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| Original Text | 日本語訳 |
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| The strong gravitational field of a black hole bends light, forming multi-level images, yet extracting precise spacetime information from them remains challenging. In this study, we investigate how gravitational lensing leaves unique and detectable signatures in black hole movies using autocorrelation analysis. By examining the two-dimensional autocorrelation of a movie depicting a hotspot orbiting a Kerr black hole, as viewed by a near-axis observer, we identify a persistent secondary peak structure induced by gravitational lensing. Notably, these secondary peaks converge toward an approximately fixed point in the time-angle lag domain, largely independent of the orbital radius of the hotspot. This key property suggests that combining future flare observations with precise autocorrelation analysis could effectively disentangle lensing effects from orbital dynamics, enabling direct measurement of black hole parameters. | ブラックホールの強い重力場は光を曲げ、多層構造の像を形成するが、そこから正確な時空情報を抽出することは依然として困難である。 本研究では、自己相関解析を用いて、重力レンズ効果がブラックホールの動画にどのような特徴的な特徴を残すのかを検証する。 カーブラックホールを周回するホットスポットを近軸観測者から見た動画の2次元自己相関を調べることで、重力レンズ効果によって引き起こされる持続的な二次ピーク構造を特定する。 注目すべきは、これらの二次ピークは、ホットスポットの軌道半径にはほとんど依存せず、時間-角度遅延領域においてほぼ固定された点に収束する点である。 この重要な特性は、将来のフレア観測と正確な自己相関解析を組み合わせることで、レンズ効果と軌道ダイナミクスを効果的に分離し、ブラックホールパラメータを直接測定できる可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider pure three-dimensional Maxwell-Chern-Simons electrodynamics in the static limit. We show that this theory can be mapped onto a two-dimensional gravitational model in the first-order formalism of Riemannian manifolds with Euclidean signature, coupled to a real scalar field naturally interpreted as a dilaton. In this framework, the Newtonian and cosmological constants in two dimensions are fully determined by the electric charge. The solution to this gravitational model is found to be trivial: a constant dilaton field on a flat manifold. However, we introduce two distinct shifts of the spin-connection that transform the model into Jackiw-Teitelboim gravity. Specifically, we identify two additional solutions: a hyperbolic manifold with also a constant dilaton configuration; and a spherical manifold where, again, the dilaton assumes a constant, nonzero field configuration. In both non-flat cases, by employing the Gauss-Bonnet theorem in the specific cases of compact manifolds, we establish that the manifold's radius is fixed by the cosmological constant (and, therefore, by the electric charge). | 我々は静的極限における純粋な3次元マクスウェル-チャーン-サイモンズ電磁力学を考察する。 この理論は、ユークリッド特徴を持つリーマン多様体の一次形式における2次元重力モデルに写像でき、実スカラー場と自然にディラトンとして解釈されるものと結合していることを示す。 この枠組みでは、2次元におけるニュートン定数と宇宙定数は電荷によって完全に決定される。 この重力モデルの解は自明であり、平坦多様体上の定数ディラトン場であることがわかった。 しかし、我々はスピン接続の2つの異なるシフトを導入し、モデルをジャッキー-タイテルボイム重力に変換する。 具体的には、定数ディラトン配置を持つ双曲型多様体と、やはりディラトンが定数で非ゼロの場配置をとる球面多様体の2つの追加解を特定する。 平坦でない両方のケースにおいて、コンパクト多様体の特定のケースにおけるガウス・ボネ定理を用いることで、 多様体の半径は宇宙定数（したがって電荷）によって決まることが証明される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Divergence in perturbative expansions is where interesting physics takes place. Particle production on time-dependent backgrounds, as one such example, is interpreted as transition from one vacuum to another. Vacuum is typically defined as an asymptotic state in which the WKB approximation is valid. The use of the WKB method, however, poses several conceptual and computational issues, as the WKB series is divergent in general, quantization is insensitive to higher orders in the series, and the global behavior of solutions cannot be captured. Exact WKB analysis is a powerful resummation technology that provides an analytical tool for a global structure of exact solutions to overcome these problems. In this paper, we establish quantization by fully employing the exact WKB solutions as mode functions and by defining the vacua with respect to them. We provide a self-contained exact WKB formulation to obtain evolution matrices without resorting to the use of known special functions and without approximations. We find that the quantity called Voros coefficient plays an important role to re-normalize the exact WKB solutions compatible with asymptotic states. We show that the ambiguity that coexists with nontrivial Voros coefficients is eliminated by requiring physical quantization conditions. Our formalism provides a conceptual as well as practical framework to upgrade our treatment of quantization and particle production. Combined with other approximating techniques, it can form a basis to tackle a broad class of problems that are beyond technical ability of the existing formulations. | 摂動展開における発散は、興味深い物理現象が生じる場です。 一例として、時間依存背景における粒子生成は、ある真空から別の真空への遷移として解釈されます。 真空は、通常、WKB近似が成り立つ漸近状態として定義されます。 しかし、WKB法の使用は、WKB級数が一般に発散すること、量子化が級数の高次の次数に鈍感であること、解の大域的挙動を捉えられないことなど、いくつかの概念的および計算上の問題を引き起こします。 正確なWKB解析は、これらの問題を克服するための正確な解の大域的構造を解析するツールを提供する強力な再総和技術です。 本論文では、正確なWKB解をモード関数として完全に用い、それらに関して真空を定義することで量子化を確立します。 既知の特殊関数や近似を用いることなく、発展行列を得るための自己完結的な正確なWKB定式化を提供します。 ボロス係数と呼ばれる量は、漸近状態と両立する正確なWKB解を再正規化する上で重要な役割を果たすことがわかった。 非自明なボロス係数に共存する曖昧性は、物理的な量子化条件を要求することで解消されることを示す。 我々の定式化は、量子化と粒子生成の扱いを向上させるための概念的かつ実用的な枠組みを提供する。 他の近似手法と組み合わせることで、既存の定式化の技術的能力を超える広範な問題に取り組むための基礎を形成できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this comment, we show that the fundamental equation worked by Dvornikov in his paper is incorrect, which is given by the Dirac equation for a neutrino interacting with matter in a rotating frame (or curved space-time). In particular, Dvornikov incorrectly wrote/defined the interaction term (effective potentials or background matter) in a curved space-time. Consequently, one of his main results (if not the main one), namely the relativistic energy spectrum, is also incorrect (actually partially incorrect). So, starting from the correct Dirac equation with effective potentials in a curved space-time, we obtain the correct energy spectrum for a neutrino interacting with matter in a rotating frame. We observe that the square root of this spectrum is very different from that obtained by Dvornikov. In fact, in our case, the spectrum was obtained from a Bessel equation subject to a hard-wall confining potential, while the Dvornikov spectrum was obtained from an associated Laguerre equation. However, we note that the only correct thing in the Dvornikov spectrum are the terms outside the square root, which agree with those of the correct spectrum. | このコメントでは、ドヴォルニコフが論文で導出した基本方程式、すなわち回転系（または曲がった時空）における物質と相互作用するニュートリノに対するディラック方程式が誤りであることを示します。 特に、ドヴォルニコフは曲がった時空における相互作用項（有効ポテンシャルまたは背景物質）の記述／定義に誤りがあります。 その結果、彼の主要な結果の一つ（主要なものではないにしても）である相対論的エネルギースペクトルも誤りです（実際には部分的に誤りです）。 そこで、曲がった時空における有効ポテンシャルを持つ正しいディラック方程式から出発して、回転系における物質と相互作用するニュートリノの正しいエネルギースペクトルを得ます。 このスペクトルの平方根は、ドヴォルニコフが得たものとは大きく異なることがわかります。 実際、我々のケースでは、スペクトルは 硬壁閉じ込めポテンシャルを条件とするベッセル方程式から得られ、 ドヴォルニコフスペクトルは関連するラゲール方程式から得られました。 しかし、ドヴォルニコフスペクトルにおいて正しいのは 平方根の外側の項のみであり、これは正しいスペクトルの項と一致することに注意してください。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Gravitational-Wave Transient Catalog (GWTC) is a collection of short-duration (transient) gravitational wave signals identified by the LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration in gravitational-wave data produced by the eponymous detectors. The catalog provides information about the identified candidates, such as the arrival time and amplitude of the signal and properties of the signal's source as inferred from the observational data. GWTC is the data release of this dataset and version 4.0 extends the catalog to include observations made during the first part of the fourth LIGO-Virgo-KAGRA observing run up until 2024 January 31. This paper marks an introduction to a collection of articles related to this version of the catalog, GWTC-4.0. The collection of articles accompanying the catalog provides documentation of the methods used to analyze the data, summaries of the catalog of events, observational measurements drawn from the population, and detailed discussions of selected candidates | 重力波トランジェントカタログ（GWTC）は、LIGO-Virgo-KAGRA共同研究グループが、同名の検出器によって生成された重力波データから特定した短時間（トランジェント）重力波信号のコレクションです。 このカタログは、特定された候補信号に関する情報（信号の到着時刻や振幅、観測データから推定される信号源の特性など）を提供します。 GWTCは、このデータセットのデータリリースであり、バージョン4.0ではカタログが拡張され、LIGO-Virgo-KAGRAの第4回観測期間の前半から2024年1月31日までの観測が含まれています。 