本ウェブサイトはあくまで非公式です．
研究に用いる場合には，必ず原論文を読んでください．このウェブサイトはあくまで情報収集をサポートするためのものであり，正確性を保証するものではありません．
掲載されている論文の著作権は各論文の著者にあります．
本ウェブサイトで利用しているメタデータ（タイトルやアブストラクト等）はCC0 1.0の下で利用が許可されています．
本ウェブサイトの利用によって生じたあらゆる損害について管理人は責任を負いません．
Thank you to arXiv for use of its open access interoperability. This service was not reviewed or approved by, nor does it necessarily express or reflect the policies or opinions of, arXiv.
本ウェブページの作成にはarXiv APIを使用しています.arXivのオープンアクセスな相互運用性を利用できることについて,arXivに心より感謝申し上げます.このウェブサイトはarXivによってレビューまたは承認されたものではなく，必ずしもarXivの方針または意見を表明または反映するものではありません．
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Recent observations of polarimetric parameters of active galactic nuclei motivate the study of polarization in the spacetime of exotic compact objects which can mimic the features of black holes in the strong field regime of gravity. In this work, we study the properties of two models for ultra-compact objects containing light rings - relativistic fluid spheres and gravastars. We have simulated the orbit of a hot spot around the considered objects in the polarization ray-tracing software GYOTO, and extracted observables, namely integrated images of the Stokes parameters I, Q, U; their evolution during the orbit in the QU-plane, and the electric vector position angle (EVPA). Our models resemble the black hole qualitatively, with slight additional imprints which provide a useful tool to constrain the spacetime metric of supermassive compact objects with current and future observations, and probe the fundamental properties of these objects. We have found that one fluid star model with a pressure singularity resembles the black hole entirely, while another gravastar features notable differences in the EVPA curve in the low-inclination case. Since differences between the models become more pronounced for a higher inclination, our results could potentially restrict the adequateness of ECO classes with future high-inclination observations. | 活動銀河核の偏光パラメータに関する最近の観測は、重力の強い場領域におけるブラックホールの特徴を模倣できる、エキゾチックコンパクト天体の時空における偏光の研究を促進している。 本研究では、光リングを含む超コンパクト天体について、相対論的流体球と重力星という2つのモデルの特性を研究する。 偏光レイトレーシングソフトウェアGYOTOを用いて、検討対象の天体の周りのホットスポットの軌道をシミュレートし、観測量、すなわちストークスパラメータI、Q、Uの積分画像、QU平面における軌道周回中のそれらの変化、そして電気ベクトル位置角（EVPA）を抽出した。 我々のモデルは定性的にブラックホールに類似しているが、わずかな付加的な特徴を有しており、現在および将来の観測によって超大質量コンパクト天体の時空計量を制限し、これらの天体の基本特性を探るための有用なツールとなる。 圧力特異点を持つ流体星モデルの一つはブラックホールと完全に類似している一方、別の重力星モデルは低傾斜角の場合にEVPA曲線に顕著な違いを示すことが分かりました。 モデル間の差は傾斜角が大きいほど顕著になるため、今回の結果は将来の高傾斜角観測におけるECOクラスの妥当性を制限する可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The ringdown phase of a binary black-hole merger encodes key information about the remnant properties and provides a direct probe of the strong-field regime of General Relativity. While quasi-normal mode frequencies and damping times are well understood within black-hole perturbation theory, their excitation amplitudes remain challenging to model, as they depend on the merger phase. The complexity increases for precessing black-hole binaries, where multiple emission modes can contribute comparably to the ringdown. In this paper, we investigate the phenomenology of precessing binary black hole ringdowns using the SXS numerical relativity simulations catalog. Precession significantly impacts the ringdown excitation amplitudes and the related mode hierarchy. Using Gaussian process regression, we construct the first fits for the ringdown amplitudes of the most relevant modes in precessing systems. | 連星ブラックホール合体のリングダウン過程は、残余物の特性に関する重要な情報を符号化し、一般相対性理論の強磁場領域を直接調べる手段となる。 準基準モードの周波数と減衰時間はブラックホール摂動論において十分に理解されているが、それらの励起振幅は合体過程に依存するため、モデル化が依然として困難である。 歳差運動するブラックホール連星では、複数の放出モードがリングダウンに同程度寄与する可能性があるため、複雑さが増す。 本論文では、SXS数値相対論シミュレーションカタログを用いて、歳差運動する連星ブラックホールのリングダウン現象を調査する。 歳差運動は、リングダウン励起振幅と関連するモード階層に大きな影響を与える。 ガウス過程回帰を用いて、歳差運動系における最も関連性の高いモードのリングダウン振幅に対する最初のフィッティングを構築する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work, we investigate Big Bang Nucleosynthesis (BBN) within the framework of $f(T,{L}_m)$ gravity, where the gravitational Lagrangian is generalized as a function of the torsion scalar $T$ and the matter Lagrangian ${L}_m$. We analyze three representative $f(T,{L}_m)$ models and derive constraints on their free parameters, $\alpha$ and $\beta$, by combining observational bounds from the freeze-out temperature with the primordial abundances of deuterium, helium-4, and lithium-7. For each model, the parameter space consistent with all elemental $Z$-constraints and the freeze-out condition is determined. These results demonstrate that $f(T,{L}_m)$ modifications can accommodate the tight observational constraints of BBN, suggesting that minimal extensions to the matter sector provide viable alternatives to the standard cosmological description and offer a promising framework for exploring modified gravity in the early Universe. | 本研究では、ビッグバン元素合成（BBN）を、重力ラグランジアンをねじれスカラー$T$と物質ラグランジアン${L}_m$の関数として一般化した$f(T,{L}_m)$重力の枠組みの中で調べる。 3つの代表的な$f(T,{L}_m)$模型を解析し、凍結温度からの観測的境界と重水素、ヘリウム4、リチウム7の原始存在比を組み合わせることで、それらの自由パラメータ$\alpha$と$\beta$に対する制限を導出する。 各模型について、すべての元素$Z$制限と凍結条件と整合するパラメータ空間を決定する。 これらの結果は、$f(T,{L}_m)$ 修正が BBN の厳しい観測的制約に適合できることを示しており、物質セクターへの最小限の拡張が標準的な宇宙論的記述に代わる現実的な選択肢となり、初期宇宙における修正された重力を探索するための有望な枠組みを提供することを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider a class of exact solutions to the Einstein equations in the presence of a scalar field, recently introduced in [arXiv:2307.09328, arXiv:2307.13588], and derive their generalized form with dyonic charges using Harrison transformations. For specific parameter values, this class of metrics includes the charged Fisher Janis Newman Winicour (FJNW) and gamma metrics. We then investigate the motion of neutral particles in the background of these metrics and derive the corresponding effective potential. Next, by applying Ehlers transformations, we introduce the NUT parameter into the Reissner Nordstrom metric in the presence of the scalar field. We also examine gravitational lensing, focusing on the effects of dyonic and NUT charges, as well as the scalar field, on the deflection angle of light. Finally, we explore the quasi normal modes associated with this class of metrics. | 我々は、最近[arXiv:2307.09328, arXiv:2307.13588]で導入された、スカラー場が存在する場合のアインシュタイン方程式の厳密解のクラスを考察し、ハリソン変換を用いて、それらのダイオニック電荷を含む一般化された形を導出する。 特定のパラメータ値に対して、このクラスの計量には、荷電フィッシャー・ジャニス・ニューマン・ウィニクール計量（FJNW）とガンマ計量が含まれる。 次に、これらの計量の背景における中性粒子の運動を調べ、対応する有効ポテンシャルを導出する。 次に、エーラーズ変換を適用することにより、スカラー場が存在する場合のライスナー・ノルドストローム計量にNUTパラメータを導入する。 また、重力レンズ効果についても考察し、ダイオニック電荷とNUT電荷、そしてスカラー場が光の偏向角に及ぼす影響に焦点を当てる。 最後に、このクラスのメトリクスに関連する準正規モードについて検討します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The unitarity of the 4D lattice theory of gravity in the case of the Minkowski signature is proved. The proof is valid only for lattices that conserve the number of degrees of freedom during time evolution. The Euclidean signature and the Minkowski signature are related by the deformation of the integration contours of dynamic variables in a discrete lattice functional integral. It is important that the result is obtained directly on the lattice. Since the studied lattice theory of gravity in the long-wave limit transforms into the well-known Einstein-Cartan-Palatini theory, the obtained result means that this lattice theory of gravity has the right to be considered as a discrete regularization of the generally accepted continuous physical theory of gravity. | ミンコフスキー符号の場合における4次元格子重力理論のユニタリー性が証明された。 この証明は、時間発展において自由度の数を保存する格子に対してのみ有効である。 ユークリッド符号とミンコフスキー符号は、離散格子汎関数積分における動的変数の積分曲線の変形によって関連付けられている。 この結果が格子上で直接得られることが重要である。 