Ricci DE model and it contains a term proportional to the Hubble parameter $H$ squared and one to the first time derivative of $H$. We derive the analytical expressions for the reduced Hubble parameter squared $h^2$, the Equation of State (EoS) parameter of Dark Energy (DE) $\omega_D $, the pressure of DE $p_D$ and of the deceleration parameter $q $ considering both non-interacting and later on interacting DM and DE. We also consider some limiting cases for the integration constants obtained. Furthermore, we explore the limiting scenario of a flat, dark energy-dominated Universe and establish a correspondence between the proposed DE models and various scalar field frameworks. Specifically, we examine their connection with the Generalized Chaplygin Gas, the Modified Chaplygin Gas, the Modified Variable Chaplygin Gas, the Viscous Generalized Chaplygin Gas, as well as scalar field models based on Dirac-Born-Infeld theory, Yang-Mills theory and Nonlinear Electrodynamics. | 本研究では、Chen \& Jing \cite{modelhigher} と Granda \& Oliveros \cite{gohnde} によって導入された2つの DE モデルの宇宙論的意味合いを検証する。 最初のモデルは3つの主成分から構成される。 ハッブルパラメータ $H$ の2乗に比例する項と、$H$ の1次および2次時間微分に比例する項である。 2つ目のモデルは、新ホログラフィックダークエネルギー (NHDE) モデルとして知られ、リッチ DE モデルの一般化とみなされ、ハッブルパラメータ $H$ の2乗に比例する項と、$H$ の1次時間微分に比例する項を含む。 我々は、非相互作用型および後に相互作用型となるダークエネルギーとダークエネルギーの両方を考慮し、縮約ハッブルパラメータの2乗$h^2$、ダークエネルギーの状態方程式（EoS）パラメータ$\omega_D$、ダークエネルギーの圧力$p_D$、および減速パラメータ$q$の解析的表現を導出する。 また、得られた積分定数のいくつかの極限ケースも考察する。 さらに、平坦でダークエネルギーが支配的な宇宙という極限シナリオを探求し、提案されたダークエネルギーモデルと様々なスカラー場の枠組みとの対応関係を確立する。 具体的には、一般化チャプリギンガス、修正チャプリギンガス、修正可変チャプリギンガス、粘性一般化チャプリギンガス、そしてディラック・ボルン・インフェルド理論、ヤン・ミルズ理論、非線形電気力学に基づくスカラー場モデルとの関連を検討する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the connection between thermodynamic phase transitions and quasi-normal modes (QNMs) in charged black holes with a positive curvature constant, within the framework of $F(R)$-Euler-Heisenberg gravity. Nonlinear electromagnetic fields lead to rich thermodynamic phase structures and significantly affect the QNMs of massless scalar fields. By analyzing the QNMs spectrum, we find that the transition point marking the disappearance of the divergence in the QNMs slope parameter $K$ aligns with the change of the thermodynamic phase structure described by the heat capacity, within the bounds of computational uncertainty. This precise matching holds under variations of the curvature parameter and charge. Furthermore, we show that larger angular quantum number $l$ diminishes this correspondence, while higher overtone number $n$ restores it beyond a threshold. These findings demonstrate that thermodynamic phase transitions of black holes carry embedded dynamical information, uncovering a fundamental link between black hole thermodynamic and dynamical properties. | 我々は、正の曲率定数を持つ荷電ブラックホールにおける熱力学的相転移と擬基準モード（QNM）の関係を、$F(R)$-オイラー-ハイゼンベルク重力理論の枠組みの中で調べる。 非線形電磁場は豊かな熱力学的相構造をもたらし、質量ゼロのスカラー場のQNMに大きな影響を与える。 QNMのスペクトルを解析することにより、QNMの傾きパラメータ$K$の発散が消失する転移点が、計算不確かさの範囲内で、熱容量によって記述される熱力学的相構造の変化と一致することを明らかにした。 この正確な一致は、曲率パラメータと電荷の変化に対しても成立する。 さらに、角量子数$l$が大きいほどこの対応は減少するが、倍音数$n$が大きいほど閾値を超えて回復することを示す。 