本論文は、このカタログバージョンであるGWTC-4.0に関連する論文集の序文となります。 カタログに付随する論文集には、データ分析に使用された方法、イベントカタログの概要、母集団から得られた観察測定値、選択された候補に関する詳細な議論が記載されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| During LIGO-Virgo-KAGRA's third observing run (O3), simulated continuous gravitational wave (CW) signals were added to the LIGO detectors as hardware (HW) injections, which are physical injections into the interferometer control loop via auxiliary laser actuation on test-mass mirrors. These included two periodic signals mimicking a spinning neutron star in a binary system, similar to the low-mass X-ray binary Scorpius X-1 (Sco X-1). HW injections serve as an important validation of a search method, as they occur before data cleaning and preparation. We searched for these injections using the model-based cross-correlation pipeline, which was used to search for CWs from Sco X-1 in the first three LVK observing runs. To simulate a realistic search, we used a search region of orbital parameter space of similar size to the plausible parameter ranges for Sco X-1, but containing the parameters of each HW injection. Our self-blinded analysis confidently detected one of the injections. The other, which was generated with a lower amplitude and in a more expensive region of frequency space, was not detected. We verified the imprint of this second signal by performing a deeper targeted search at its true parameters. However, such a deep search across the full parameter range would have been computationally infeasible. | LIGO-Virgo-KAGRAの3回目の観測ラン（O3）では、模擬連続重力波（CW）信号がハードウェア（HW）注入としてLIGO検出器に入力されました。 これは、テストマスミラーの補助レーザー駆動を介して干渉計制御ループに物理的に注入される信号です。 これには、低質量X線連星Scorpius X-1（Sco X-1）に類似した連星系内の回転中性子星を模倣した2つの周期信号が含まれていました。 HW注入は、データのクリーニングと準備の前に行われるため、探索手法の重要な検証として機能します。 私たちは、最初の3回のLVK観測ランでSco X-1からのCWを探索するために使用されたモデルベースの相互相関パイプラインを使用して、これらの注入を探索しました。 現実的な探索をシミュレートするために、Sco X-1の妥当なパラメータ範囲と同程度の大きさで、各HW注入のパラメータを含む軌道パラメータ空間の探索領域を使用しました。 自己ブラインド解析により、注入の1つを確実に検出しました。 もう1つは、振幅が低く、周波数空間のより高価な領域で生成されたため、検出されませんでした。 この2番目の信号の痕跡は、真のパラメータでより深いターゲット探索を行うことで検証しました。 しかし、パラメータ範囲全体にわたるこのような深い探索は、計算量的に不可能でした。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We establish a coordinate-invariant Heisenberg-type lower bound for quantum states strictly localized in geodesic balls of radius $r_g$ on horizon-regular spacelike slices of static, spherically symmetric, asymptotically flat (AF) black-holes. Via a variance-eigenvalue equivalence the momentum uncertainty reduces to the first Dirichlet eigenvalue of the Laplace-Beltrami operator, yielding a slice-uniform Hardy baseline $\sigma_p r_g \ge \hbar/2$ under mild convexity assumptions on the balls; the bound is never attained and admits a positive gap both on compact interior regions and uniformly far out. For the Schwarzschild Painlev\'e-Gullstrand (PG) slice, whose induced 3-geometry is Euclidean, one recovers the exact Euclidean scale $\sigma_p r_g \ge \pi\hbar$, which is optimal among all admissible slices. The entire construction extends across the black-hole horizon, and it transfers to the static axisymmetric Weyl class, where the Hardy floor, strict gap, and AF $\pi$-scale persist (a global PG-like optimum need not exist). | 静的、球対称、漸近平坦（AF）ブラックホールの地平線正則空間的スライス上の半径$r_g$の測地線球に厳密に局在する量子状態に対して、座標不変なハイゼンベルク型の下限を確立する。 分散-固有値同値性により、運動量不確定性はラプラス-ベルトラミ作用素の第一ディリクレ固有値に帰着し、球上の緩やかな凸性仮定の下で、スライス一様ハーディ基線$\sigma_p r_g \ge \hbar/2$を与える。 この下限は決して達成されず、コンパクトな内部領域と一様遠方領域の両方で正のギャップを許容する。 シュワルツシルト・パンレフ・e-グルストランド（PG）スライス（その誘導3次元幾何はユークリッド的である）については、正確なユークリッドスケール$\sigma_p r_g \ge \pi\hbar$が回復され、これはすべての許容スライスの中で最適である。 この構成全体はブラックホールの地平線を横切って拡張され、静的軸対称ワイル類へと転移する。 そこではハーディ床、厳密ギャップ、およびAF $\pi$スケールが存続する（PGのような大域的最適解は必ずしも存在する必要はない）。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss the structure of microcanonical ensembles in inertial and non-inertial frames attached to a confined system of positive energy particles in curved spacetime. Under certain physically reasonable assumptions that ensure the existence of such ensembles, we derive two generic characteristics of the leading curvature corrections: (1) they are characterized by Ricci and Einstein tensors, and (2) their contribution is proportional to the boundary area of the system. We also obtain exact analytical results for microcanonical ensembles in de Sitter spacetime, which reproduce the perturbative results in the limit $\Lambda \to 0$, but have interesting limits when the size of the system is comparable to ${\Lambda}^{-1/2}$. We give a general argument to highlight two distinct sources of divergences in the phase space volume, coming from redshift and spatial geometry, and illustrate this by comparing and contrasting the results for (i) geodesic box in de Sitter, (ii) geodesic box in Schwarzschild, and (iii) uniformly accelerated box in Minkowski. Finally, we extend these results to $N$ particle systems in the massless (ultra-relativistic) limit for certain restricted class of spacetimes. | 我々は、曲がった時空における正エネルギー粒子の閉じ込め系に付随する慣性系および非慣性系におけるミクロカノニカル集団の構造について議論する。 そのような集団の存在を保証する物理的に妥当な仮定の下で、主要な曲率補正の2つの一般的な特徴を導く。 (1) それらはリッチテンソルとアインシュタインテンソルによって特徴付けられる。 (2) それらの寄与は系の境界面積に比例する。 また、我々はド・ジッター時空におけるミクロカノニカル集団の厳密な解析的結果も得る。 これは、$\Lambda \to 0$ の極限において摂動論的結果を再現するが、系のサイズが ${\Lambda}^{-1/2}$ に匹敵する場合には興味深い極限を示す。 我々は、位相空間体積における発散の2つの異なる原因、すなわち赤方偏移と空間幾何学に起因する原因を明らかにするための一般的な議論を提示し、(i) ド・ジッターの測地線ボックス、(ii) シュワルツシルトの測地線ボックス、(iii) ミンコフスキーの等加速ボックスの結果を比較対照することにより、これを説明する。 最後に、これらの結果を、ある制限された時空クラスに対する質量ゼロ（超相対論的）極限における$N$粒子系に拡張する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct four-dimensional gravity theories that resolve the Schwarzschild singularity and enable dynamical studies of nonsingular gravitational collapse. The construction employs a class of nonpolynomial curvature invariants that produce actions with (i) second-order equations of motion in spherical symmetry and (ii) a Birkhoff theorem, ensuring uniqueness of the spherically symmetric solution. Upon spherical reduction to two dimensions, these theories map to a particular subclass of Horndeski scalar-tensor models, which we use to explicitly verify the formation of regular black holes as the byproduct of the collapse of pressureless stars and thin-shells. We also show that linear perturbations on top of maximally symmetric backgrounds are governed by second-order equations. | 我々は、シュワルツシルト特異点を解決し、特異でない重力崩壊の力学的研究を可能にする4次元重力理論を構築する。 この構築では、(i) 球対称性の2次運動方程式と、(ii) バーコフ定理を満たす作用を生成する非多項式曲率不変量のクラスを用い、球対称解の一意性を保証する。 2次元への球面縮約により、これらの理論は、ホルンデスキーのスカラーテンソル模型の特定のサブクラスに写像され、これを用いて、圧力のない星と薄い殻の崩壊の副産物として、正則ブラックホールが形成されることを明示的に検証する。 また、最大対称背景上の線型摂動は、2次方程式によって支配されることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Scalar-tensor theories with a scalar field coupled to the Gauss-Bonnet invariant can evade no-hair theorems and allow for non-trivial scalar profiles around black holes. This coupling is characterized by a length scale $\lambda$, which, in an effective field theory perspective, sets the threshold below which deviations from General Relativity become significant. LIGO/VIRGO constraints indicate $\lambda$ is small, implying supermassive black holes should not scalarize. However, recent work suggests that scalarization can occur within a narrow window of masses, allowing supermassive black holes to scalarize, while leaving LIGO/VIRGO sources unaffected. We explore the impact of this scenario on the stochastic gravitational wave background recently observed by Pulsar Timing Arrays. We find that scalarization can alter the characteristic strain produced by circularly inspiralling SMBH binaries and that current data shows a marginal preference for a non-zero $\lambda$. However, similar signatures could arise from astrophysical effects such as orbital eccentricity or environmental interactions, emphasizing the need for improved modeling and longer observations to discriminate among the different scenarios. | ガウス・ボネ不変量と結合したスカラー場を持つスカラーテンソル理論は、ノーヘア定理を回避し、ブラックホール周辺の非自明なスカラープロファイルを許容することができる。 この結合は長さスケール$\lambda$によって特徴付けられ、有効場の理論の観点からは、これを下回ると一般相対論からの逸脱が顕著になる閾値を設定する。 LIGO/VIRGOの制約は$\lambda$が小さいことを示し、超大質量ブラックホールはスカラー化しないはずである。 しかし、最近の研究は、スカラー化が狭い質量範囲内で起こり、超大質量ブラックホールがスカラー化しつつも、LIGO/VIRGOの源は影響を受けないことを示唆している。 我々は、このシナリオが、最近パルサータイミングアレイによって観測された確率的重力波背景放射に与える影響を調査する。 