長波極限における格子重力理論は、よく知られたアインシュタイン-カルタン-パラティーニ理論に変換されるため、得られた結果は、この格子重力理論が、一般的に受け入れられている連続物理学的重力理論の離散正則化として考えられるべきであることを意味する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We develop a localized particle detector model formulated as a massive quantum field on Minkowski spacetime with the spatial origin excised. To render the problem well-posed at the puncture, we impose boundary conditions at the excised point, which we take to be of Robin type. This setup yields a discrete sector, given by bound-state solutions of the radial equation with real, positive frequencies, which characterizes the detector. We construct the full two-point function and show its decomposition into: (i) the discrete radial bound-state sector, (ii) the boundary condition modified continuous sector, and (iii) the unmodified Dirichlet sector. We then compute the detector field's stress-energy tensor and prove its covariant conservation. For the specific localized modes in this setup, the discrete-sector contribution cancels in the complete stress-energy tensor, leaving only boundary-condition induced terms. Notably, the discrete modes crucial to localized field-based detectors emerge naturally from the boundary conditions, without ad hoc confining potentials, providing a fully relativistic framework that extends the traditional Unruh-DeWitt paradigm. This mechanism is not restricted to Minkowski spacetime: the same construction can be applied to massive fields on backgrounds with naked singularities, such as conical and global monopole spacetimes, offering a unified route to detector localization in a broad class of geometries. | 我々は、空間原点を除去したミンコフスキー時空上の有質量量子場として定式化された局在粒子検出器モデルを開発する。 問題を穿孔点で適切とするために、除去点にロビン型と仮定する境界条件を課す。 この設定により、検出器を特徴付ける、実正周波数を持つラジアル方程式の束縛状態解によって与えられる離散セクターが得られる。 我々は完全な2点関数を構築し、それを(i)離散ラジアル束縛状態セクター、(ii)境界条件修正連続セクター、および(iii)修正なしディリクレセクターに分解することを示す。 次に、検出器場の応力エネルギーテンソルを計算し、その共変保存則を証明する。 この設定における特定の局在モードに対して、離散セクターの寄与は完全な応力エネルギーテンソルで打ち消され、境界条件によって誘起される項のみが残る。 特筆すべきは、局所場に基づく検出器に不可欠な離散モードが、特別な閉じ込めポテンシャルを必要とせずに境界条件から自然に出現し、従来のウンルー-デウィット・パラダイムを拡張する完全な相対論的枠組みを提供する点である。 このメカニズムはミンコフスキー時空に限定されない。 同じ構成は、円錐時空や大域的単極子時空など、裸の特異点を持つ背景上の質量を持つ場にも適用でき、広範な幾何学的クラスにおいて検出器の局所化への統一的な道筋を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We analyze the vacuum fluctuations and the stress-energy tensor of a scalar field of mass $M$ in a conical spacetime, where the topological singularity at the apex requires boundary conditions for the field equation. The necessity of boundary conditions was established by Kay and Studer in the early 1990s, but the consequences of their arbitrariness, represented here by a parameter $q$, for renormalized observables have not been examined. While for $M=0$ stability is achieved only under Dirichlet boundary conditions, for $M>q$ the field is stable and a localized mode emerges. This mode admits a natural interpretation as a covariant model of an extended particle detector, which allows us to investigate how such detectors modify the local vacuum structure. In this framework, the renormalized stress-energy tensor offers a natural way to quantify the influence of the detector on the surrounding spacetime. | 我々は、円錐時空における質量$M$のスカラー場の真空揺らぎと応力エネルギーテンソルを解析する。 このとき、頂点における位相特異点のために、場の方程式に境界条件が必要となる。 境界条件の必要性は1990年代初頭にKayとStuderによって確立されたが、ここではパラメータ$q$で表される境界条件の任意性が、繰り込まれた観測量に対してどのような結果をもたらすかは検討されていない。 $M=0$の場合、安定性はディリクレ境界条件の下でのみ達成されるが、$M>q$の場合、場は安定し、局在モードが現れる。 このモードは、拡張粒子検出器の共変モデルとして自然に解釈でき、これにより、そのような検出器が局所的な真空構造をどのように変化させるかを調べることができる。 この枠組みにおいて、繰り込まれた応力エネルギーテンソルは、検出器が周囲の時空に与える影響を定量化する自然な方法を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Taiji mission for space-based gravitational wave (GW) detection employs laser interferometry to measure picometer-scale distance variations induced by GWs. The tilt-to-length (TTL) coupling noise in the inter-spacecraft interferometers, which originates from the angular jitters of the spacecrafts and the movable optical subassemblies, is predicted to be one of the main noise sources that might reduce Taiji's sensitivity to GWs. Since these angular jitters can be read out through the differential wavefront sensors, it is possible to suppress TTL noise during the data processing stage by fitting and subtracting it. This paper proposes an improved algorithm for TTL noise suppression, which addresses the issue of unknown noise floor required for optimal estimation in the practical detection scenario, and the design of this algorithm takes into account the presence of GW signals. The algorithm is validated via numerical simulation, which is built on a spacecraft dynamics simulation incorporating Taiji's drag-free and attitude control system. We also demonstrate the robustness of this algorithm by varying TTL coefficients at different levels, indicating that our algorithm is applicable to a range of payload statuses, and ultimately providing a critical advancement toward realizing Taiji's full sensitivity. | 宇宙からの重力波（GW）検出を目的とした太地ミッションでは、レーザー干渉計を用いて、重力波によって引き起こされるピコメートル単位の距離変化を測定します。 宇宙機間干渉計におけるTTL（傾斜-長さ）結合ノイズは、宇宙機と可動光学サブアセンブリの角度ジッタに起因し、太地の重力波に対する感度を低下させる可能性のある主要なノイズ源の一つであると予測されています。 これらの角度ジッタは差動波面センサーを通して読み取ることができるため、データ処理段階でTTLノイズをフィッティングして減算することで抑制することが可能です。 本論文では、実際の検出シナリオにおける最適な推定に必要な未知のノイズフロアの問題に対処する、TTLノイズ抑制のための改良アルゴリズムを提案します。 このアルゴリズムの設計では、重力波信号の存在が考慮されています。 このアルゴリズムは、太極の抗力フリーおよび姿勢制御システムを組み込んだ宇宙船の力学シミュレーションに基づく数値シミュレーションによって検証されています。 また、TTL係数を様々なレベルで変化させることで、このアルゴリズムの堅牢性を実証しました。 これは、このアルゴリズムが様々なペイロードの状態に適用可能であることを示し、最終的には太極の完全な感度実現に向けた重要な進歩をもたらします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider a class of theories containing power-law terms in both the Ricci scalar and a scalar field, including their non-minimal couplings. As a first step, we systematically classify all non-trivial cases with a propagating scalar field that arise from the simplest general power-law formulation, which contains the minimal number of terms. We then analyze each case in detail, focusing on the structure of the degrees of freedom, by both formulating the theories in the Einstein frames and focusing on the singular points in the Jordan frame. We demonstrate that such theories can give rise to different, and sometimes unexpected structure of the modes, that can change at the leading order depending on the background. | 我々は、リッチスカラー場とスカラー場の両方にべき乗項を持つ理論のクラスを、それらの非極小結合を含めて考察する。 第一段階として、最小数の項を含む最も単純な一般べき乗定式化から生じる、伝播するスカラー場を持つすべての非自明な場合を体系的に分類する。 次に、自由度の構造に焦点を当て、アインシュタイン座標系で理論を定式化し、ジョルダン座標系における特異点に注目しながら、各場合を詳細に解析する。 このような理論は、背景に依存して主要次数で変化する、異なる、時には予期せぬモード構造を生み出す可能性があることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a framework to propagate to null infinity gravitational waves computed at timelike worldtubes in the interior of a 3+1 (Cauchy) numerical relativity simulations. In our method, numerical relativity data are used as the inner inflowing boundary of a perturbative time-domain Regge-Wheeler-Zerilli simulation in hyperboloidal coordinates that reaches null infinity. We showcase waveforms from (3+1)D simulations of gravitational collapse of rotating neutron stars, binary black holes mergers and scattering, and binary neutron star mergers and compare them to other extrapolation methods. Our perturbative hyperboloidal extraction provides a simple yet efficient procedure to compute gravitational waves with data quality comparable to the Cauchy characteristic extraction for several practical applications. Nonlinear effects in the wave propagation are not captured by our method, but the present work is a stepping stone towards more sophisticated hyperboloidal schemes for gravitational-wave extraction. | 我々は、3+1（コーシー）数値相対論シミュレーションの内部にある時間的世界管で計算された重力波をヌル無限大まで伝播させるための枠組みを提示する。 この手法では、数値相対論データを、ヌル無限大に到達する双曲面座標における摂動的な時間領域Regge-Wheeler-Zerilliシミュレーションの内側流入境界として用いる。 回転中性子星の重力崩壊、連星ブラックホールの合体と散乱、そして連星中性子星合体の（3+1）次元シミュレーションから得られた波形を示し、他の外挿法と比較する。 我々の摂動的な双曲面抽出法は、いくつかの実用的な用途においてコーシー特性抽出法に匹敵するデータ品質で重力波を計算するための、シンプルでありながら効率的な手順を提供する。 波動伝播における非線形効果は本手法では捉えられないが、 本研究は重力波抽出のためのより洗練された双曲面法への足がかりとなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This thesis explores parameter estimation methods for rapidly reconstructing compact binary sources generating gravitational waves. It employs numerical linear algebra and meshfree approximation techniques to expedite waveform generation and likelihood evaluation, crucial for estimating binary parameters like masses, spins, distance, and sky location. The thesis demonstrates the effectiveness of these methods through simulations and real GW events, highlighting their potential for multimessenger astronomy and future gravitational wave observatories. | 本論文では、重力波を発生させるコンパクト連星源を迅速に再構成するためのパラメータ推定手法について検討する。 