これらの発見は、ブラックホールの熱力学的相転移が埋め込まれた力学的情報を持っていることを実証し、ブラックホールの熱力学的特性と力学的特性の間の根本的な関連性を明らかにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Hawking radiation and black hole thermodynamics are well understood in the frameworks of quantum field theory and general relativity, with contemporary extensions in string theory, AdS/CFT, and loop quantum gravity. However, an open question remains: Can Hawking radiation be consistently described using statistical mechanics? This challenge arises due to the ambiguous quantum nature of Hawking particles and constraints imposed by information conservation. This study develops a heuristic statistical model using a worldine Lagrangian formalism, treating Hawking particles as timelike with an effective mass and following an arbitrary statistical distribution. The flow of information is modeled as a transfer of microstates from the event horizon to the radiation background within a closed ensemble. From this framework, the Hawking particle mass $m_H=\hbar/(2\pi r_S)$ is recovered, and the worldline Lagrangian yields the black hole's thermal energy, $E=\hbar/(8\pi GM)$. Beyond preserving conventional insights, reinforcing the statistical nature of black hole evaporation, this approach introduces novel perspectives: modeling the black hole as a structured energy well containing microstates, quantifying the evaporation rate of individual microstates, and determining the total number of microstates from the horizon's surface area. This study leaves the door open for a stochastic mechanical analysis, which is introduced in the Discussion section. | ホーキング放射とブラックホール熱力学は、量子場の理論と一般相対論の枠組みの中でよく理解されており、弦理論、AdS/CFT、ループ量子重力理論といった現代的な拡張も加わっている。 しかしながら、未解決の問題が残っている。 ホーキング放射は統計力学を用いて整合的に記述できるのだろうか？この難問は、ホーキング粒子の曖昧な量子的性質と情報保存則によって課される制約から生じる。 本研究では、世界線ラグランジアン形式を用いたヒューリスティックな統計モデルを開発し、ホーキング粒子を有効質量を持つ時間的存在として扱い、任意の統計分布に従う。 情報の流れは、事象の地平線から放射背景への、閉じた集団内におけるミクロ状態の伝達としてモデル化される。 この枠組みから、ホーキング粒子の質量$m_H=\hbar/(2\pi r_S)$が復元され、世界線ラグランジアンからブラックホールの熱エネルギー$E=\hbar/(8\pi GM)$が得られる。 このアプローチは、従来の知見を維持し、ブラックホール蒸発の統計的性質を強化するだけでなく、ブラックホールをミクロ状態を含む構造化されたエネルギー井戸としてモデル化し、個々のミクロ状態の蒸発速度を定量化し、地平線の表面積からミクロ状態の総数を決定するという新たな視点を導入する。 本研究は、考察のセクションで紹介される確率論的力学解析への道筋を残している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a derivation of the Ryu-Takayanagi (RT) formula in 3D gravity for generic boundary subregion--including RT surface phase transitions--directly from the dual two-dimensional conformal field theory (CFT). Our approach relies on the universal statistics of the algebraic conformal data and the large-$c$ behavior of conformal blocks with Cardy boundaries involved. We observe the emergence of 3D multi-boundary black holes with Karch-Randall branes from entangled states of any number of CFT's with and without Cardy boundaries. The RT formula is obtained directly from the CFT in the high-temperature regime. Two direct applications are: $\textbf{1)}$ A simple derivation of the multi-interval entanglement entropy for the vacuum state of a single CFT; $\textbf{2)}$ A CFT-based detection of the emergence of replica wormholes in the context of entanglement islands and black hole microstate counting. Our framework yields the first holographic random tensor network that faithfully captures the entanglement structure of holographic CFTs. These results imply that bulk spacetime geometries indeed emerge from the eigenstate thermalization hypothesis (ETH) in the dual field theory in the large-$c$ limi--a paradigm we refer to as $\textit{It from ETH}$. | 我々は、3次元重力におけるRyu-Takayanagi (RT)公式を、RT表面相転移を含む一般的な境界部分領域に対して、双対2次元共形場理論(CFT)から直接導出する。 このアプローチは、代数的共形データの普遍統計と、Cardy境界を含む共形ブロックの大$c$挙動に依存する。 Cardy境界の有無にかかわらず、任意の数のCFTのエンタングルメント状態から、Karch-Randallブレーンを持つ3次元多重境界ブラックホールの出現を観測する。 RT公式は、高温領域におけるCFTから直接得られる。 2つの直接的な応用は以下の通りである。 $\textbf{1)}$ 単一CFTの真空状態における多重区間エンタングルメントエントロピーの簡単な導出。 $\textbf{2)}$ エンタングルメント島とブラックホールミクロ状態計数の文脈におけるレプリカワームホールの出現のCFTに基づく検出。 