我々は、スカラー化によって、円形に渦巻くSMBH連星によって生じる特徴的な歪みが変化し得ること、そして現在のデータは、$\lambda$がゼロでない場合に限界的な選好を示すことを明らかにした。 しかし、同様のシグネチャーは、軌道離心率や環境相互作用などの天体物理学的効果によって生じる可能性があり、異なるシナリオを区別するためには、モデリングの改善とより長期的な観測が必要であることを強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate degrees of freedom in New General Relativity. This theory is the three-parameter extension of Teleparallel Equivalent to GR and classified into nine irreducible types according to the rotation symmetry $SO(3)$ on each leaf of ADM-foliation. In the previous work~[{\it 2410.15056[gr-qc]}], we investigated the degrees of freedom in NGR types that are of interest in describing gravity: Type 2, Type 3, Type 5, and Type 8. In this work, we focus on unveiling those numbers in all other types to complete the analysis of NGR. After providing the Hamiltonian formulation of NGR and considering in detail the regularity of NGR, we perform the analysis of Type 4, Type 7, and Type 9. We reveal that the degrees of freedom of Type 4, Type 7, and Type 9 are five, zero (purely topological system in bulk spacetime), and three, respectively. Type 4 and Type 9 have second-class constraint densities only, whereas Type 7 has first-class constraint densities only. In every type, no bifurcation occurs. In particular, Type 4 and Type 7 are irregular and provide specific examples of handling irregular systems. Since no general method is known for treating an irregular system, this work contributes to furthering the understanding of irregular systems. | 新一般相対論における自由度を調査する。 この理論は、一般相対論のテレパラレル等価理論の3パラメータ拡張であり、ADM葉理の各葉における回転対称性$SO(3)$に基づいて9つの既約型に分類される。 前研究[{\it 2410.15056[gr-qc]}]では、重力を記述する上で重要なNGR型（タイプ2、タイプ3、タイプ5、タイプ8）における自由度を調査した。 本研究では、他のすべての型における自由度を明らかにし、NGRの解析を完了することに焦点を当てる。 NGRのハミルトン定式化とNGRの正則性について詳細な検討を行った後、タイプ4、タイプ7、タイプ9の解析を行う。 タイプ4、タイプ7、タイプ9の自由度はそれぞれ5、0（バルク時空における純粋な位相系）、3であることが明らかになった。 タイプ4とタイプ9は第2クラスの拘束密度のみを持ち、タイプ7は第1クラスの拘束密度のみを持つ。 いずれのタイプにおいても分岐は発生しない。 特に、タイプ4とタイプ7は不規則であり、不規則系を扱う具体的な例を示している。 不規則系を扱うための一般的な手法は知られていないため、本研究は不規則系の理解を深めることに貢献する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the no-boundary proposal for closed universes with an observer. We argue that the observer's no-boundary state is the identity operator on the physical Hilbert space, i.e., the maximum entropy state and show this explicitly in Jackiw-Teitelboim gravity. Geometrically, the no-boundary state is a bra-ket wormhole. Expectation values in the no-boundary state provide a trace for the observer's algebra, which allows one to define von Neumann entropy for observers in different universes as the relative entropy with respect to the no-boundary state. This result is consistent with all previously discussed cases of traces for invariantly defined regions. | 我々は、観測者が存在する閉宇宙に対する無境界提案を検証する。 観測者の無境界状態は物理的ヒルベルト空間上の恒等作用素、すなわち最大エントロピー状態であると主張し、これをジャッキー＝タイテルボイム重力において明示的に示す。 幾何学的には、無境界状態はブラケット・ワームホールである。 無境界状態における期待値は観測者代数のトレースを提供し、これにより、異なる宇宙における観測者に対するフォン・ノイマン・エントロピーを、無境界状態に対する相対エントロピーとして定義することができる。 この結果は、これまでに議論された不変的に定義された領域のトレースの全ての場合と整合している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The gravitational collapse of collisionless matter leads to shell-crossing singularities that challenge the applicability of standard perturbation theory. Here, we present the first fully perturbative approach in three dimensions by using Lagrangian coordinates that asymptotically captures the highly nonlinear nature of matter evolution after the first shell-crossing. This is made possible essentially thanks to two basic ingredients: (1) We employ high-order standard Lagrangian perturbation theory to evolve the system until shell-crossing, and (2) we exploit the fact that the density caustic structure near the first shell-crossing begins generically with pancake formation. The latter property allows us to exploit largely known one-dimensional results to determine perturbatively the gravitational backreaction after collapse, yielding accurate solutions within our post-collapse perturbation theory (PCPT) formalism. We validate the PCPT predictions against high-resolution Vlasov-Poisson simulations and demonstrate that PCPT provides a robust framework for describing the early stages of post-collapse dynamics. | 衝突のない物質の重力崩壊は、標準的な摂動論の適用可能性を問う殻交差特異点をもたらす。 本稿では、ラグランジュ座標を用いて、最初の殻交差後の物質進化の高度に非線形な性質を漸近的に捉える、3次元における初の完全摂動論的アプローチを提示する。 これは基本的に2つの基本要素によって可能となる。 (1) 殻交差まで系を進化させるために高次の標準的なラグランジュ摂動論を用いる。 (2) 最初の殻交差付近の密度コースティック構造が一般的にパンケーキ形成から始まるという事実を利用する。 後者の特性により、広く知られている1次元の結果を利用して崩壊後の重力反作用を摂動論的に決定し、崩壊後摂動論（PCPT）形式の下で正確な解を得ることが可能となる。 我々はPCPT予測を高解像度のVlasov-Poissonシミュレーションで検証し、PCPTが崩壊後のダイナミクスの初期段階を記述するための堅牢な枠組みを提供することを実証した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, quantum theory of a real massive scalar field in the background of a traversable wormhole is examined. The wormhole is supposed to connect two different universes; as a particular example the simplest Ellis wormhole is considered. It is shown that the resulting theory possesses a doubling of quantum states parametrized by the same value of asymptotic momentum; two different sets of such degenerate states are localized in different universes. This is a consequence of the topological structure of the wormhole spacetime, which is the same as the topological structure of the Schwarzschild spacetime providing a similar degeneracy of quantum states. | 本論文では、通過可能なワームホールを背景とした実質量スカラー場の量子論を検証する。 ワームホールは2つの異なる宇宙を接続するものと想定されており、具体的な例として最も単純なエリスワームホールを考察する。 得られた理論は、同じ漸近運動量でパラメータ化された量子状態の2倍化を有し、そのような縮退状態の2つの異なる集合が異なる宇宙に局在することを示す。 これはワームホール時空の位相構造の結果であり、この位相構造は、同様の量子状態の縮退をもたらすシュワルツシルト時空の位相構造と同じである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that, in two-dimensional Euclidean quantum gravity without matter fields, the Schwinger-Dyson equations derived within the Hamiltonian framework of non-critical string field theory can be reformulated in terms of the Chekhov-Eynard-Orantin topological recursion, and we explicitly compute the associated low-order amplitudes. In particular, we establish this reformulation for two discrete models -- the basic type and the strip type -- as well as for the continuum limit of dynamical triangulations. | 物質場のない2次元ユークリッド量子重力において、非臨界弦理論のハミルトニアン枠組みで導出されるシュウィンガー・ダイソン方程式が、チェーホフ・アイナール・オランタン位相的再帰を用いて再定式化できることを示し、関連する低次振幅を明示的に計算する。 特に、この再定式化を、基本型とストリップ型の2つの離散モデル、および動的三角測量の連続体極限に対して確立する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Yes and maybe. In contrast to the fluid particles of this perfect fluid spacetime which follow non-geodesic world-lines and escape to infinity, we prove that freely-falling test particles of McVittie spacetime can reach the black hole horizon in finite proper time. We review the relevant evidence and argue that the fate of an extended test body is less clear. More precisely: we consider expanding McVittie spacetimes with a non-negative cosmological constant. In each member of this class, we identify a region of the spacetime such that an observer following an initially-ingoing timelike geodesic crosses the black hole horizon of the spacetime in a finite amount of proper time. The curvature behaves in interesting ways along these geodesics. In the case of a positive cosmological constant, curvature scalars (of zero, first and second order in derivatives), Jacobi fields and parallel propagated (p.p.) frame components of the curvature remain finite along timelike geodesics running into the black hole horizon. For a vanishing cosmological constant, scalar curvature terms of zero and first order as well as Jacobi fields remain finite in this limit. However, scalar curvature terms of second order diverge, and we show that there are p.p.\ frame components of the curvature tensor that also diverge in this limit. We argue that this casts a doubt as to whether or not an extended test body can survive crossing the black hole horizon in this case. | はい、そしておそらくそうかもしれません。 この完全流体時空の流体粒子が非測地線的な世界線を辿り、無限遠に逃げ出すのとは対照的に、マクヴィッティ時空の自由落下するテスト粒子は有限の固有時間でブラックホールの地平線に到達できることを証明します。 関連する証拠を検証し、拡張されたテスト物体の運命はそれほど明確ではないと主張します。 より正確には、非負の宇宙定数を持つ膨張マクヴィッティ時空を考察します。 このクラスの各メンバーにおいて、観測者が初期入射する時間的測地線に沿って進むとき、有限の固有時間で時空のブラックホールの地平線を横切るような時空領域を特定します。 これらの測地線に沿って、曲率は興味深い振る舞いをします。 正の宇宙定数の場合、曲率スカラー（微分係数が0、1次、2次）、ヤコビ場、および曲率の平行伝播（p.p.）フレーム成分は、ブラックホールの地平線に至る時間的測地線に沿って有限のままである。 宇宙定数がゼロの場合、スカラー曲率項（0、1次）、およびヤコビ場はこの極限において有限のままである。 しかし、2次のスカラー曲率項は発散し、この極限において曲率テンソルのp.p.フレーム成分も発散することを示す。 