数値線形代数とメッシュフリー近似手法を用いて、質量、回転、距離、天空位置といった連星パラメータの推定に不可欠な波形生成と尤度評価を迅速化する。 本論文では、シミュレーションと実際の重力波イベントを通してこれらの手法の有効性を示し、マルチメッセンジャー天文学や将来の重力波観測所における可能性を強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate static spherically symmetric solutions within the framework of the local limit of nonlocal gravity. This theory departs from Einstein's general relativity (GR) through the introduction of a scalar gravitational susceptibility function $S(x)$, $1+S > 0$, which is a new feature of the spacetime that vanishes in the GR limit. It is shown that the Schwarzschild spacetime constitutes an exact solution of the modified source-free gravitational field equations provided $S$ is a constant. The mass of the corresponding Schwarzschild solution is given by $M/(1+S)$, where $M$ denotes the mass of the solution in the GR limit. The interpretation of the solution in terms of a black hole is ruled out due to the divergence of the algebraic invariants of the Weitzenb\"ock torsion at the Schwarzschild horizon. | 我々は、非局所重力の局所極限の枠組みの中で、静的球対称解を研究する。 この理論は、一般相対論（GR）から、スカラー重力磁化率関数$S(x)$、$1+S>0$の導入によって逸脱する。 これは、一般相対論極限において消滅する時空における新しい特徴である。 シュワルツシルト時空は、$S$が定数である限り、修正された源自由重力場方程式の厳密解を構成することが示される。 対応するシュワルツシルト解の質量は$M/(1+S)$で与えられ、ここで$M$は一般相対論極限における解の質量を表す。 シュワルツシルト地平線におけるワイツェンバック捩れの代数的不変量の発散のため、ブラックホールによる解の解釈は排除される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this article we propose the scheme of integration of two-dimensional $F(R)$ gravity vacuum equations in a travelling wave variable. The main emphasis is placed on the fundamental possibility of obtaining different forms of the function $F(R)$ by arbitrarily choosing a certain function through which all components of the metric tensor of the theory can be expressed. | 本稿では、進行波変数を用いた2次元$F(R)$重力真空方程式の積分スキームを提案する。 主な焦点は、理論の計量テンソルのすべての成分を表現できる特定の関数を任意に選択することにより、関数$F(R)$の様々な形が得られるという基本的な可能性にある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In earlier companion papers, we showed that non-singular primordial black holes (PBHs) could account for all the dark matter (DM) over a significantly wider mass range compared to Schwarzschild PBHs. Those studies, mostly based on phenomenological metrics, are now extended by considering the quantum-corrected space-time recently proposed by Zhang, Lewandowski, Ma and Yang (ZLMY), derived from an effective canonical (loop) quantum gravity approach explicitly enforcing general covariance. Unlike the BHs considered earlier, ZLMY BHs are free from Cauchy horizons, and are hotter than their Schwarzschild counterparts. We show that this higher temperature boosts the evaporation spectra of ZLMY PBHs, tightening limits on their abundance relative to Schwarzschild PBHs and shrinking the asteroid mass window where they can constitute all the DM, a result which reverses the earlier trend, but rests on firmer theoretical ground. While stressing the potential key role of quantum gravity effects in addressing the singularity and DM problems, our study shows that working within a consistent theoretical framework can strongly affect observational predictions. | 以前の関連論文において、非特異原始ブラックホール（PBH）は、シュワルツシルトPBHと比較して、はるかに広い質量範囲にわたる暗黒物質（DM）のすべてを説明できることを示しました。 これらの研究は、主に現象論的指標に基づいていますが、現在では、Zhang、Lewandowski、Ma、Yangによって最近提案された量子補正時空（ZLMY）を考慮することで拡張されています。 ZLMY時空は、一般共変性を明示的に強制する有効正準（ループ）量子重力アプローチから導出されます。 以前に検討したBHとは異なり、ZLMY BHはコーシー地平線を持たず、シュワルツシルトBHよりも高温です。 この高温により、ZLMY PBHの蒸発スペクトルが増大し、シュワルツシルトPBHと比較してZLMY PBHの存在量の限界が狭まり、それらがすべてのDMを構成できる小惑星質量の範囲が狭まることが示されました。 これは以前の傾向を覆す結果ですが、より確固たる理論的根拠に基づいています。 特異点問題とDM問題の解決において量子重力効果が重要な役割を果たす可能性があることを強調しながら、本研究は、一貫した理論的枠組みの中で研究を行うことで、観測予測に大きな影響を与えることができることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The future space-based gravitational wave observatory, the Laser Interferometer Space Antenna, is expected to observe between a few and a few thousand extreme mass-ratio inspirals (EMRIs) per year. Due to the simultaneous presence of other gravitational wave signals in the data, it can be challenging to detect EMRIs and accurately estimate their parameters. In this work, we investigate the interaction between a gravitational signal from an EMRI and millions of signals from inspiralling Galactic white dwarf binaries. We demonstrate that bright Galactic binaries contaminate the detection and characterization of EMRIs. We perform Bayesian inference of EMRI parameters after removing resolvable Galactic binaries and confirm an accuracy comparable to that expected in Gaussian noise. | 将来の宇宙重力波観測所であるレーザー干渉計宇宙アンテナは、年間数千から数千の極限質量比インスパイラル（EMRI）を観測すると予想されています。 データには他の重力波信号が同時に存在するため、EMRIを検出し、そのパラメータを正確に推定することは困難な場合があります。 本研究では、EMRIからの重力信号と、インスパイラルする銀河系白色矮星連星からの数百万の信号との相互作用を調査します。 明るい銀河系連星がEMRIの検出と特性評価に影響を与えることを実証します。 分解可能な銀河系連星を除去した後に、EMRIパラメータのベイズ推定を行い、ガウスノイズで期待される精度に匹敵する精度を確認しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a novel approach for calculating the gravitational self-force (GSF) in the Lorenz gauge, employing hyperboloidal slicing and spectral methods. Our method builds on the previous work that applied hyperboloidal surfaces and spectral approaches to scalar-field toy model [Phys. Rev. D 105, 104033 (2022)], extending them to handle gravitational perturbations. Focusing on first-order metric perturbations, we address the construction of the hyperboloidal foliation, detailing the minimal gauge choice. The Lorenz gauge is adopted to facilitate well-understood regularisation procedures, which are essential for obtaining physically meaningful GSF results. We calculate of the Lorenz gauge metric perturbation via a (known) gauge transformation from the Regge-Wheeler gauge. Our approach yields a robust framework for obtaining the metric perturbation components needed to calculate key physical quantities, such as radiative fluxes, the Detweiler redshift, and self-force corrections. Furthermore, the compactified hyperboloidal approach allows us to efficiently calculate the metric perturbation throughout the entire spacetime. This work thus establishes a foundational methodology for future second-order GSF calculations within this gauge, offering computational efficiencies through spectral methods. | 双曲面スライス法とスペクトル法を用いて、ローレンツゲージにおける重力自己力（GSF）を計算するための新しい手法を提示する。 本手法は、スカラー場トイモデルに双曲面とスペクトル法を適用した先行研究 [Phys. Rev. D 105, 104033 (2022)] に基づき、重力摂動を扱えるように拡張したものである。 一次計量摂動に焦点を当て、双曲面葉層構造の構築と最小ゲージ選択の詳細について述べる。 ローレンツゲージは、物理的に意味のあるGSF結果を得るために不可欠な、よく理解されている正則化手順を容易にするために採用される。 本手法では、レッジェ-ホイーラーゲージからの（既知の）ゲージ変換を用いて、ローレンツゲージ計量摂動を計算する。 我々のアプローチは、放射フラックス、デトワイラー赤方偏移、自己力補正といった主要な物理量の計算に必要な計量摂動成分を得るための堅牢な枠組みを提供する。 さらに、コンパクト化された双曲面アプローチにより、時空全体にわたる計量摂動を効率的に計算することが可能になる。 したがって、本研究は、このゲージ内での将来の2次GSF計算のための基礎的な手法を確立し、スペクトル法による計算効率の向上をもたらす。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Gravitational self-force (GSF) theory is a strong-gravity perturbative approach to the relativistic two-body problem, primarily developed to model extreme-mass-ratio inspirals, where one compact object is significantly more massive than the companion. However, recent advancements in GSF calculations, particularly involving second-order self-force (2GSF) results, indicated a much broader applicability across a wider range of mass ratios. These developments have motivated efforts to incorporate GSF results into the effective-one-body (EOB) framework, where they have already been successfully integrated into the state-of-the-art waveform model, SEOBNRv5, employed in recent LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) observing runs. In this work, we present SEOBNR-GSF, a nonspinning inspiral-merger-ringdown (IMR) EOB waveform model that introduces a GSF-informed EOB Hamiltonian as its central innovation. This marks the first complete IMR waveform model constructed primarily from GSF results. We show that our model outperforms inspiral waveforms from full 2GSF calculations in the intermediate-to-comparable mass regime. Furthermore, by comparing with a post-Newtonian-informed variant, SEOBNR-GSF-PN, we demonstrate that the inclusion of numerical GSF information in the Hamiltonian leads to significant improvements in model fidelity. Finally, we benchmark our model against high-accuracy, nonspinning numerical-relativity simulations from the Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) catalogue and find that its median mismatch is comparable to that of SEOBNRv5, suggesting that this approach holds promise for further enhancing future EOB waveform models. | 重力自己力（GSF）理論は、相対論的二体問題に対する強重力摂動論的アプローチであり、主に極端質量比インスパイラル（一方のコンパクト天体が伴天体よりも著しく質量が大きい）をモデル化するために開発されました。 