我々の枠組みは、ホログラフィックCFTのエンタングルメント構造を忠実に捉える初のホログラフィックランダムテンソルネットワークを生み出す。 これらの結果は、大$c$極限における双対場理論の固有状態熱化仮説（ETH）から、バルク時空幾何学が実際に出現することを示唆している。 我々はこのパラダイムを$\textit{It from ETH}$と呼ぶ。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the relationship between nonlocal and local quantum field theories, and search for a viable notion of "local limit" to relate the unitary models. In Euclidean space it is relatively easy to have nonlocal theories with well-behaved local limits. In Minkowski spacetime, instead, singular behaviors are generically expected. Relaxing some assumptions on the "form factors" considered in the literature, we identify a class of models that have regular local limits in Minkowski spacetime. We call the models "asymptotically local" quantum field theories (AL-QFTs) and show that their limits are theories with physical and purely virtual particles (PVPs). In the bubble diagram, the nonlocal deformation generates PVPs straightforwardly. In the triangle diagram, it does so possibly up to multi-threshold corrections, which may be adjusted by tuning the deformation itself. We also build an asymptotically local deformation of quantum gravity with purely virtual particles. AL-QFT can serve various purposes, such as suggesting innovative approaches to off-shell physics, providing an alternative formulation for theories with PVPs, or smoothing out nonanalytic behaviors. We discuss its inherent arbitrariness and the implications for renormalizability. | 我々は非局所量子場理論と局所量子場理論の関係を調査し、ユニタリーモデルを関連付ける「局所極限」という現実的な概念を探求する。 ユークリッド空間においては、振る舞いの良い局所極限を持つ非局所理論を持つことは比較的容易である。 一方、ミンコフスキー時空においては、特異な振る舞いが一般的に期待される。 文献で考察されている「形状因子」に関するいくつかの仮定を緩和することで、ミンコフスキー時空において規則的な局所極限を持つモデルのクラスを特定する。 これらのモデルを「漸近局所」量子場理論（AL-QFT）と呼び、その極限が物理的粒子と純粋仮想粒子（PVP）を持つ理論であることを示す。 バブルダイアグラムでは、非局所変形はPVPを直接生成する。 トライアングルダイアグラムでは、変形自体を調整することで調整可能な複数の閾値補正までPVPを生成する可能性がある。 また、純粋仮想粒子を持つ量子重力の漸近局所変形を構築する。 AL-QFTは、オフシェル物理への革新的なアプローチの提案、PVPを含む理論の代替定式化の提供、非解析的挙動の平滑化など、様々な目的に使用できます。 本稿では、AL-QFTの固有の任意性と、くりこみ可能性への影響について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Dark matter remains a mystery in fundamental physics. The only evidence for dark matter's existence is from gravitational interactions. We constructed a precision torsion balance experiment to search for non-gravitational, long-range interactions between ordinary matter in our lab and the Milky Way's dark matter. We find no evidence of such interaction and set strict upper bounds on its strength. These results suggest that dark matter only interacts gravitationally over long distances and constrains a variety of dark matter theories. | 暗黒物質は基礎物理学において依然として謎に包まれています。 暗黒物質の存在を示す唯一の証拠は、重力相互作用です。 私たちは、研究室にある通常の物質と天の川銀河の暗黒物質との間の、重力によらない長距離相互作用を探索するために、精密なねじり天秤実験装置を構築しました。 その結果、そのような相互作用の証拠は見つからず、その強度には厳密な上限が示されました。 これらの結果は、暗黒物質が重力相互作用を長距離でのみ行うことを示唆しており、様々な暗黒物質理論に制約を課しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Spin-induced deformations of individual components of a binary can be quantified using the gravitational wave signal the binary emits. Such deformations are characterised by a parameter, $ \kappa $, which takes a value of 1 for a black hole and thus its measurement can be used to test the no-hair conjecture. However, in practice, only a symmetric combination of this parameter for a binary ($ \kappa_s $) can be measured, thus instead enabling a test for the no-hair conjecture in the context of a binary black hole system; see for instance, Krishnendu et al., Phys. Rev. Lett. 119, 091101 (2017), arXiv:1701.06318. While previous studies have focused on circular binaries, we extend this test to eccentric systems in a Fisher matrix based analysis. We find that the error in the measurement of the parameter $ \kappa_s $ reduces from a value of about 18% (for the circular case) to close to 8% (4%) for a $ 10 M_{\odot} $ system with dimensionless component spins $ >0.8 $ and with a reference initial eccentricity ($ e_0 $) of 0.2 (0.4) evaluated at 5 Hz for a third generation detector, Cosmic Explorer (CE). Compared to the estimates obtained by using Advanced LIGO design sensitivity, eccentricity and the overall improved sensitivity of CE detectors together seem to improve these estimates almost by an order of magnitude. | 連星系を構成する個々の構成要素のスピン誘起変形は、連星系が放出する重力波信号を用いて定量化できる。 このような変形は、パラメータ$ \kappa $によって特徴付けられる。 このパラメータはブラックホールの場合1の値をとるため、その測定値はノーヘア予想の検証に利用できる。 しかし実際には、連星系においてこのパラメータの対称的な組み合わせ（$ \kappa_s $）しか測定できないため、連星系ブラックホール系におけるノーヘア予想の検証は可能である。 例えば、Krishnendu et al., Phys. Rev. Lett. 119, 091101 (2017), arXiv:1701.06318を参照のこと。 これまでの研究は円形連星系に焦点を当ててきたが、本研究ではフィッシャー行列に基づく解析により、この検証を偏心系にも拡張する。 第三世代検出器Cosmic Explorer (CE)を用いて5Hzで評価した無次元成分スピンが0.8以上で初期離心率(e_0)が0.2(0.4)である10 M_{\odot} $系において、パラメータ$ \kappa_s $の測定誤差が約18%(円形の場合)から8%(4%)近くまで減少することが分かりました。 離心率とCE検出器の全体的な感度向上が相まって、Advanced LIGO設計感度を用いて得られた推定値と比較すると、これらの推定値はほぼ1桁改善されるようです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Schwarzschild geometry, describing the gravitational field of a spherical mass in classical vacuum, is one of the most famous vacuum solutions of the Einstein field equations. Classical vacuum is an idealization that does not include quantum vacuum fluctuations of quantum fields, and determining the form of the gravitational field of a spherical mass in quantum vacuum is an important step towards understanding the interplay between gravity and quantum field theory. We formulate and prove general results on the space of static, spherically symmetric and asymptotically flat spacetimes sourced by quantum vacuum fluctuations, obtained under the broad assumptions that the quantum vacuum energy density is negative and unbounded on Killing horizons. In particular, we show the generic replacement of Killing horizons by wormhole throats. We discuss how previous calculations in the literature that have used different prescriptions for the regularized vacuum expectation value of the quantum stress-energy tensor are particular cases of our general results. | シュワルツシルト幾何学は、古典真空中の球状質量の重力場を記述するものであり、アインシュタイン場の方程式の最も有名な真空解の一つである。 古典真空は量子場の量子真空揺らぎを含まない理想化であり、量子真空中の球状質量の重力場の形を決定することは、重力と量子場の理論の相互作用を理解するための重要な一歩である。 我々は、量子真空揺らぎを源とする静的、球対称、漸近平坦な時空空間に関する一般的な結果を定式化し証明する。 これらの結果は、キリング地平線上で量子真空エネルギー密度が負かつ無限大であるという広範な仮定の下で得られる。 特に、キリング地平線をワームホール・スロートに一般的に置き換えることを示す。 量子応力エネルギーテンソルの正規化真空期待値について異なる規定を用いた文献におけるこれまでの計算が、我々の一般的な結果の特殊ケースである理由を議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This paper investigates the implications from area quantization in Loop Quantum Gravity, particularly focusing on the application of the Landauer principle -- a fundamental thermodynamic concept establishing a connection between information theory and thermodynamics. By leveraging the Landauer principle in conjunction with the Bekenstein-Hawking entropy law, we derive the usual value for the Immirzi parameter precisely, $\gamma = \ln2/(\pi \sqrt{3})$, without using the typical procedure that involves the Boltzmann-Gibbs entropy. Furthermore, following an analogous procedure, we derive a modified expression for the Immirzi parameter aligned with Barrow's entropy formulation. Our analysis also yields a new expression for the Immirzi parameter consistent with a corresponding modified Kaniadakis entropy for black hole entropy further illustrating, along with Barrow's entropy, the applicability of Landauer's principle in alternative statistical contexts within black hole physics. | 本論文では、ループ量子重力における面積量子化の含意を考察し、特に情報理論と熱力学を結びつける基本的な熱力学概念であるランダウアー原理の適用に焦点を当てる。 