これは、この場合、拡張されたテスト物体がブラックホールの地平線を横切って生き残ることができるかどうかについて疑問を投げかけると我々は主張する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We establish the connection between thermodynamic and dynamical instabilities in relativistic hydrodynamics with multiple flavours of conserved U(1) charges. In theories with positive hydrodynamic entropy production, where the underlying perfect fluid has a positive speed of sound squared and satisfies the null energy condition, we show that hydrodynamic instabilities can arise only through negative diffusion coefficients associated with the U(1) charges. The onset of such instabilities is governed by the eigenvalues of the thermodynamic Hessian matrix, while the flavour-space polarisations of the unstable diffusion modes are determined by the corresponding eigenvectors. We illustrate this connection using strongly coupled N=4 supersymmetric Yang-Mills theory at finite densities of the three U(1) R-charges. In the dual holographic description, the five-dimensional STU black brane exhibits unstable quasinormal modes precisely at the onset of thermodynamic instability. We derive analytic expressions for the R-charge diffusion coefficients in several representative cases, including the configuration with three equal chemical potentials. | 我々は、保存されるU(1)電荷の複数のフレーバーを持つ相対論的流体力学における熱力学的不安定性と動力学的不安定性の関係を確立する。 流体力学的エントロピー生成が正である理論、すなわち基礎となる完全流体が正の音速の2乗を持ち、ヌルエネルギー条件を満たす理論においては、流体力学的不安定性はU(1)電荷に伴う負の拡散係数によってのみ生じることを示す。 このような不安定性の発現は熱力学的ヘッセ行列の固有値によって支配され、不安定な拡散モードのフレーバー空間分極は対応する固有ベクトルによって決定される。 我々はこの関係を、3つのU(1) R電荷の有限密度における強結合N=4超対称ヤン＝ミルズ理論を用いて説明する。 双対ホログラフィック記述において、5次元STUブラックブレーンは、まさに熱力学的不安定性の発現時に不安定な準正規モードを示す。 我々は、3つの等しい化学ポテンシャルを持つ構成を含むいくつかの代表的なケースにおけるR電荷拡散係数の解析的表現を導出した。 |
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| The Lorentz transformation equations provide us a set of relations between the spacetime coordinates as observed from two different inertial frames. In case one of the frames is moving with a uniform rectilinear acceleration, we have Rindler's transformation equations under such a situation. In the present work, we extend the Rindler's equations to a situation where we generally have non-uniform acceleration. After that, we consider the non-inertial frame to undergo simple harmonic motion (SHM), and as a second case, we consider the non-inertial frame to move uniformly along a circle. This set of transformation equations will have applications in various branches of Physics and in general in Astrophysics. | ローレンツ変換方程式は、2つの異なる慣性系から観測される時空座標間の関係式を与える。 一方の慣性系が等速直線加速度で運動している場合、そのような状況下ではリンドラー変換方程式が成り立つ。 本研究では、リンドラー方程式を、一般に非等速加速度が与えられる状況に拡張する。 次に、非慣性系が単振動（SHM）を起こす場合を考え、さらに別のケースとして、非慣性系が円周に沿って等速運動する場合を考える。 この変換方程式は、物理学の様々な分野、そして一般的には天体物理学に応用される。 |
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| We analytically study isothermal spheres in the light of nonextensive statistical mechanics. The equations for the isothermal spheres are derived from the grand partition function of the gravitating particle system in the Tsallis statistical mechanics. The effect of nonextensive statistics appears in relatively dense state, which appears at the center of the isothermal sphere. The stability of the isothermal sphere in the general relativistic system is found to be sensitive to the parameter q in the Tsallis statistics. | 我々は非示量統計力学の観点から等温球を解析的に研究する。 等温球の方程式は、ツァリス統計力学における重力粒子系の大分配関数から導出される。 非示量統計の効果は、等温球の中心に現れる相対的に稠密な状態に現れる。 一般相対論系における等温球の安定性は、ツァリス統計におけるパラメータqに敏感であることがわかった。 |
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| Reference frames are crucial for describing local observers in general relativity. In quantum gravity, different proposals exist for how to treat reference frames. There are models with either classical or quantum reference frames. Recently, different choices appeared for investigating these possibilities at the level of the classical and quantum algebra of observables. One choice is based on the covariant phase space approach, using gravitational edge modes. In the canonical approach, there is another choice, relational clocks, built from matter or geometry itself. In this work, we extend existing results and show how to relate edge modes and geometrical clocks in linearized gravity. We proceed in three steps. First, we introduce an extension of the ADM (Arnowitt-Deser-Misner) phase space to account for covariant gauge fixing conditions and the explicit time dependence they add to Hamilton's equations. Second, we show how these gauge fixing conditions recover a specific choice of geometrical clocks in terms of Ashtekar-Barbero connection variables. Third, we study the effect of the Barbero-Immirzi parameter on the generators of asymptotic symmetries and the corresponding charges. This parameter, which disappears from metric gravity, affects the generators for angle-dependent asymptotic symmetries and the corresponding super-translation charges, while it has no effect on the global charges. | 一般相対論において、局所観測者を記述するには参照系が極めて重要です。 量子重力においては、参照系をどのように扱うかについて様々な提案があります。 古典参照系と量子参照系を持つモデルがあります。 最近、観測量の古典代数と量子代数のレベルでこれらの可能性を調査するための様々な選択肢が登場しました。 1つの選択肢は、重力エッジモードを用いた共変位相空間アプローチに基づいています。 標準的なアプローチでは、物質または幾何学そのものから構築された関係クロックという別の選択肢があります。 本研究では、既存の結果を拡張し、線形化重力におけるエッジモードと幾何学クロックの関係を示します。 3つのステップで進めます。 まず、共変ゲージ固定条件と、それらがハミルトン方程式に与える明示的な時間依存性を考慮するために、ADM（Arnowitt-Deser-Misner）位相空間の拡張を導入します。 第二に、これらのゲージ固定条件が、アシュテカー・バルベロ接続変数を用いて、特定の幾何学的時計の選択をどのように回復するかを示す。 第三に、バルベロ・イミルジパラメータが漸近対称性の生成元とそれに対応する電荷に与える影響を調べる。 このパラメータは計量重力からは消失するが、角度依存の漸近対称性の生成元とそれに対応する超並進電荷には影響を与えるが、大域電荷には影響を与えない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| An exact and analytical solution, in four-dimensional general relativity coupled with Maxwell electromagnetism, is built by means of a Lie point symmetry of the Ernst equations, the Harrison transformation. The new spacetime describes a Schwarzschild-like black hole embedded into a general external back-reacting electromagnetic field, which is the superposition of the Levi-Civita-Bertotti-Robinson and the Bonnor-Melvin ones. Conserved charges and the first law of thermodynamics are analysed. Swirling generalisations are also considered. Limits to the known metrics such as Schwarzschild-Bertotti-Robinson, Schwarzschild-Bonnor-Melvin and Bertotti-Robinson-Bonnor-Melvin are discussed. | 4次元一般相対論とマクスウェル電磁気学を結合した厳密かつ解析的な解は、エルンスト方程式のリー点対称性、すなわちハリソン変換を用いて構築される。 新しい時空は、一般的な外部反作用電磁場（レヴィ＝チヴィタ＝ベルトッティ＝ロビンソン電磁場とボナー＝メルビン電磁場の重ね合わせ）に埋め込まれたシュワルツシルト型ブラックホールを記述する。 保存電荷と熱力学第一法則が解析される。 旋回一般化も考慮される。 シュワルツシルト＝ベルトッティ＝ロビンソン、シュワルツシルト＝ボナー＝メルビン、ベルトッティ＝ロビンソン＝ボナー＝メルビンといった既知の計量の限界についても議論される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a novel mechanism for the formation of Planck-scale black hole remnants, or Planck relics, arising from third-order effective field theory corrections to general relativity. We derive the corresponding modifications to the Schwarzschild metric and the Hawking temperature and use them to obtain a modified evaporation law that departs significantly from Hawking's classical prediction at small masses. At a critical mass, $M_{crit}^{\pm}$, the rate of mass loss vanishes, while either the Hawking temperature remains finite as the horizon area shrinks to zero ($c_6>0$) or the horizon area remains finite as the Hawking temperature vanishes ($c_6<0$). In both cases the evaporation process freezes out, producing stable black hole remnants. Our results demonstrate that higher-order curvature corrections within effective field theory can provide a natural mechanism for remnant formation. | 我々は、一般相対論に対する三次の有効場の理論補正から生じるプランクスケールのブラックホール残骸、あるいはプランク残骸の形成に関する新たなメカニズムを提示する。 シュワルツシルト計量とホーキング温度への対応する修正を導出し、それらを用いて、小質量におけるホーキングの古典的な予測から大きく逸脱する修正蒸発法則を得る。 臨界質量$M_{crit}^{\pm}$において、質量損失率はゼロになるが、ホーキング温度は有限のままで地平線面積がゼロに縮小する（$c_6>0$）か、ホーキング温度がゼロになる（$c_6<0$）かのいずれかとなる。 どちらの場合も、蒸発過程は凍結し、安定なブラックホール残骸を生成する。 