しかし、GSF計算における最近の進歩、特に二次自己力（2GSF）の結果は、より広範な質量比にわたる適用性を示しました。 これらの進歩は、GSFの結果を有効一体（EOB）フレームワークに組み込む取り組みを促し、すでに最新のLIGO-Virgo-KAGRA（LVK）観測で使用されている最先端の波形モデルSEOBNRv5に統合されています。 本研究では、GSFに基づくEOBハミルトニアンをその中心的な革新として導入した、非回転インスパイラル・マージャー・リングダウン（IMR）EOB波形モデルであるSEOBNR-GSFを紹介します。 これは、主にGSFの結果から構築された最初の完全なIMR波形モデルとなります。 本モデルは、中間質量から同等の質量領域において、完全な2GSF計算によるインスパイラル波形よりも優れた性能を示すことを示します。 さらに、ポストニュートン流に基づく派生モデルであるSEOBNR-GSF-PNと比較することにより、ハミルトニアンに数値GSF情報を組み込むことで、モデルの忠実度が大幅に向上することを示します。 最後に、Simulating eXtreme Spacetimes (SXS)カタログの高精度非回転数値相対論シミュレーションとモデルをベンチマークし、その中央ミスマッチがSEOBNRv5と同等であることを発見しました。 これは、このアプローチが将来のEOB波形モデルをさらに強化する可能性を示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The latest observational data of Planck satellite shows nontrivial value of polarization rotation angle caused by cosmic birefringence in the early universe. Moreover, the asymmetry of baryons versus anti-baryons still remains mysterious. Both of them indicates that there should be hidden new physics such as fundamental symmetry breaking. In this paper, we try to interpret these two events in framework of nonmetricity modified gravity. We introduce an interaction term between nonmetricity-based function and matter current, and calculate both the rotation angle and baryon-to-photon ratio. We also constrain the model parameters using the current observational data. With some specific examples, we demonstrate that in nonmetricity gravity theory, these two events can be interpreted in a unified way. Nevertheless, the minimal coupling of nonmetricity scalar and the matter current might not be favored. | プランク衛星の最新の観測データは、初期宇宙における宇宙複屈折によって引き起こされた偏光回転角の非自明な値を示しています。 さらに、重粒子と反重粒子の非対称性は依然として謎に包まれています。 これらはいずれも、根本的な対称性の破れなどの新しい物理が隠されていることを示唆しています。 本論文では、非計量性修正重力理論の枠組みにおいて、これら2つの事象の解釈を試みます。 非計量性に基づく関数と物質カレントとの間の相互作用項を導入し、回転角と重粒子対光子比を計算します。 また、最新の観測データを用いてモデルパラメータに制約を与えます。 いくつかの具体的な例を用いて、非計量性重力理論において、これら2つの事象が統一的に解釈できることを示します。 しかしながら、非計量性スカラーと物質カレントの最小結合は必ずしも好ましいとは限らないかもしれません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet (EdGB) theory is a modified theory of gravity which include a scalar field to couple with the higher order curvature terms. It has already been constrained with various observations include the gravitational wave (GW) with LIGO, Virgo and KAGRA (LVK) Collaboration. In this work, we study the capability for space-borne GW detectors to constrain the EdGB theory using the signal of Extreme Mass-Ratio Inspiral (EMRIs). We use the "numerical kludge (NK)" method to construct the waveform of EMRI in the EdGB theory, focusing on the case when the central black hole is spinless. We then study how a future space-borne gravitational wave detector, TianQin, for example, can place constraints on the EdGB theory through the detection of EMRIs. With the analysis using mismatch and Fisher Information Matrix (FIM), we find that the EdGB parameter $\sqrt{\alpha}$ is expected to be constrained to the level of $\sim\mathcal{O}(0.1)$ km. | アインシュタイン・ディラトン・ガウス・ボネ（EdGB）理論は、高次曲率項と結合するスカラー場を含む修正重力理論です。 LIGO、Virgo、KAGRA（LVK）共同研究による重力波（GW）観測など、様々な観測によって既に制約されています。 本研究では、宇宙搭載重力波検出器が極限質量比インスパイラル（EMRI）信号を用いてEdGB理論を制約する能力を検証します。 EdGB理論におけるEMRIの波形構築には、「数値的クルージュ（NK）」法を用い、中心ブラックホールがスピンレスの場合に焦点を当てます。 次に、将来の宇宙搭載重力波検出器であるTianQinが、EMRIの検出を通じてEdGB理論にどのような制約を課すことができるかを検証します。 ミスマッチとフィッシャー情報行列（FIM）を用いた解析により、 EdGBパラメータ$\sqrt{\alpha}$は、 $\sim\mathcal{O}(0.1)$ kmのレベルに制限されると予想されることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In the typical data analysis and waveform modeling of the gravitational waves (GWs) signals for binary black holes (BBHs), it is assumed to be isolate sources in the vacuum within the theory of general relativity (GR). However, various kinds of matter may exist around the source or on the path to the detector, and there also exist many different kinds of modified theories of gravity. The effects of these modifications can be characterized within the parametrized post-Einstein (ppE) framework, and the corresponding phase corrections on the waveform at leading post-Newtonian (PN) order are also expressed by the additional parameters for these effects. In this work, we consider the varying-G theory and the dynamical friction of the dark matter spike as an example. Both of these two effects will modify the waveform at -4PN order, if we choose the suitable power law index for the spike. We choose to use a statistic to characterize the dispersion between the posterior of $\dot G$ for different events. For different astronomical models, we find that this statistic can distinguish these two models very effectively. This result indicates that we could use this statistic to distinguish other degenerate effects with the detection of multiple sources. | 連星ブラックホール（BBH）の重力波（GW）信号の典型的なデータ解析および波形モデリングでは、一般相対性理論（GR）に基づき、真空中に孤立した発生源が存在すると仮定されます。 しかし、発生源の周囲や検出器への経路上には様々な物質が存在する可能性があり、また、様々な種類の重力修正理論も存在します。 これらの修正の影響は、パラメータ化されたポストアインシュタイン（ppE）の枠組みで特徴付けることができ、主要なポストニュートン（PN）オーダーにおける波形の位相補正も、これらの効果に対する追加パラメータによって表現されます。 本研究では、変動重力理論と暗黒物質スパイクの動的摩擦を例として考察します。 スパイクに適切なべき乗則指数を選択した場合、これら2つの効果はどちらも-4PNオーダーの波形を修正します。 我々は、異なる事象における$\dot G$の事後分布間の分散を特徴付ける統計量を用いることにした。 異なる天文学モデルにおいて、この統計量はこれら2つのモデルを非常に効果的に区別できることがわかった。 この結果は、この統計量を用いて、複数の天体を検出する際に生じる他の縮退効果を区別できることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the consistency between DESI DR2 BAO and three SNIa datasets, Pantheon+, Union3, and DES-Y5. Our consistency test is {calibration}-independent since it is independent of cosmological nuisance parameters such as the absolute peak magnitude $M_B$ and the comoving sound horizon at the baryon drag epoch $r_d$. {This could reduce some systematics in the observed data, if present}. Importantly, the test is also model-agnostic, independent of any model of dark energy or modified gravity. We define a tension parameter to quantify tension across different datasets compared to DESI DR2 BAO. The Pantheon+ and Union3 data have tension $\lesssim\! 1\sigma$ across their redshift ranges, whereas the DES-Y5 tension is $\gtrsim3\sigma$ near $z=1$. This hints that DES-Y5 data has significant offset values for redshifts close to 1, compared to the other SNIa datasets. Since this consistency test is independent of cosmological nuisance parameters, the tension is minimal: other consistency tests involving differences in nuisance parameters may show greater tension. | DESI DR2 BAOと3つのSNIaデータセット、Pantheon+、Union3、DES-Y5との間の整合性を調査する。 整合性テストは、絶対ピーク等級$M_B$や重粒子ドラッグ期における共動音波地平線$r_d$などの宇宙論的ノイズパラメータに依存しないため、{較正}非依存である。 {これにより、観測データに系統的誤差が存在する場合、その影響が軽減される可能性がある}。 重要な点として、このテストはモデル非依存であり、ダークエネルギーや修正重力のモデルに依存しない。 DESI DR2 BAOと比較して、異なるデータセット間の張力を定量化するために、張力パラメータを定義する。 Pantheon+とUnion3のデータは、赤方偏移の範囲全体にわたって張力$\lesssim\! 1\sigma$を持つが、DES-Y5の張力は$z=1$付近で$\gtrsim3\sigma$である。 これは、DES-Y5データは、他のSNIaデータセットと比較して、赤方偏移が1に近い場合に有意なオフセット値を持つことを示唆しています。 この整合性テストは宇宙論的ニューサンスパラメータとは独立しているため、この緊張は最小限です。 