ランダウアー原理をベッケンシュタイン-ホーキングのエントロピー則と組み合わせて利用することで、ボルツマン-ギブスエントロピーを用いる典型的な手順を用いることなく、イミルジパラメータの通常の値、$\gamma = \ln2/(\pi \sqrt{3})$ を正確に導出する。 さらに、同様の手順に従い、バローのエントロピー定式化に沿ったイミルジパラメータの修正された式を導出する。 我々の解析は、ブラックホールエントロピーに対応する修正カニアダキスエントロピーと整合するイミルジパラメータの新しい表現も導き出し、バローのエントロピーとともに、ブラックホール物理学における代替統計的文脈におけるランダウアー原理の適用可能性をさらに示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Nearly 210 binary black hole (BBH) mergers have been observed by the LIGO-Virgo-KAGRA network during its four observing runs. Generic BBHs are spinning, and their spins are misaligned with the orbital angular momentum $\vec{L}$. These misaligned spins cause $\vec{L}$ to precess in a cone with dimensionless precession amplitude $\tilde{\theta}$ and frequency $\tilde{\Omega}$ about the nearly constant direction of the total angular momentum. This precession modulates the observed GWs. We propose a model of regularly precessing (RP) waveforms that incorporates $\tilde{\theta}$ and $\tilde{\Omega}$ directly as parameters. We investigate how these waveforms vary as functions of these precessional parameters, as well as binary orientation and sky location. We use the Lindblom criterion to estimate that precession can be detected in a RP source with signal-to-noise ratio $\rho$ when the mismatch $\epsilon$ with a non-precessing (NP) source with otherwise identical parameters exceeds $1/2\rho^2$. Precession is most detectable when $\vec{L}$ precesses through configurations we call +~nulls during the inspiral. At +~nulls, a NP source only emits +-polarization to which the GW detector is insensitive. The large mismatch between a RP source and this vanishing NP signal enhances the detectability of precession. We also explore the detectability of precession as a function of redshift $z$ for different BBH populations. We find that for BBHs with isotropically oriented maximal spins, precession is detectable in a majority of systems out to $z \approx 0.3$ for chirp masses $10 \lesssim M_c/M_\odot \lesssim 40$ and mass ratios $q \gtrsim 0.5$. Reduced spin magnitudes or greater alignment between the spins and $\vec{L}$ make it difficult to observe beyond $z \approx 0.1$. (abridged) | LIGO-Virgo-KAGRAネットワークは、4回の観測期間中に約210個の連星ブラックホール（BBH）合体を観測しました。 一般的なBBHは自転しており、そのスピンは軌道角運動量$\vec{L}$とずれています。 これらのずれたスピンにより、$\vec{L}$は、全角運動量のほぼ一定の方向を中心として、無次元歳差運動振幅$\tilde{\theta}$と周波数$\tilde{\Omega}$を持つ円錐状に歳差運動します。 この歳差運動は、観測される重力波を変調させます。 我々は、$\tilde{\theta}$と$\tilde{\Omega}$を直接パラメータとして組み込んだ、規則的に歳差運動する（RP）波形モデルを提案します。 これらの波形が、歳差運動パラメータ、連星の向き、そして天空の位置の関数としてどのように変化するかを調べます。 リンドブロム基準を用いて、信号対雑音比$\rho$のRP源において、他のパラメータが同一の非歳差運動（NP）源との不一致$\epsilon$が$1/2\rho^2$を超える場合、歳差運動が検出可能であると推定する。 歳差運動は、インスパイラル時に$\vec{L}$が+~nullsと呼ばれる構成を歳差運動する際に最も検出されやすい。 +~nullsでは、NP源は重力波検出器が感度を持たない+偏光のみを放射する。 RP源とこの消失するNP信号との間の大きな不一致は、歳差運動の検出可能性を高める。 また、異なるBBH種族について、赤方偏移$z$の関数として歳差運動の検出可能性を調べる。 等方的に配向した最大スピンを持つBBHの場合、チャープ質量が$10 \lesssim M_c/M_\odot \lesssim 40$、質量比が$q \gtrsim 0.5$の場合、ほとんどの系で$z \approx 0.3$まで歳差運動が検出できることがわかった。 スピンの大きさが小さくなったり、スピンと$\vec{L}$の向きが揃ったりすると、$z \approx 0.1$を超えると観測が困難になる。 (要約) |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Instrumental artefacts, such as glitches, can significantly compromise the scientific output of LISA. Our methodology employs advanced Bayesian techniques, including Reversible Jump Markov Chain Monte Carlo and parallel tempering to find and characterize glitches and astrophysical signals. The robustness of the pipeline is demonstrated through its ability to simultaneously handle diverse glitch morphologies and it is validated with a 'Spritz'-type data set from the LISA Data Challenge. Our approach enables accurate inference on Massive Black Hole Binaries, while simultaneously characterizing both instrumental artefacts and noise. These results present a significant development in strategies for differentiating between instrumental noise and astrophysical signals, which will ultimately improve the accuracy and reliability of source population analyses with LISA. | グリッチなどの機器由来のアーティファクトは、LISAの科学的成果を著しく損なう可能性があります。 私たちの手法では、可逆ジャンプ・マルコフ連鎖モンテカルロ法や並列テンパリング法などの高度なベイズ統計手法を用いて、グリッチと天体物理学的シグナルを発見・特徴づけます。 パイプラインの堅牢性は、多様なグリッチの形態を同時に処理できる能力によって実証されており、LISAデータチャレンジの「Spritz」型データセットによって検証されています。 私たちのアプローチは、巨大ブラックホール連星の正確な推論を可能にすると同時に、機器由来のアーティファクトとノイズの両方を同時に特徴づけることを可能にします。 これらの結果は、機器由来のノイズと天体物理学的シグナルを区別するための戦略における重要な進歩を示しており、最終的にはLISAによる天体集団解析の精度と信頼性を向上させるでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This is a preface to Fields, Gravity, Strings and Beyond, a special issue collection of articles published in J. Phys. A in memory of Stanley Deser. | これは、スタンリー・デザーを偲んでJ. Phys. A誌に掲載された論文集「Fields, Gravity, Strings and Beyond」の序文です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the cosmological imprint of self-interacting dark radiation (DR) on the primordial $B$-mode angular power spectrum and its impact on the estimation of the tensor-to-scalar ratio $r$. We consider a minimal model in which DR is described as an effectively massless axion-like particle with quartic self-interactions. These interactions are incorporated into the Einstein-Boltzmann equations using the relaxation time approximation and implemented in the $\texttt{CLASS}$ code. We show that increasing the strength of DR self-interactions suppresses anisotropic stress, thereby reducing the damping of gravitational waves and leading to an enhancement of the primordial $B$-mode signal relative to the free-streaming case. Using mock CMB data and Markov Chain Monte Carlo analyses, we show that neglecting DR self-interactions may bias the inferred value of $r$ by an amount comparable to the uncertainty expected in forthcoming CMB polarization experiments, such as the ground-based $\textit{Simons Observatory}$ and the satellite missions $\textit{LiteBIRD}$ and PICO. Our results emphasize the importance of properly modeling DR interactions in future precision searches for primordial $B$-modes in order to obtain unbiased constraints on inflationary gravitational waves. | 自己相互作用暗黒放射（DR）が原始$B$モード角パワースペクトルに及ぼす宇宙論的影響と、それがテンソル・スカラー比$r$の推定に与える影響を調査する。 DRを実質的に質量ゼロのアクシオン型粒子として記述し、4次の自己相互作用を持つ極小モデルを考察する。 これらの相互作用は、緩和時間近似を用いてアインシュタイン-ボルツマン方程式に組み込まれ、$\texttt{CLASS}$コードに実装されている。 DR自己相互作用の強度を増加させると、異方性応力が抑制され、それによって重力波の減衰が減少し、自由流動の場合と比較して原始$B$モード信号が増強されることを示す。 模擬CMBデータとマルコフ連鎖モンテカルロ解析を用いて、DR自己相互作用を無視すると、推定された$r$の値に、地上ベースの$\textit{Simons Observatory}$や衛星ミッション$\textit{LiteBIRD}$、PICOなどの今後のCMB偏光実験で予想される不確実性に匹敵する量のバイアスがかかる可能性があることを示した。 我々の結果は、インフレーション重力波に対する偏りのない制限を得るために、将来の原始$B$モードの精密探索においてDR相互作用を適切にモデル化することの重要性を強調している。 |