我々の研究結果は、有効場の理論における高次の曲率補正が、残留物形成の自然なメカニズムを提供できることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Bosonic stars,hypothetical astrophysical entities, are generally categorized into two primary classes based on the nature of their constituent particles: Einstein Klein Gordon stars, made up of massive scalar bosons, and Proca stars, their vector ''cousins''. Depending on the boson masses and field frequencies, these objects may exhibit properties of diffuse, massive structures, with sizes comparable to or even exceeding those of galaxies. This concept has inspired the bosonic dark matter halo hypothesis, providing a theoretical framework to effectively model the dark matter content of galactic halos. In this paper we build on our previous work to explore the possibility of using vector and scalar bosons to model the components of galactic dark matter halos and subhalos in order to reproduce the observed rotation curves of galaxies. By employing diverse combinations of those bosonic dark matter models in conjunction with observable data for a sample of galaxies, we show that our two component dark matter approach notably improves the agreement between observations and theoretical predictions with respect to our previous investigation. Our framework may shed new light on the enduring mystery surrounding the apparent matter deficit observed in dwarf and spiral galaxies. | 仮説上の天体であるボソン星は、構成粒子の性質に基づいて、一般的に2つの主要なクラスに分類されます。 アインシュタイン・クライン・ゴードン星は質量の大きいスカラーボソンで構成され、プロカ星はベクトルボソンの「いとこ」です。 ボソンの質量と磁場の周波数に応じて、これらの天体は拡散した質量の大きい構造の特性を示し、そのサイズは銀河に匹敵するか、あるいは銀河を超えることもあります。 この概念は、ボソン暗黒物質ハロー仮説の着想の源となり、銀河ハローの暗黒物質含有量を効果的にモデル化するための理論的枠組みを提供しました。 本論文では、これまでの研究を基に、ベクトルボソンとスカラーボソンを用いて銀河の暗黒物質ハローとサブハローの構成要素をモデル化し、観測された銀河の回転曲線を再現する可能性を探ります。 これらのボゾン暗黒物質モデルの多様な組み合わせを、いくつかの銀河の観測データと組み合わせて用いることで、私たちの二成分暗黒物質アプローチは、これまでの研究と比較して、観測結果と理論予測の一致を著しく改善することを示す。 私たちの枠組みは、矮小銀河や渦巻銀河で観測される見かけ上の物質不足を取り巻く長年の謎に新たな光を当てる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the propagating modes of New General Relativity (NGR) in second-order linear perturbations in the Lagrangian density (first-order in field equations). The Dirac-Bergmann analysis has revealed a violation of local Lorentz invariance in NGR. We review the recent status of NGR, considering the results of its Dirac-Bergmann analysis. We then reconsider the vierbein perturbation framework and identify the origin of each perturbation field in the vierbein field components. This identification is mandatory for adequately fixing gauges while guaranteeing consistency with the invariance guaranteed by the Dirac-Bergmann analysis. We find that the spatially flat gauge is adequate for analyzing a theory with the violation of local Lorentz invariance. Based on the established vierbein perturbative framework, introducing a real scalar field as a test matter, we perform a second-order perturbative analysis of NGR with respect to tensor, scalar, pseudo-scalar, and vector and pseudo-vector modes. We reveal the possible propagating modes of each type of NGR. In particular, we find that Type 3 has stable five propagating modes, \textit{i.e.}, tensor, scalar, and vector modes, compared to five non-linear degrees of freedom, which results in its Dirac-Bergmann analysis; Type 3 is preferable for the application to cosmology. Finally, we discuss our results in comparison to previous related work and conclude this study. | ラグランジアン密度（場の一次方程式）における2次線形摂動における新一般相対論（NGR）の伝播モードを調べる。 ディラック・ベルクマン解析は、NGRにおける局所ローレンツ不変性の破れを明らかにした。 我々は、ディラック・ベルクマン解析の結果を考慮しつつ、NGRの最近の状況をレビューする。 次に、四周波摂動の枠組みを再考し、四周波場成分における各摂動場の起源を特定する。 この特定は、ディラック・ベルクマン解析によって保証される不変性との整合性を保証しながら、ゲージを適切に固定するために必須である。 空間的に平坦なゲージは、局所ローレンツ不変性の破れを持つ理論を解析するのに適切であることがわかった。 確立された四周摂動論的枠組みに基づき、実スカラー場を試験問題として導入し、テンソル、スカラー、擬スカラー、ベクトル、擬ベクトルの各モードに関して、NGRの2次摂動論的解析を行う。 各タイプのNGRの可能な伝播モードを明らかにする。 特に、タイプ3は、5つの非線形自由度と比較して、テンソル、スカラー、ベクトルの5つの伝播モード（\textit{i.e.}）が安定していることがわかった。 これはディラック・ベルクマン解析をもたらす。 タイプ3は宇宙論への応用に適している。 最後に、これまでの関連研究と比較して結果を考察し、本研究を締めくくる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The generation of large curvature perturbations associated with the production of primordial black holes is studied in the context of a Higgs inflaton. To enable this amplification, we consider an inflationary model in which the tree-level action for gravity and the Standard Model Higgs is modified by quantum corrections, described by a series of higher-dimension operators. Finally within a minimal EFT framework, we present two viable models in which the spectrum of curvature perturbations generated by the Higgs field is consistent with CMB observations and can lead to the formation of primordial black holes in the asteroid mass range, potentially accounting for the entirety of dark matter. | 原始ブラックホールの生成に伴う大きな曲率摂動の生成を、ヒッグス・インフレーションの文脈で研究する。 この増幅を可能にするために、我々はインフレーション模型を考察する。 この模型では、重力と標準模型のヒッグス粒子に対するツリーレベルの作用が、一連の高次元演算子で記述される量子補正によって修正される。 最後に、最小限のEFTの枠組みの中で、ヒッグス場によって生成される曲率摂動のスペクトルがCMB観測と整合し、小惑星質量範囲の原始ブラックホールの形成につながり、暗黒物質の全体を説明できる可能性のある2つの実行可能なモデルを提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore spacetimes with multiple energy injections in asymptotically flat two-dimensional black hole and analyze the entanglement entropy in such spacetimes. This work is an extension of the setup of the single-injection case, by F. F. Gautason, L. Schneiderbauer, W. Sybesma and L. Thorlacius, to include the multiple energy injections. We derive the solution of the model, by J. G. Russo, L. Susskind and L. Thorlacius, for a general number $n$ of the total injections, and discuss the entropy only for the case $n=2$. The essential point of this work is in the delay of the island. This delay makes the intermediate state necessary, where the island's endpoint lies between the 1st and the 2nd injections while the observer is located after the 2nd injection. The intermediate state makes the entanglement entropy evolve continuously across the 2nd injection time. | 我々は漸近平坦な2次元ブラックホールにおいて多重エネルギー注入を伴う時空を考察し、そのような時空におけるエンタングルメントエントロピーを解析する。 本研究は、F. F. Gautason、L. Schneiderbauer、W. Sybesma、L. Thorlaciusによる単一注入の場合の設定を多重エネルギー注入を含むように拡張したものである。 我々は、J. G. Russo、L. Susskind、L. Thorlaciusによるモデルの解を、一般的な注入回数$n$に対して導出し、$n=2$の場合についてのみエントロピーを議論する。 本研究の本質的な点は、島の遅延にある。 この遅延によって中間状態が必要となる。 中間状態とは、島の終点が1回目と2回目の注入の間にあり、観測者が2回目の注入後に位置している状態である。 中間状態は、エンタングルメントエントロピーを 2回目の注入時間にわたって連続的に変化させます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave observations have significantly broadened our capacity to explore fundamental physics beyond the Standard Model, providing crucial insights into dark matter that are inaccessible through conventional methods. Here, we investigate the resonant interactions between binary black hole systems and solitons, self-gravitating configurations of ultralight bosonic dark matter, which induce metric perturbations and generate distinct oscillatory patterns in gravitational waves. Upcoming experiments such as the Laser Interferometer Space Antenna could detect the oscillatory patterns in gravitational waveforms, providing an evidence for solitons. Because the effect relies solely on gravity, it does not assume any coupling of the dark sector to Standard Model particles, highlighting the capability of future gravitational-wave surveys to probe dark matter. | 重力波観測は、標準模型を超えた基礎物理学の探究能力を飛躍的に向上させ、従来の方法では到達できない暗黒物質に関する重要な知見をもたらしました。 本研究では、連星ブラックホール系とソリトン（超軽量ボソン暗黒物質の自己重力構成）との間の共鳴相互作用を解析します。 ソリトンは計量摂動を誘発し、重力波に明確な振動パターンを生成します。 レーザー干渉計宇宙アンテナなどの今後の実験は、重力波形の振動パターンを検出し、ソリトンの存在を示す証拠となる可能性があります。 この効果は重力のみに依存するため、暗黒セクターと標準模型の粒子との結合を仮定していません。 これは、将来の重力波探査が暗黒物質を探査する能力を示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Stochastic gravitational wave (GW) background is secondarily and inevitably induced by the primordial curvature perturbations beyond the first order of the cosmological perturbation theory. We analytically calculate the integration kernel of the power spectrum of the induced GWs, which is the universal part independent of the spectrum of the primordial curvature perturbations, in the radiation-dominated era and in the matter-dominated era. We derive fully analytic expressions of the GW spectrum when possible. As a minor update, we study the case of the top-hat function as the spectrum of the curvature perturbations. We also discuss generalization in the presence of multiple cosmological eras with different equations of state. | 確率的重力波（GW）背景は、宇宙摂動論の第一次を超える原始曲率摂動によって二次的かつ必然的に誘起される。 我々は、誘起された重力波のパワースペクトル（原始曲率摂動のスペクトルとは独立な普遍的部分）の積分核を、輻射優勢時代と物質優勢時代において解析的に計算する。 可能な場合には、重力波スペクトルの完全解析的表現を導出する。 マイナーアップデートとして、曲率摂動のスペクトルとしてトップハット関数の場合を検討する。 