ニューサンスパラメータの違いを伴う他の整合性テストでは、より大きな緊張が見られる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| An Extreme Mass Ratio Inspiral (EMRI), which corresponds to a small compact object inspirals around a massive black hole in the center of a galaxy, is one of the most important sources for future space-borne gravitational-wave (GW) detectors such as TianQin and LISA. By analyzing the emitted GW signals, we can probe the theory of gravity and the nature of black holes in the strong field region. To achieve these objectives, the second-order self-force effect should be considered in the waveform modeling. Up to now, the waveform of EMRIs including the second-order self-force effect is only achieved for the circular orbit on Schwarzschild background. In this work, we generalized the calculation of the second-order self-force to the eccentric orbits on Schwarzschild spacetime. We calculated the puncture field, and give the form of two-timescale expansion for the field equations. The corresponding numerical calculation and programming can be performed based on these results. | 極限質量比インスパイラル（EMRI）は、銀河中心の大質量ブラックホールの周りを小さなコンパクト天体がインスパイラルする現象であり、将来の宇宙搭載重力波（GW）検出器（例えば天琴やLISA）にとって最も重要な源の一つです。 放出された重力波信号を解析することで、重力理論と強磁場領域におけるブラックホールの性質を解明することができます。 これらの目的を達成するためには、波形モデリングにおいて2次の自己力効果を考慮する必要があります。 これまで、2次の自己力効果を考慮したEMRIの波形は、シュワルツシルト背景上の円軌道に対してのみ実現されていました。 本研究では、2次の自己力の計算をシュワルツシルト時空上の離心率の高い軌道に一般化しました。 パンクチャー場を計算し、場の方程式の2時間スケール展開の形を与えました。 これらの結果に基づいて、対応する数値計算と プログラミングを実行できます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The field of gravitational wave (GW) detection is progressing rapidly, with several next-generation observatories on the horizon, including LISA. GW data is challenging to analyze due to highly variable signals shaped by source properties and the presence of complex noise. These factors emphasize the need for robust, advanced analysis tools. In this context, we have initiated the development of a low-latency GW detection pipeline based on quantum neural networks (QNNs). Previously, we demonstrated that QNNs can recognize GWs simulated using post-Newtonian approximations in the Newtonian limit. We then extended this work using data from the LISA Consortium, training QNNs to distinguish between noisy GW signals and pure noise. Currently, we are evaluating performance on the Sangria LISA Data Challenge dataset and comparing it against classical methods. Our results show that QNNs can reliably distinguish GW signals embedded in noise, achieving classification accuracies above 98\%. Notably, our QNN identified 5 out of 6 mergers in the Sangria blind dataset. The remaining merger, characterized by the lowest amplitude, highlights an area for future improvement in model sensitivity. This can potentially be addressed using additional mock training datasets, which we are preparing, and by testing different QNN architectures and ansatzes. | 重力波（GW）検出の分野は急速に進歩しており、LISAを含むいくつかの次世代観測所が間もなく建設される予定です。 GWデータは、発生源の特性によって信号が大きく変動し、複雑なノイズが存在するため、解析が困難です。 これらの要因により、堅牢で高度な解析ツールの必要性が高まっています。 こうした背景から、私たちは量子ニューラルネットワーク（QNN）に基づく低遅延の重力波検出パイプラインの開発に着手しました。 これまでに、ニュートン限界においてポストニュートン近似を用いてシミュレートされた重力波をQNNが認識できることを実証しました。 その後、LISAコンソーシアムのデータを用いてこの研究を拡張し、ノイズの多い重力波信号と純粋なノイズを区別できるようにQNNをトレーニングしました。 現在、Sangria LISAデータチャレンジデータセットで性能を評価し、従来の手法と比較しています。 我々の研究結果は、QNNがノイズに埋め込まれた重力波信号を確実に識別し、98%を超える分類精度を達成できることを示しています。 特に、我々のQNNはSangriaブラインドデータセットにおける6つのマージャーのうち5つを識別しました。 残りのマージャーは振幅が最も小さいという特徴があり、モデルの感度における今後の改善の余地を示唆しています。 これは、現在準備中の追加の模擬訓練データセットと、異なるQNNアーキテクチャおよび仮説のテストを使用することで、潜在的に解決できる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We perform a comprehensive cosmographic analysis of Friedmann cosmologies modified by non-extensive entropy frameworks, focusing on Tsallis, R\'enyi, and Kaniadakis entropies within a novel modified energy-momentum tensor approach. In our approach the microscopic matter density remains $\rho=m~n$ while the horizon thermodynamics of non-extensive entropy modifies the effective source that drives expansion, $\rho_{eff}=f(\rho)\rho$ which reduces to the standard case for $f(\rho)=1$. By deriving the generalized Friedmann equations for each entropy type, we calculate analytical expressions for key cosmographic parameters, including the deceleration ($q_0$), jerk ($j_0$), snap ($s_0$), and lerk ($l_0$) parameters, and examine their behavior compared to the standard $\Lambda$CDM model. Our results reveal significant differences between the traditional formal approach and the modified energy-momentum approach, particularly in the Tsallis model where cosmographic parameters and the dimensionless Hubble function $E(z)$ show notable deviations for deformation parameters away from unity. Moreover, both R\'enyi and Kaniadakis models exhibit increasing tension with $\Lambda$CDM at higher redshifts, while remaining similar at low redshifts. Importantly, given the persistent $\sim5\sigma$ Hubble tension between local and global measurements, our analysis indicates that the flexibility of the modified entropic cosmology framework to alter the expansion rate could potentially alleviate this discrepancy by modifying the effective expansion history in a way compatible with observations. Future work will involve full Bayesian analyses with Pantheon+, DESI, and Planck data to further assess the viability of these models in resolving current cosmological tensions. | 我々は、非示量的エントロピーの枠組みによって修正されたフリードマン宇宙論の包括的な宇宙論的解析を行う。 Tsallis、R\'enyi、およびKaniadakisエントロピーに焦点を当て、新しい修正エネルギー運動量テンソルアプローチを用いる。 我々のアプローチでは、微視的物質密度は$\rho=m~n$のままであるが、 非示量的エントロピーの地平線熱力学は、膨張を駆動する有効源$\rho_{eff}=f(\rho)\rho$を修正し、これは標準的なケース$f(\rho)=1$に帰着する。 各エントロピータイプに対する一般化フリードマン方程式を導出することにより、減速（$q_0$）、ジャーク（$j_0$）、スナップ（$s_0$）、ラーク（$l_0$）パラメータを含む主要な宇宙論パラメータの解析的表現を計算し、標準的な$\Lambda$CDMモデルと比較した挙動を検証する。 結果は、従来の形式的アプローチと修正エネルギー運動量アプローチとの間に大きな違いがあることを明らかにした。 特にTsallisモデルにおいては、宇宙論パラメータと無次元ハッブル関数$E(z)$が変形パラメータの1からのずれに対して顕著な偏差を示す。 さらに、R\'enyiモデルとKaniadakisモデルはどちらも、高赤方偏移では$\Lambda$CDMとの緊張が増すが、低赤方偏移では類似性を維持する。 重要なのは、局所的観測と全体的観測の間に持続的な$\sim5\sigma$ハッブル・テンションが存在することを考慮すると、私たちの解析は、膨張率を変化させる修正エントロピー宇宙論の枠組みの柔軟性が、観測と整合する形で実効膨張史を修正することで、この不一致を軽減する可能性があることを示唆している。 今後の研究では、Pantheon+、DESI、Planckのデータを用いた完全なベイズ解析を行い、これらのモデルが現在の宇宙論的テンションを解決する上で実現可能かどうかをさらに評価する予定である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study blackhole in the Modified Generalized Chaplygin Gas (MGCG) model, a modified gravity framework proposed to unify dark matter and dark energy. The resulting spacetime is asymptotically non-flat and feature two distinct horizons, determined by the Chaplygin parameter $\alpha$. Observational constraints favor negative values of $\alpha$, which restrict the allowed parameter space. Through linear perturbation analysis, we show that this blackhole remain stable under both scalar and electromagnetic perturbation. The corresponding quasinormal mode spectra depend sensitively on the MGCG parameters, indicating that this cosmological model leaves characteristic imprints on blackhole oscillations. These results suggest that gravitational-wave observations of blackhole ringdowns may provide a means of constraining MGCG and testing unified dark sector scenarios in the strong-field regime. | 我々は、暗黒物質と暗黒エネルギーを統一するために提案された、修正された重力枠組みである修正一般化チャプリギンガス（MGCG）モデルを用いてブラックホールを研究する。 結果として得られる時空は漸近的に非平坦であり、チャプリギンパラメータ$\alpha$によって決定される2つの異なる地平線を持つ。 観測的制約は$\alpha$の負の値を支持しており、これが許容されるパラメータ空間を制限する。 線形摂動解析により、このブラックホールはスカラー摂動と電磁摂動の両方に対して安定であることを示す。 対応する準基準モードスペクトルはMGCGパラメータに敏感に依存し、この宇宙論モデルがブラックホール振動に特徴的な痕跡を残すことを示している。 