また、異なる状態方程式を持つ複数の宇宙時代が存在する場合の一般化についても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves (GWs) from binary neutron star (BNS) merger remnants complement constraints from the inspiral phase, mass-radius measurements, and microscopic theory by providing information about the neutron-star equation of state (EOS) at extreme densities. We perform general-relativistic simulations of BNS mergers using EOS models that span the uncertain high-density regime. We find a robust correlation between the ratio of energy and angular momentum lost during the late-time post-merger GW signal - the long ringdown - and the EOS at the highest densities in neutron star cores. Applying this correlation to post-merger GW signals reduces EOS uncertainty at several times saturation density, where no direct constraints currently exist. | 連星中性子星（BNS）合体残骸からの重力波（GW）は、極限密度における中性子星状態方程式（EOS）に関する情報を提供することで、インスパイラル位相、質量半径測定、そして微視的理論からの制約を補完する。 我々は、不確実な高密度領域をカバーするEOSモデルを用いて、BNS合体の一般相対論的シミュレーションを行った。 その結果、合体後期の重力波信号（ロングリングダウン）中に失われるエネルギーと角運動量の比と、中性子星コアの最高密度におけるEOSとの間に、強い相関関係があることがわかった。 この相関関係を合体後重力波信号に適用することで、現在直接的な制約条件が存在しない飽和密度の数倍におけるEOSの不確実性を低減できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper we analyze the spacetime geometry due to a Schwarzschild object having uniform accelerated motion. In the beginning, we investigate the gravitational field due to a uniformly moving Schwarzschild object and obtain the spacetime line element for such an object. After analyzing the necessary limiting conditions, the obtained line element is found to be consistent. Next, we extend our work to a uniformly accelerated Schwarzschild object. In that case, we obtain the spacetime line element for both when the acceleration is along the $X-$direction and when the acceleration is in an arbitrary direction on the $XY$ plane (in the later case $X$ may be some third reference direction, which may be useful for future work). The limiting conditions of those line elements have been examined. Such work will have relevant applications in astrophysics when we calculate the geodesic equations of test particles in the gravitational field of objects having uniform accelerated motion. | 本論文では、等加速運動するシュワルツシルト天体による時空幾何学を解析する。 まず、等加速運動するシュワルツシルト天体による重力場を調べ、そのような天体の時空線要素を求める。 必要な限界条件を解析した後、得られた線要素が整合していることがわかった。 次に、等加速運動するシュワルツシルト天体に研究を拡張する。 その場合、加速度が$X$方向に沿った場合と、加速度が$XY$平面上の任意の方向に沿った場合の両方について、時空線要素を求める（後者の場合、$X$は第三の基準方向となる可能性があり、これは将来の研究に役立つ可能性がある）。 これらの線要素の限界条件が検討されている。 このような研究は、等加速運動する天体の重力場におけるテスト粒子の測地線方程式を計算する際に、天体物理学において重要な応用を持つであろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss the Euclidean path integral around Coleman de Luccia instantons. We compute their contribution at the one-loop level, at leading order in the small backreaction limit. At this level of approximation, their contribution factorizes into a pure gravity and a pure matter contribution. In deriving this result, we also clarify what happens to some zero mode contributions to the path integral, once the symmetry responsible for them is broken. With these results established, we propose a formula for the decay rate of the false vacuum in terms of gravitational path integrals, and we show that our definition matches the usual quantum field theory result as $G_{N}\rightarrow0$. Lastly, we propose a prescription to study how the phase of the gravity+matter path integral changes as we change the parameters of the theory. | コールマン・ド・ルシア・インスタントン周りのユークリッド経路積分について議論する。 その寄与を1ループレベル、すなわち微小反作用極限における主位数で計算する。 この近似レベルでは、その寄与は純粋重力と純粋物質の寄与に因数分解される。 この結果を導くにあたり、経路積分へのいくつかのゼロモード寄与が、それらに関与する対称性が破れた場合にどうなるかを明らかにする。 これらの結果に基づき、偽真空の減衰率を重力経路積分を用いて表す公式を提案し、この定義が通常の量子場の理論の結果である$G_{N}\rightarrow0$と一致することを示す。 最後に、理論のパラメータを変化させたときに重力+物質経路積分の位相がどのように変化するかを調べるための処方箋を提案する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In 1981, Schoen-Yau and Witten showed that in General Relativity both the total energy $E$ and the total mass $m$ of an initial data set modeling an isolated gravitational system are non-negative. Moreover, if $E=0$, the initial data set must be contained in Minkowski space. In this paper, we show that if $m=0$, i.e. if $E$ equals the total momentum $|P|$, the initial data set must be contained in a pp-wave spacetime. Our proof combines spinorial methods with spacetime harmonic functions and works in all dimensions. Additionally, we find the decay rate threshold where the embedding has to be within Minkowski space and construct non-vacuum initial data sets with $m=0$ in the borderline case. As a consequence, this completely settles the rigidity of the spacetime positive mass theorem for spin manifolds. | 1981年、シェーン＝ヤウとウィッテンは、一般相対論において、孤立重力系をモデル化する初期データセットの全エネルギー$E$と全質量$m$はともに非負であることを示した。 さらに、$E=0$のとき、初期データセットはミンコフスキー空間に含まれなければならない。 本論文では、$m=0$、すなわち$E$が全運動量$|P|$に等しいとき、初期データセットはpp波時空に含まれなければならないことを示す。 我々の証明は、スピノル法と時空調和関数を組み合わせ、全次元で有効である。 さらに、埋め込みがミンコフスキー空間内に収まらなければならない減衰率の閾値を求め、その境界条件において$m=0$の非真空初期データセットを構築する。 結果として、これはスピン多様体に対する時空正質量定理の厳密性を完全に証明する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct an exact solution in four-dimensional Einstein-Maxwell-dilaton theory, describing multi-centered rotating black holes carrying both electric and magnetic charges, obtained via dimensional reduction from five-dimensional Einstein gravity. This generalizes the Majumdar-Papapetrou solution to the rotating case, and extends the recent multi-centered rotating black hole solutions of Teo and Wan to configurations with unequal electric and magnetic charges. The resulting spacetimes are free of curvature singularities, conical defects, Dirac-Misner strings, and closed timelike curves, both on and outside the horizons, provided that the black holes have either aligned or anti-aligned spin orientations. | 我々は、5次元アインシュタイン重力理論から次元縮小によって得られる、電荷と磁荷の両方を持つ多中心回転ブラックホールを記述する4次元アインシュタイン-マクスウェル-ディラトン理論の厳密解を構築する。 これは、マジュムダール-パパペトロウ解を回転ケースに一般化し、テオとワンによる最近の多中心回転ブラックホール解を電荷と磁荷が不等な配置に拡張するものである。 結果として得られる時空は、ブラックホールのスピン方向が揃っているか揃っていないかにかかわらず、地平線上と地平線外の両方において、曲率特異点、円錐欠陥、ディラック-ミスナー弦、そして閉じた時間的曲線を持たない。 |
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| An isolated supermassive black hole binary (SMBHB) produces an identical cross-correlation pattern of pulsar timings as an isotropic stochastic background gravitational waves (GWs) generated possibly by inflation. Can there remain the identical cross-correlation pattern in the presence of a secondary SMBHB? To address this issue, the present paper focuses on GWs with similar amplitudes but slightly different frequencies $f_1$ and $f_2$ coming from two different directions. Beats between the two GWs can modify angular correlation patterns. The beat-induced correlation patterns are not stationary but modulated with a beat frequency $f_{beat} \equiv |f_1 - f_2|$. We obtain an analytic solution that allows us to infer $f_{beat}$ from the modulated angular correlations. | 孤立した超大質量ブラックホール連星（SMBHB）は、インフレーションによって生成されたと考えられる等方的な確率的背景重力波（GW）と同一のパルサータイミングの相互相関パターンを生成する。 二次的なSMBHBが存在する場合でも、同一の相互相関パターンが維持される可能性があるだろうか？この問題に対処するため、本論文では、振幅は類似しているものの、周波数$f_1$と$f_2$がわずかに異なる2つの異なる方向から到来する重力波に焦点を当てる。 2つの重力波間のビートは、角度相関パターンを変化させる可能性がある。 ビートによって誘起される相関パターンは定常ではなく、ビート周波数$f_{beat} \equiv |f_1 - f_2|$で変調される。 我々は、変調された角度相関から$f_{beat}$を推定できる解析解を得た。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The U-dualities of maximally supersymmetric non-chiral supergravity (SUGRA) theories lead to strong constraints on the non-perturbative structure of quantum gravity. In this paper we determine Spin- and Pin-lifts of these dualities, which extend this action to fermionic degrees of freedom. Among other things, this allows us to access non-supersymmetric sectors of these low energy effective field theories in which bosonic and fermionic degrees of freedom are treated differently. We use this refinement of the duality groups, in tandem with the Swampland Cobordism Conjecture, to predict new codimension-two branes. These are a natural generalization of the recently discovered R7-branes of type II string theories. The first bordism groups for Spin-twisted duality bundles follow directly from the Abelianization of the duality groups. Viewing the SUGRA theory as the low energy limit of a toroidal compactification of M-theory, winding around these codimension-two defects enacts a reflection around one of the torus directions, which in the effective field theory appears as a charge conjugation symmetry. We establish some basic properties of such branes, including determining BPS objects which can end on it, as well as braiding rules and bound states realized by multiple reflection branes. | 最大超対称非カイラル超重力（SUGRA）理論のU双対性は、量子重力の非摂動論的構造に強い制限を与える。 本論文では、これらの双対性のスピンリフトとピンリフトを決定し、この作用をフェルミオン自由度に拡張する。 特に、これにより、ボソン自由度とフェルミオン自由度が異なる扱いを受ける低エネルギー有効場の理論の非超対称セクターにアクセスできるようになる。 我々は、この双対群の改良を、スワンプランド・コボルディズム予想と併用することで、新しい余次元2のブレーンを予測する。 これらは、最近発見されたII型弦理論のR7ブレーンの自然な一般化である。 スピンツイスト双対束の最初のボルディズム群は、双対群のアーベル化から直接導かれる。 SUGRA理論をM理論のトロイダルコンパクト化の低エネルギー極限と見なすと、これらの余次元2の欠陥を巻きつけることで、トーラスの方向の1つを軸とした反射が生じ、有効場理論では荷電共役対称性として現れる。 我々は、このようなブレーンのいくつかの基本的な性質を確立する。 これには、ブレーン上で終結できるBPSオブジェクトの決定、多重反射ブレーンによって実現される組紐規則と束縛状態などが含まれる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct and investigate the dynamical black hole spacetime embedded in the expanding universe filled with cosmic fluid, such as dark energy. When the equation of state (EoS) parameter of the fluid is a constant, we find exact solutions of the Einstein equation where the Schwarzschild black hole is embedded in the expanding universe. This solution differs from the well-known McVittie metric, where the EoS parameter is not a constant but rather depends on the radial coordinate. It is shown that a dynamical black hole grows with the expansion of the universe. If primordial black holes are created before or during inflation, above dynamical black holes might be the origin of the supermassive black holes at the centre of galaxies, massive black holes suggested by the GW231123 event, and also the dark matter. The case where the cosmic fluid EoS is more general is also considered so that the universe enters the epoch of finite-time future singularity. Thermodynamics and the behaviour of black holes around different future singularities are carefully investigated. It is then demonstrated that the black hole horizon enhances the tidal force, but near the horizon, the tidal force works to press the extended object, which is in contrast with a massive body near to future singularity. We also propose a new type of future singularity where the singularity inside the black hole is a sphere with a finite radius. When the radius of the spherical singularity becomes larger than the radius of the black hole horizon, it becomes naked. The universe may end up with a cosmic doomsday when the radius of the singularity becomes infinite. | 我々は、暗黒エネルギーなどの宇宙流体で満たされた膨張宇宙に埋め込まれた動的ブラックホール時空を構築し、調査する。 流体の状態方程式（EoS）パラメータが定数のとき、シュワルツシルトブラックホールが膨張宇宙に埋め込まれたアインシュタイン方程式の厳密解を求める。 この解は、EoSパラメータが定数ではなく、動径座標に依存するよく知られたマクヴィティ計量とは異なる。 動的ブラックホールは宇宙の膨張とともに成長することが示される。 原始ブラックホールがインフレーションの前またはインフレーション中に生成される場合、上記の動的ブラックホールは、銀河中心の超大質量ブラックホール、GW231123イベントで示唆された大質量ブラックホール、そして暗黒物質の起源である可能性がある。 宇宙流体EoSがより一般的な場合も考慮され、宇宙は有限時間未来特異点の時代に入る。 様々な未来特異点周辺のブラックホールの熱力学と挙動を綿密に調査する。 その結果、ブラックホールの地平線は潮汐力を増強するが、地平線付近では潮汐力が拡張物体を圧迫する方向に働くことが示される。 これは、未来特異点付近の質量の大きい物体とは対照的である。 また、ブラックホール内部の特異点が有限半径の球体である、新しいタイプの未来特異点を提案する。 球状特異点の半径がブラックホールの地平線の半径よりも大きくなると、特異点は裸になる。 特異点の半径が無限大になると、宇宙は宇宙の終末を迎える可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this brief note, we demonstrate that the hyperboloidal foliation technique, applied to the study of black hole quasinormal modes, where the spatial boundary is shifted from spacelike infinity to the future event horizon and null infinity, is effectively equivalent to the continued fraction approach, in which the asymptotic wave function typically diverges at both ends of spatial infinity. Specifically, a given hyperboloidal slicing, corresponding to a particular choice of coordinates, always uniquely determines a scheme for extracting the asymptotic form of the wave function at the spatial boundary. Owing to the mathematical equivalence, it follows that the efficiency and precision observed using the hyperboloidal approach should be attributed, not to avoiding the pathological behavior at the spatial boundaries, but primarily to other factors, such as the use of Chebyshev grids. | この短い論文では、空間境界が空間的無限大から未来事象の地平線とヌル無限大へとシフトするブラックホール準正規モードの研究に適用される双曲面葉脈分割法が、漸近波動関数が典型的には空間的無限大の両端で発散する連分数アプローチと実質的に等価であることを示す。 具体的には、特定の座標選択に対応する与えられた双曲面スライスは、常に空間境界における波動関数の漸近形を抽出するためのスキームを一意に決定する。 この数学的等価性により、双曲面アプローチを用いて観測される効率と精度は、空間境界における異常な挙動の回避ではなく、主にチェビシェフ格子の使用などの他の要因に起因すると考えられる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a method to describe the geometry of an analytic, exponentially localized $5D$ rotating braneworld black hole, using the $5D$ Janis Newman algorithm in Hopf coordinates. The induced metric on the brane matches the standard $4D$ Kerr spacetime. Two curvature singularities arise: one confined to the $3$-brane at $z = r = 0$, and another that, on the brane, reproduces the Kerr singularity at $r = 0$, $\bar{\theta} = \pi/2$. The inner and event horizons, together with the stationary limit hypersurfaces, extend into the extra dimension in a pancake-like shape. We describe their behavior in the bulk. The energy momentum tensor represents a source transitioning from an anisotropic, non diagonal structure to a vacuum with negative cosmological constant. Thus, the localized black hole connects to an AdS$_5$ boundary. The geometry is supported by a non-diagonal anisotropic fluid in the bulk, requiring no matter on the brane. To evaluate the energy conditions, we use a one form from the dual basis that yields a diagonal energy momentum tensor. | 我々は、ホップ座標系における$5D$ジャニス・ニューマンアルゴリズムを用いて、解析的かつ指数関数的に局在する$5D$回転ブレーンワールドブラックホールの幾何学を記述する手法を提供する。 ブレーン上に誘導された計量は標準的な$4D$カー時空と一致する。 2つの曲率特異点が生じる。 1つは$z = r = 0$の$3$次元ブレーンに限定され、もう1つはブレーン上で$r = 0$、$\bar{\theta} = \pi/2$におけるカー特異点を再現する。 内地平線と事象地平線は、定常極限超曲面とともに、パンケーキのような形状で余剰次元に広がる。 我々はバルクにおけるそれらの挙動を記述する。 エネルギー運動量テンソルは、異方性で非対角的な構造から負の宇宙定数を持つ真空への遷移する源を表す。 したがって、局在ブラックホールはAdS$_5$境界に接続する。 この幾何学はバルク内の非対角異方性流体によって支えられており、 ブレーン上に物質は存在しない。 エネルギー条件を評価するために、 対角エネルギー運動量テンソルを与える双対基底からの1つの形式を用いる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a family of supersymmetric solutions in Type IIB supergravity of the form ${\rm WAdS}_3\times {\rm WS}^3\times T^4$, where ${\rm WAdS}_3$ and ${\rm WS^3}$ denote a warped anti-de Sitter spacetime and a warped 3-sphere, respectively, while $T^4$ denotes an internal 4-torus. These backgrounds are constructed by uplifting corresponding solutions in the $D=6$, $\mathcal{N}=(1,1)$ ungauged supergravity resulting from the compactification of Type IIB supergravity on a $T^4/\mathbb{Z}_2$-orientifold. More specifically, the supersymmetric solutions are ${\rm WAdS}_3\times {\rm WS}^3\times T^4$ with lightlike warped AdS$_3$ and ${\rm WAdS}_3\times {\rm S}^3\times T^4$ in which the warping of AdS$_3$ is generic. Moreover, we also construct solutions in the form of a warped product $\mathrm{LM}^3_{\zeta,\omega}\times_{{\rm w}} \mathrm{S}^3\times T^4$ of a 2-parameter deformation $\mathrm{LM}^3_{\zeta,\omega}$ of ${\rm AdS}_3$ and a three-sphere. We discuss the relation of these backgrounds to known solutions. | 我々は、タイプIIB超重力における超対称解の族を${\rm WAdS}_3\times {\rm WS}^3\times T^4$の形で構成する。 ここで、${\rm WAdS}_3$と${\rm WS^3}$はそれぞれ歪んだ反ド・ジッター時空と歪んだ3次元球面を表し、$T^4$は内部4次元トーラスを表す。 これらの背景は、タイプIIB超重力を$T^4/\mathbb{Z}_2$次元配向体上にコンパクト化することで得られる、$D=6$、$\mathcal{N}=(1,1)$のゲージなし超重力における対応する解を持ち上げることによって構成される。 より具体的には、超対称解は、光のようなワープAdS$_3$を持つ${\rm WAdS}_3\times {\rm WS}^3\times T^4$と、AdS$_3$のワープが一般的な${\rm WAdS}_3\times {\rm S}^3\times T^4$である。 さらに、${\rm AdS}_3$の2パラメータ変形$\mathrm{LM}^3_{\zeta,\omega}$と3次元球面のワープ積$\mathrm{LM}^3_{\zeta,\omega}\times_{{\rm w}} \mathrm{S}^3\times T^4$の形で解を構成する。 これらの背景と既知の解との関係について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The displacement-noise-free interferometer (DFI) is designed to eliminate all displacement-induced noise while retaining sensitivity to gravitational wave (GW) signals. Ground-based DFIs suffer from physical arm-length limitations, resulting in poor sensitivity at frequencies below 1 kHz. To address this, previous research introduced a neutron-based DFI, which replaces laser light with neutrons and achieves exceptional sensitivity down to a few hertz. In this study, we conducted a proof-of-principle experiment using a pulsed neutron source at the Japan Proton Accelerator Research Complex (J- PARC). Despite practical constraints that led to deviations from the ideal experimental design, we optimized the setup and developed a novel analysis method that successfully cancels displacement noise while preserving simulated GW signals. This work presents the first successful demonstration of a neutron DFI and a neutron interferometer for GW detection. | 変位ノイズフリー干渉計（DFI）は、重力波（GW）信号に対する感度を維持しながら、変位誘起ノイズをすべて除去するように設計されています。 