これらの結果は、ブラックホールのリングダウンの重力波観測が、MGCGを制約し、強磁場領域における統一ダークセクターシナリオを検証する手段となる可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Detecting continuous gravitational waves is challenging due to the high computational cost of template-based searches across large parameter spaces, particularly for all-sky searches. Machine learning offers a promising solution to perform these searches with reasonable computational resources. In this study, we trained an attention U-Net, a convolutional neural network, on $\approx$ 10.67 days of simulated data with Gaussian noise for all-sky searches at different frequencies within the 20-1000 Hz band. Our model trained at 20 Hz achieves the best sensitivity, with a 90% detection efficiency sensitivity depth $D^{90\%} = 29.97 \pm 0.24\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$ with a 1% false alarm rate per 50 mHz, while the model trained on the entire 20-1000 Hz band yields $D^{90\%} = 18.63 \pm 0.24\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$. The sensitivities achieved are comparable to state-of-the-art results using deep learning approaches, with less than 50% of the training time and data. We find that sensitivity scales as $T^{0.28 \pm 0.01}$ with total observation time for the attention U-Net trained at 20 Hz, similar to semi-coherent search methods. The neural network demonstrates robustness on datasets with time gaps, with sensitivity dependence on duty factor analyzed. We also investigated the sensitivity dependence of the trained attention U-Net models on sky location. Our findings show that attention U-Net is a scalable and effective approach for all-sky continuous gravitational wave searches. | 連続重力波の検出は、広大なパラメータ空間にわたるテンプレートベースの探索、特に全天探索の計算コストが高いため困難です。 機械学習は、これらの探索を合理的な計算リソースで実行するための有望な解決策を提供します。 本研究では、畳み込みニューラルネットワークであるAttention U-Netを、ガウスノイズを含む約10.67日間のシミュレーションデータを用いて学習し、20～1000Hz帯域内の異なる周波数で全天探索を行いました。 20 Hzで学習させたモデルは、50 mHzあたりの誤警報率1%で、90%の検出効率、感度深度$D^{90\%} = 29.97 \pm 0.24\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$という最高の感度を達成しました。 一方、20～1000 Hz帯域全体で学習させたモデルは、$D^{90\%} = 18.63 \pm 0.24\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$という結果になりました。 達成された感度は、学習時間とデータ量が50%未満であるディープラーニング手法を用いた最先端の結果に匹敵します。 20 Hzで学習させたAttention U-Netでは、感度は総観測時間に応じて$T^{0.28 \pm 0.01}$に比例することが分かりました。 これは、セミコヒーレント探索法に似ています。 ニューラルネットワークは、デューティファクタに対する感度依存性を解析した結果、時間ギャップのあるデータセットに対して堅牢性を示した。 また、学習済みのAttention U-Netモデルの天空位置に対する感度依存性も調査した。 この結果は、Attention U-Netが全天連続重力波探索のためのスケーラブルかつ効果的なアプローチであることを示すものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate a novel gravitational configuration formed by a massless real phantom field and an axion scalar field, minimally coupled to gravity. This system describes an Ellis-type wormhole situated at the center of an axion star. By normalizing the mass of the axion field to unity, the physical properties of the model are determined by three independent parameters: the potential's decay constant, the frequency of the axion field, and the wormhole's throat parameter. We assess the traversability of this wormhole by examining the curvature scalars and energy conditions of the static solution. Our analysis of the wormhole's embedding diagrams indicates that, although the wormhole typically exhibits a single-throat geometry, a double-throat configuration featuring an equatorial plane may arise under specific conditions. Finally, an analysis of the null-geodesics reveals the existence of at least one unstable light ring at the wormhole throat. | 我々は、質量のない実ファントム場と、重力と最小限に結合したアクシオンスカラー場によって形成される、新しい重力構成を調査する。 この系は、アクシオン星の中心に位置するエリス型ワームホールを記述する。 アクシオン場の質量を1に正規化することにより、モデルの物理的特性は、ポテンシャルの減衰定数、アクシオン場の周波数、およびワームホールのスロートパラメータという3つの独立したパラメータによって決定される。 我々は、静的解の曲率スカラーとエネルギー条件を調べることにより、このワームホールの通過可能性を評価する。 ワームホールの埋め込み図の解析は、ワームホールは典型的にはシングルスロート形状を示すが、特定の条件下では赤道面を特徴とするダブルスロート形状が出現する可能性があることを示している。 最後に、ヌル測地線の解析により、ワームホールの喉部に少なくとも1つの不安定な光リングが存在することが明らかになりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We revisit the problem of spontaneous symmetry breaking (SSB), its restoration, and phase transition for a self interacting quantum scalar field in a general curved background, at zero and finite temperature. To the best of our knowledge, most of the earlier computations in this context have been done in the linear order in curvature, which may not be very suitable for the Ricci flat spacetimes. One of our objectives is to see whether the higher order terms can bring in qualitatively new physical effects, and thereby attempting to fill in this gap in the literature. We use Bunch and Parker's local momentum space representation of the Schwinger-DeWitt expansion of the Feynman propagator. Such expansion, being based upon the local Lorentz symmetry of spacetime, essentially probes the leading curvature correction to short scale, ultraviolet quantum processes. We compute the renormalised, background spacetime curvature (up to quadratic order) and temperature dependent one loop effective potential for $\phi^4$ plus $\phi^3$ self interaction. In particular for the de Sitter spacetime, we have shown for the $\phi^4$-theory that we can have SSB even with a positive rest mass squared and positive non-minimal coupling, at zero temperature. This cannot be achieved by the linear curvature term alone and the result remains valid for a very large range of renormalisation scale. Such SSB will generate a field mass that depends upon the spacetime curvature as well as the non-minimal coupling. For a phase transition, we have computed the leading curvature correction to the critical temperature. At finite temperature, symmetry restoration is demonstrated. We also extend some of the above results to two loop level. The symmetry breaking in de Sitter at two loop remains present. We have further motivated the necessity of treating this problem non-perturbatively in some instances. | 我々は、零温度および有限温度における、一般的な曲がった背景における自己相互作用量子スカラー場の自発的対称性の破れ（SSB）、その回復、および相転移の問題を再検討する。 我々の知る限り、この文脈におけるこれまでの計算のほとんどは、曲率の線形順序で行われてきたが、これはリッチ平坦時空にはあまり適していない可能性がある。 我々の目的の一つは、高次の項が質的に新しい物理的効果をもたらすかどうかを調べ、それによって文献におけるこのギャップを埋めることである。 我々は、ファインマン伝播関数のシュウィンガー・デウィット展開について、バンチとパーカーによる局所運動量空間表現を用いる。 この展開は、時空の局所ローレンツ対称性に基づいており、本質的には、短いスケールの紫外線量子過程に対する主要な曲率補正を調べるものである。 我々は、$\phi^4$ と $\phi^3$ の自己相互作用に対する、繰り込まれた背景時空曲率（2 次オーダーまで）と温度依存の 1 ループ有効ポテンシャルを計算した。 特に de Sitter 時空においては、$\phi^4$ 理論において、零温度において、正の静止質量の 2 乗と正の非極小結合があっても SSB が起こり得ることを示した。 これは線形曲率項だけでは達成できず、結果は繰り込みスケールの非常に広い範囲にわたって有効である。 このような SSB は、非極小結合だけでなく時空曲率にも依存する場の質量を生成する。 相転移については、臨界温度までの主要曲率補正を計算した。 有限温度において、対称性の回復が実証された。 また、上記の結果の一部を 2 ループレベルに拡張した。 2 ループにおける de Sitter の対称性の破れは依然として存在する。 我々はさらに、この問題を場合によっては非摂動的に扱う必要があることを示した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Beyond LISA, proposed space-based gravitational wave (GW) missions aim to explore the sub-millihertz to microhertz frequency band, with one key objective being the detection of massive binary black hole (MBBH) mergers across cosmic distances. In this work, we investigate the detection and localization capabilities of future sub-mHz GW observatories for MBBH coalescences. Including the full galactic foreground noise, we find that signal-to-noise ratios (SNRs) can reach several thousand across a wide range of redshifts. We evaluate three representative orbital configurations--non-precessing and precessing with different inclination angles--and analyze their localization performance for various MBBH populations. In the non-precessing case, a two-hemisphere degeneracy arises when only the dominant (2,2) mode is considered, which is effectively resolved by including higher-order modes. These modes contribute to a more uniform performance across all configurations, thereby mitigating the prior advantage of precessing mission orbits. Sub-mHz missions operating in the [10 $\mu$Hz, 10 mHz] band partially overlap with LISA's range but provide enhanced sensitivity to lower-frequency GWs due to their longer interferometric baselines. This results in significantly improved localization of high-mass MBBHs, enhancing the prospects for multi-messenger astronomy and precision cosmology. Moreover, the high SNRs attainable with sub-mHz detectors could enable stringent tests of general relativity and alternative theories of gravity. | LISAに続き、提案されている宇宙ベースの重力波（GW）ミッションは、サブミリヘルツからマイクロヘルツの周波数帯域の探査を目指しており、その重要な目標の一つは、宇宙空間を横断する巨大連星ブラックホール（MBBH）の合体の検出である。 本研究では、将来のサブミリヘルツ重力波観測所によるMBBH合体の検出および位置特定能力を調査する。 銀河全体のフォアグラウンドノイズを考慮すると、信号対雑音比（SNR）は、幅広い赤方偏移範囲にわたって数千に達する可能性がある。 本研究では、3つの代表的な軌道構成（非歳差運動軌道と、傾斜角の異なる歳差運動軌道）を評価し、様々なMBBH種族における位置特定性能を解析する。 歳差運動がない場合、支配的な(2,2)モードのみを考慮すると、2つの半球面の縮退が生じますが、これは高次モードを考慮することで効果的に解決されます。 これらのモードは、すべての構成にわたってより均一な性能に貢献し、それによって歳差運動ミッション軌道の従来からの利点を軽減します。 [10 $\mu$Hz, 10 mHz]帯域で動作するサブmHzミッションは、LISAの周波数範囲と部分的に重複しますが、干渉計の基線が長いため、低周波数の重力波に対する感度が向上します。 これにより、高質量MBBHの局在が大幅に改善され、マルチメッセンジャー天文学と精密宇宙論の可能性が高まります。 さらに、サブmHz検出器で達成できる高いSNRは、一般相対性理論と重力の代替理論の厳密な検証を可能にする可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The accretion-induced collapse (AIC) of a rotating white dwarf (WD) offers a potential site of millisecond pulsars/magnetars, gamma-ray bursts, and r-process nucleosynthesis. We present three-dimensional general-relativistic magneto-hydrodynamical simulations including neutrinos of magnetorotational AIC, assuming the WD is rapidly spinning with a weak magnetic field confined below its surface (likely a prerequisite for rapid rotation). Within milliseconds after core bounce, the magnetic field is exponentially amplified near the surface of the proto-neutron star (PNS). We witness the emergence of a small-scale turbulent and mean-field, large-scale MRI-driven dynamo in the neutrino-cooled centrifugally supported disk formed around the PNS, which generates bundles of large-scale toroidal field with alternating polarity. The amplified field becomes buoyant and is advected above the PNS, generating a magnetic tower that drives a mildly relativistic striped jet. The jet breaks out of the WD, clearing the way for a powerful magnetized neutron-rich wind from the disk. Although our simulation cannot follow the long-term Kelvin-Helmholtz cooling phase of the PNS, the conditions are ripe for the formation of a GRB powered by magnetar spin-down. A similar dynamo may operate in magnetorotational core-collapse supernovae and neutron-star mergers. | 回転する白色矮星（WD）の降着誘起崩壊（AIC）は、ミリ秒パルサー／マグネター、ガンマ線バースト、そしてr過程元素合成の潜在的な発生場所となる。 本研究では、WDが表面下に弱い磁場を閉じ込めて高速回転していると仮定し（おそらく高速回転の前提条件）、磁気回転AICのニュートリノを含む3次元一般相対論的磁気流体シミュレーションを行う。 コアの跳ね返りから数ミリ秒以内に、原始中性子星（PNS）の表面付近で磁場は指数関数的に増幅される。 我々は、ニュートリノ冷却され遠心力で支えられたPNSの周囲に形成されたディスクにおいて、小規模な乱流および平均場、そして大規模なMRI駆動ダイナモの出現を目撃した。 このダイナモは、極性が交互に変化する大規模なトロイダル磁場の束を生成する。 増幅された磁場は浮力を持ち、PNS上空に移流され、弱相対論的な縞状ジェットを駆動する磁気塔を形成する。 このジェットはWDから放出され、ディスクからの強力な磁化された中性子過剰風の道を開く。 我々のシミュレーションではPNSの長期的なケルビン・ヘルムホルツ冷却段階を追うことはできないが、マグネターのスピンダウンによって駆動されるガンマ線バーストの形成に十分な条件が整っている。 同様のダイナモは、磁気回転中心核崩壊型超新星や中性子星合体でも作動する可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| General relativity describes the dynamics of gravitational waves, which can feature nonlinear interactions, such as those underlying turbulent processes. Theoretical and numerical explorations have demonstrated the existence of gravitational wave turbulence, of which a full and general mathematical description is currently not known. Here, we take essential steps towards such a theory. Leveraging a formulation exactly recasting general relativity as a set of nonlinear electrodynamics equations, we demonstrate that general relativity admits an Elsasser formulation -- the same type of equation underpinning magnetohydrodynamic turbulence. We further show that nonlinear interactions described by this equation are in part Alfv\'enic, linking gravitational wave turbulence to Alfv\'enic turbulence. Our work paves the way for a new understanding of nonlinear gravitational wave dynamics through insights from magnetohydrodynamics. | 一般相対性理論は、乱流過程の基礎となるような非線形相互作用を特徴とする重力波のダイナミクスを記述します。 理論的および数値的探究により、重力波乱流の存在が実証されていますが、その完全かつ一般的な数学的記述は現在も知られていません。 本研究では、そのような理論の構築に向けて重要な一歩を踏み出します。 一般相対性理論を非線形電気力学方程式の集合として正確に書き直した定式化を用いて、一般相対性理論がエルザッサー定式化（電磁流体乱流の基礎となる方程式と同じタイプ）を許容することを示します。 さらに、この方程式によって記述される非線形相互作用は部分的にアルヴェン的であり、重力波乱流とアルヴェン的乱流を結び付けていることを示します。 本研究は、電磁流体力学からの知見を通じて、非線形重力波ダイナミクスの新たな理解への道を開くものです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We introduce Scale Factorized-Quantum Field Theory (SF-QFT), an innovative framework that performs path-integral factorization of ultraviolet (UV) and infrared (IR) momentum modes at a physical scale $Q^*$ before perturbative expansion through Effective Dynamical Renormalization (EDR) with Principle of Observable Effective Matching (POEM) constraints. This approach yields completely scale and scheme invariant observables whose Wilson coefficients $C_i(Q)$ and coupling $a_{\mathrm{eff}}(Q)$ are fixed by matching to the experiment. Because the two-loop $\beta$-function is universal in massless QCD and QED, $a_{\mathrm{eff}}(Q)$ evolves with scheme-independent equations, with higher-order $\beta$-coefficients absorbed into the $C_i$ through EDR implementation. Applying SF-QFT to the inclusive ratio $R_{e^{+}e^{-}}$ gives $R^{\mathrm{SF-QFT}}(31.6\,\mathrm{GeV}) = 1.05262 \pm 0.0005$, which is in excellent agreement with the experimental results ($R^{\mathrm{exp}}(31.6\,\mathrm{GeV})= 1.0527 \pm 0.005$) while requiring calculation that are orders of magnitude lower than those of conventional four-loop $\overline{\mathrm{MS}}$ approaches. For QED, the same formalism integrates out high-energy modes above $Q^*$, producing scheme-independent predictions for the electron anomalous magnetic moment with unprecedented precision ($a_e^{\text{theory}} = 0.001\,159\,652\,180\,61(76)$), differing from the experiment by only $-1.2(81) \times 10^{-13}$ representing an excellent 0.15$\sigma$ agreement. The framework enables the self-consistent extraction of the natural electromagnetic coupling $\alpha_{\text{eff}}^{-1}(m_e) = 137.036005301$ at the electron mass scale. | 我々は、革新的な枠組みであるスケール因子化量子場理論（SF-QFT）を導入する。 これは、物理スケール$Q^*$における紫外（UV）および赤外（IR）運動量モードの経路積分因子分解を行い、その後、実効動的再正規化（EDR）と観測可能有効マッチング原理（POEM）拘束条件を用いて摂動展開を行う。 このアプローチは、スケール不変かつスキーム不変な観測量を与え、そのウィルソン係数$C_i(Q)$と結合$a_{\mathrm{eff}}(Q)$は実験とのマッチングによって固定される。 2ループ$\beta$関数は質量ゼロQCDおよびQEDにおいて普遍的であるため、$a_{\mathrm{eff}}(Q)$はスキームに依存しない方程式で発展し、高次の$\beta$係数はEDR実装によって$C_i$に吸収される。 SF-QFTを包括比$R_{e^{+}e^{-}}$に適用すると、 $R^{\mathrm{SF-QFT}}(31.6\,\mathrm{GeV}) = 1.05262 \pm 0.0005$となり、これは実験結果($R^{\mathrm{exp}}(31.6\,\mathrm{GeV})= 1.0527 \pm 0.005$)と非常によく一致します。 一方、必要な計算量は、従来の4ループ$\overline{\mathrm{MS}}$アプローチよりも桁違いに少なくなります。 QED の場合、同じ形式論を用いて $Q^*$ 以上の高エネルギーモードを積分し、スキームに依存しない電子異常磁気モーメントを前例のない精度（$a_e^{\text{theory}} = 0.001\,159\,652\,180\,61(76)$）で予測します。 これは実験値との差がわずか $-1.2(81) \times 10^{-13}$ であり、0.15$\sigma$ という優れた一致を示しています。 この枠組みにより、電子質量スケールにおける自然な電磁結合 $\alpha_{\text{eff}}^{-1}(m_e) = 137.036005301$ を自己無撞着に抽出することが可能になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study causal properties of the recently found rotating black-hole solution in the low-energy sector of Horava gravity as a viable Lorentz-violating (LV) gravity in four dimensions with the LV Maxwell field and a cosmological constant $\Lambda (>-3/a^2)$ for an arbitrary rotation parameter $a$. The region of non-trivial causality violation containing closed timelike curves is exactly the same as in the Kerr-Newman or the Kerr-Newman-(Anti-)de Sitter solution. Nevertheless, chronology is protected in the new rotating black hole because the causality violating region becomes physically inaccessible by exterior observers due to the new three-curvature singularity at its boundary that is topologically two-torus including the usual ring singularity at $(r,\theta)=(0,\pi/2)$. As a consequence, the physically accessible region outside the torus singularity is causal everywhere. | 我々は、最近発見された回転ブラックホール解の因果特性を、ホラヴァ重力の低エネルギー領域において、ローレンツ破れ（LV）重力として、LVマクスウェル場と任意の回転パラメータ$a$に対する宇宙定数$\Lambda (>-3/a^2)$を持つ4次元の実現可能なLV重力として研究する。 閉じた時間的曲線を含む非自明な因果律破れの領域は、カー・ニューマン解またはカー・ニューマン-(反)ド・ジッター解と全く同じである。 しかしながら、この新しい回転ブラックホールでは、因果律破れの領域は、その境界にある新しい3曲率特異点（位相的には2トーラスであり、通常のリング特異点$(r,\theta)=(0,\pi/2)$を含む）によって外部観測者から物理的にアクセスできなくなるため、時系列性が保護される。 