地上設置型のDFIは、物理的なアーム長の制限により、1kHz未満の周波数での感度が低下します。 この問題に対処するため、以前の研究では、レーザー光を中性子に置き換え、数Hzまでの優れた感度を実現する中性子ベースのDFIが導入されました。 本研究では、大強度陽子加速器施設（J-PARC）のパルス中性子源を用いて原理実証実験を実施しました。 実用的な制約により理想的な実験設計から逸脱しましたが、セットアップを最適化し、模擬重力波信号を維持しながら変位ノイズを除去することに成功した新しい解析手法を開発しました。 この研究は、重力波検出のための中性子DFIと中性子干渉計の初めての実証に成功したものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The past decade has transformed our ability to observe the Universe. Via gravitational waves, merging black holes and neutron stars can now be directly detected, offering unprecedented opportunities to test General Relativity and explore astrophysics in a new way. Driven by this breakthrough, the next generation of detectors is being developed to observe a wider range of sources with greater precision, ushering in a new era in gravitational-wave astronomy: leveraging black holes as probes of new physics. This thesis investigates how astrophysical environments, such as plasma, dark-matter structures, and clouds of ultralight bosons, affect black holes and their gravitational-wave signatures. After a short overview of gravitational-wave astrophysics, I study three classes of scenarios. (i) Isolated black holes: I examine boson clouds around black holes, their electromagnetic couplings and the role of surrounding plasma. (ii) Ringdown: I show that plasma can strongly modify the ringdown of charged black holes, whereas realistic dark-matter halos produce no detectable deviations even for next-generation detectors. (iii) Inspiral: for extreme-mass-ratio inspirals with boson clouds, I find that orbital resonances typically destroy the cloud unless the orbit is nearly counter-rotating, yielding new and exciting observational signatures. Entering the relativistic regime, I develop a self-consistent perturbative framework to model generic environments in extreme-mass-ratio binaries and apply it to the boson-cloud case. Finally, I construct a model for binaries repeatedly crossing active galactic-nucleus disks and track their long-term orbital evolution. The results of this thesis show how black hole environments shape gravitational-wave signals and open avenues for testing new physics with future observatories such as LISA or the Einstein Telescope. | 過去10年間で、宇宙観測能力は大きく変化しました。 重力波によって、ブラックホールと中性子星の合体を直接検出できるようになり、一般相対性理論を検証し、天体物理学を新たな方法で探求する、かつてない機会が生まれました。 この画期的な進歩を背景に、より広範囲の天体をより高い精度で観測できる次世代の検出器が開発され、重力波天文学の新たな時代が到来しました。 ブラックホールを新たな物理学の探査機として活用する時代です。 本論文では、プラズマ、暗黒物質構造、超軽量ボソン雲などの天体物理学的環境が、ブラックホールとその重力波特性にどのような影響を与えるかを調査します。 重力波天体物理学の概要を簡単に説明した後、3種類のシナリオを検討します。 (i) 孤立ブラックホール：ブラックホール周囲のボソン雲、それらの電磁結合、そして周囲のプラズマの役割を検証します。 (ii) リングダウン：プラズマは荷電ブラックホールのリングダウンを大きく変化させる可能性があることを示します。 一方、現実的な暗黒物質ハローは、次世代検出器でさえ検出可能な偏差を生じません。 (iii) インスパイラル：ボソン雲を伴う極端質量比のインスパイラルの場合、軌道がほぼ逆回転していない限り、軌道共鳴によって雲が破壊されることが典型的に判明し、新たな刺激的な観測的特徴がもたらされます。 相対論的領域に入り、極端質量比連星の一般的な環境をモデル化するための自己無撞着な摂動論的枠組みを開発し、ボソン雲の場合に適用します。 最後に、活動銀河核円盤を繰り返し横切る連星のモデルを構築し、それらの長期的な軌道進化を追跡します。 この論文の結果は、ブラックホール環境が重力波信号をどのように形成するかを示し、LISAやアインシュタイン望遠鏡などの将来の観測所で新たな物理学を検証する道を開くものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyse the physical properties of an analytical, nonsingular quantum-corrected black hole solution recently derived in a minisuperspace model for unimodular gravity under the assumption of unitarity in unimodular time. We show that the metric corrections compared to the classical Schwarzschild solutions only depend on a single new parameter, corresponding to a minimal radius where a black hole-white hole transition occurs. While these corrections substantially alter the structure of the spacetime near this minimal radius, they fall off rapidly towards infinity, and we show in various examples how physical properties of the exterior spacetime are very close to those of the Schwarzschild solution. We derive the maximal analytic extension of the initial solution, which corresponds to an infinite sequence of Kruskal spacetimes connected via black-to-white hole transitions, and compare with some other proposals for non-singular black hole metrics. The metric violates the achronal averaged null energy condition, which indicates that we are capturing physics beyond the semiclassical approximation. Finally, we include some thoughts on how to go beyond the simple eternal black hole-white hole model presented here. | 我々は、ユニモジュラー時間におけるユニタリー性の仮定の下で、ユニモジュラー重力に対するミニスーパースペース模型において最近導出された解析的かつ非特異な量子補正ブラックホール解の物理的性質を解析する。 古典的なシュワルツシルト解と比較した計量補正は、ブラックホール-ホワイトホール遷移が起こる最小半径に対応する単一の新しいパラメータのみに依存することを示す。 これらの補正は、この最小半径付近の時空構造を大きく変化させるが、無限大に向かって急速に減少し、様々な例を用いて、外部時空の物理的性質がシュワルツシルト解の物理的性質に非常に近いことを示す。 我々は、ブラックホール-ホワイトホール遷移を介して連結されたクラスカル時空の無限列に対応する初期解の最大解析的拡張を導出し、非特異ブラックホール計量に関する他のいくつかの提案と比較する。 この計量は、非時系列平均ヌルエネルギー条件に違反しており、これは我々が 半古典的近似を超えた物理を捉えていることを示しています。 最後に、ここで提示した単純な永遠のブラックホール-ホワイトホールモデルを どのように超えるかについての考察をいくつか示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We demonstrate the formation of magnetically arrested minidisks (MAM) around equal-mass, nonspinning binary black holes with magnetohydrodynamic simulations of circumbinary disk accretion in full 3+1 general relativity. The initial separation of $d\sim 30\,M$ allows the black holes to host large minidisks that suppress the total rest-mass accretion rate variability, which is modulated primarily at $\sim 1.6 \, f_{\rm orb}$. Each black hole horizon saturates with dimensionless magnetic flux $\phi \sim 30$. Magnetic reconnection near the horizons drives recurrent eruptions which are expected to drive flaring in the infrared and X-ray bands. Our results establish MAMs as a new outcome of circumbinary disk accretion, and a promising source of novel electromagnetic counterparts to gravitational waves from binary black holes. | 我々は、等質量で回転しない連星ブラックホールの周囲に磁気的に停止したミニディスク（MAM）の形成を、一般相対論の完全な3+1における連星周ディスク集積の磁気流体シミュレーションによって実証する。 初期の分離距離$d\sim 30\,M$により、ブラックホールは巨大なミニディスクをホストすることができ、静止質量集積率の変動全体を抑制する。 この変動は主に$\sim 1.6 \, f_{\rm orb}$で変調される。 各ブラックホール地平線は、無次元磁束$\phi \sim 30$で飽和する。 地平線付近での磁気リコネクションは、赤外線およびX線帯域でのフレアを引き起こすと予想される反復的な噴出を引き起こす。 我々の研究結果は、MAMが連星系周回円盤集積の新たな結果であり、連星ブラックホールからの重力波の新たな電磁波対応物の有望な発生源であることを証明した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze a new class of static, smooth geometries in five-dimensional supergravity, dubbed $\mathcal{W}$-solitons. They carry the same mass and charges as four-dimensional Reissner-Nordstr\"{o}m-like black holes but replace the horizon with a Kaluza-Klein bubble supported by electromagnetic flux. These solutions provide analytically tractable prototypes of black hole microstates in supergravity, including a new, astrophysically relevant neutral configuration involving a massless axion field. Focusing on photon scattering and scalar perturbations, we compute their key observables. We find that $\mathcal{W}$-solitons feature a single photon sphere, qualitatively similar to that of the black hole but with quantitative differences. They have only short-lived quasinormal modes (QNMs), as black holes, while long-lived echo modes seen in other ultracompact horizonless objects are absent. As a result, the ringdown closely resembles that of a black hole while still showing sizable deviations. The latter are at the ${\mathcal{O}}(10\%)$ level, compatible with the recent measurement of GW250114 and potentially falsifiable in the near future. Finally, we show that $\mathcal{W}$-solitons are stable under scalar perturbations. Our results underscore the qualitative similarities between $\mathcal{W}$-solitons and black holes, reinforcing their relevance as smooth black hole microstate prototypes. | 我々は、5次元超重力における新しいクラスの静的で滑らかな幾何学、$\mathcal{W}$-ソリトンを解析する。 これらは4次元ライスナー・ノルドシュトラ\"{o}m型ブラックホールと同じ質量と電荷を持ちますが、地平線を電磁束で支えられたカルツァ＝クラインの泡に置き換えています。 これらの解は、超重力におけるブラックホールのミクロ状態の解析的に扱いやすいプロトタイプを提供します。 これには、質量のないアクシオン場を含む、天体物理学的に重要な新しい中性構成が含まれます。 光子散乱とスカラー摂動に焦点を当て、主要な観測量を計算しました。 その結果、$\mathcal{W}$ソリトンは、ブラックホールと質的には類似しているが量的には異なる、単一光子球を特徴とすることが分かりました。 ブラックホールと同様に、短寿命の準正規モード（QNM）のみを持ち、他の超小型地平線のない天体で見られる長寿命のエコーモードは存在しません。 その結果、リングダウンはブラックホールのそれに非常に似ていますが、それでもかなりの偏差を示します。 後者は${\mathcal{O}}(10\%)$ レベルでの観測結果は、GW250114 の最近の観測結果と整合しており、近い将来には反証される可能性がある。 最後に、$\mathcal{W}$ ソリトンはスカラー摂動に対して安定であることを示す。 我々の結果は、$\mathcal{W}$ ソリトンとブラックホールの質的な類似性を強調し、滑らかなブラックホールのミクロ状態のプロトタイプとしての関連性を強めるものである。 |