その結果、トーラス特異点の外側の物理的にアクセス可能な領域は、どこでも因果関係にある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This paper investigates the gravastar model as a potential alternative to black holes, utilizing the Kuchowicz metric in the context of Rastall gravity. The model comprises three distinct regions: an interior with positive energy density and negative pressure, a thin intermediate shell made of ultra-relativistic stiff fluid, and an exterior vacuum. The negative pressure within the interior generates an outward force exerted on the shell, fulfilling the Zel'dovich criterion. This configuration eliminates the central singularity and replaces the event horizon with the shell. We then derive the radial metric functions for both the inner and thin region, yielding a non-singular solution. Furthermore, we examine the physical properties of the shell, such as its energy, proper length, entropy, equation of state parameter, gravitational redshift and adiabatic index, across a range of Rastall parameter values. We conclude that the resulting gravastar model offers a promising solution to the singularity problem of conventional black holes within the context of this non-conservative theory. | 本論文では、ブラックホールの潜在的な代替モデルとして、クホヴィッツ計量を用いて、ラスタール重力の文脈でグラバスターモデルを検証する。 このモデルは、正のエネルギー密度と負圧を持つ内部、超相対論的剛性流体でできた薄い中間殻、そして外部真空という3つの異なる領域から構成される。 内部の負圧は殻に外向きの力を発生させ、ゼルドビッチの条件を満たす。 この構成により、中心特異点は解消され、事象の地平線が殻に置き換えられる。 次に、内部領域と薄い領域の両方について動径計量関数を導出し、特異でない解を得る。 さらに、エネルギー、固有長、エントロピー、状態方程式パラメータ、重力赤方偏移、断熱指数といった殻の物理的特性を、ラスタールパラメータ値の範囲にわたって調べる。 我々は、得られた重力星モデルが、この非保存理論の文脈において、従来のブラックホールの特異点問題に対する有望な解決策を提供すると結論付けた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Supernova explosions are expected as one of the promising candidates for gravitational wave sources. In this study, we examine the supernova gravitational waves, focusing on the multidimensional treatment of gravity in the simulation. For this purpose, we newly performed two-dimensional relativistic simulations with a nonmonopole (two-dimensional) potential and compared the resultant gravitational wave signals in the simulations with the frequencies of the proto-neutron stars with and without the Cowling approximation. Then, we find that the proto-neutron star frequencies with the Cowling approximation overestimate the gravitational wave frequencies. On the other hand, the frequencies of the proto-neutron star oscillations with metric perturbations agree well with the gravitational wave signals in the simulations. Employing the new data, we derive a new fitting formula for the supernova gravitational wave frequencies with the two-dimensional gravitational potential, independently of the progenitor mass. Combining this new formula with the previous one derived from the Cowling approximation, we also derive the formula to predict the gravitational wave frequencies with a two-dimensional potential, using those with a monopole potential. | 超新星爆発は、重力波源の有望な候補の一つとして期待されている。 本研究では、シミュレーションにおける重力の多次元的扱いに焦点を当て、超新星重力波を検証する。 この目的のために、我々は新たに非単極子（2次元）ポテンシャルを用いた2次元相対論的シミュレーションを行い、シミュレーションで得られた重力波信号を、カウリング近似を適用した場合と適用しない場合の原始中性子星の振動周波数と比較した。 その結果、カウリング近似を適用した場合の原始中性子星の振動周波数は、重力波周波数を過大評価することが判明した。 一方、計量摂動を適用した場合の原始中性子星振動周波数は、シミュレーションにおける重力波信号とよく一致することがわかった。 新しいデータを用いて、超新星の重力波周波数を、前駆質量とは無関係に、2次元重力ポテンシャルで近似する新しい式を導出した。 この新しい式を、カウリング近似から導出した以前の式と組み合わせることで、モノポールポテンシャルを用いた重力波周波数を用いて、2次元ポテンシャルで近似する重力波周波数を予測する式も導出した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this article, we propose a procedure for calculating the boundary stress tensor of a gravitational theory in asymptotic flat spacetime. As a case study, the stress tensor correctly reproduces the Brown-York charges for the Kerr blackhole i.e. mass and angular momentum. In asymptotic flat spacetime, there are asymptotic symmetries called BMS symmetries. We also compute the charges associated with these symmetries with the proposed stress tensor. The asymptotic charges can be compared with the Wald-Zoupas method. Our result for the stress tensor can be interpreted as the expectation value for the boundary stress tensor. | 本稿では、漸近平坦時空における重力理論の境界応力テンソルを計算する手順を提案する。 事例研究として、この応力テンソルはカーブラックホールのブラウン・ヨーク電荷、すなわち質量と角運動量を正しく再現する。 漸近平坦時空には、BMS対称性と呼ばれる漸近対称性が存在する。 提案する応力テンソルを用いて、これらの対称性に関連する電荷も計算する。 漸近電荷はワルド・ズーパ法と比較できる。 応力テンソルに関する我々の結果は、境界応力テンソルの期待値として解釈できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We construct a model for the nucleation of a wormhole within a Lorentzian spacetime by employing techniques from topological surgery and Morse theory. In our framework, a 0-surgery process describes the neighborhood of the nucleation point inside a compact region of spacetime, yielding a singular Lorentzian cobordism that connects two spacelike regions with different topologies. To avoid the singularity at the critical point of the Morse function, we employ the Misner trick of taking a connected sum with a closed 4-manifold -- namely $\mathbb{CP}^{2}$ -- to obtain an everywhere nondegenerate Lorentzian metric. This connected sum replaces the naked singularity with a region containing closed timelike curves. The obtained spacetime is nonsingular, but violates all the standard energy conditions. Our construction, thus, shows that a wormhole can be "created" without singularities in classical general relativity. | 位相外科手術とモース理論の手法を用いて、ローレンツ時空におけるワームホールの核形成モデルを構築する。 この枠組みでは、0次元外科手術過程が時空のコンパクト領域内の核形成点の近傍を記述し、異なる位相を持つ2つの時空領域を繋ぐ特異なローレンツ共線性を与える。 モース関数の臨界点における特異点を回避するために、ミスナートリックを用いて、閉じた4次元多様体（すなわち$\mathbb{CP}^{2}$）との連結和をとり、至る所で非退化なローレンツ計量を得る。 この連結和は、裸の特異点を、閉じた時空曲線を含む領域に置き換える。 得られた時空は非特異であるが、標準的なエネルギー条件はすべて破る。 したがって、この構築は、古典的な一般相対論において、特異点なしにワームホールを「生成」できることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the reconstruction of standard and generalized Rastall gravity inflationary models, using the scalar spectral index and the Rastall parameter expressed as functions of the number of $e-$folds $N$. Within a general formalism, we derive the effective potential in terms of the relevant cosmological parameters and the Rastall parameter for these gravity frameworks. As a specific example, we analyze the attractor $n_s(N) - 1 \propto N^{-1}$, first by considering constant values of the Rastall parameter to reconstruct the inflationary stage in standard Rastall gravity, and then by assuming a linear dependence on the number of $e-$folds $N$ to reconstruct the inflationary model in generalized Rastall gravity. Thus, the reconstruction of the potential $V(\phi)$ is obtained for both standard and generalized Rastall gravity inflationary models. In both frameworks, we constrain key parameters of the reconstructed models during inflation using the latest observational data from Planck. | 我々は、標準および一般化ラストール重力インフレーション模型を、スカラースペクトル指数と、電子倍数$N$の関数として表されるラストールパラメータを用いて再構成する。 一般的な形式論を用いて、これらの重力枠組みの有効ポテンシャルを、関連する宇宙論パラメータとラストールパラメータを用いて導出する。 具体的な例として、まずラストールパラメータの定数値を考慮して標準ラストール重力におけるインフレーション段階を再構成し、次に電子倍数$N$への線形依存性を仮定して一般化ラストール重力におけるインフレーション模型を再構成することにより、アトラクター$n_s(N) - 1 \propto N^{-1}$を解析する。 このようにして、標準および一般化ラストール重力インフレーション模型の両方において、ポテンシャル$V(\phi)$の再構成が得られる。 どちらの枠組みにおいても、プランクの最新の観測データを用いて、インフレーション中の再構築モデルの主要パラメータを制約します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| As part of our program to develop a general theory of relativity for open systems, we introduce a covariant theory that incorporates the effects of classical and quantum spacetime alterations in a new metric tensor that effectively includes these alterations, thereby generating a Riemannian manifold from a new varied action without boundary terms. We illustrate the theory by studying an inflationary model which incorporates the quantum feedback effects of spacetime on the dynamics of the inflaton field $\hat{\varphi}$, enabling the simultaneous quantization of $\hat{\varphi}$ and the fluctuating gravitational field $\hat{\Omega}$ without relying on perturbative theory. We obtain an exact solution for the modes of both fields, $\hat{\varphi}$ and $\hat{\Omega}$, which comply with different quantum algebras. The normalization of the inflaton field modes that is obtained is intrinsically related to the geometric field modes, in such a way that the quantization of the fields results from an expression that links the geometric fields with the physical fields. Finally, the quadratic fluctuations of spacetime are calculated, and its spectrum is analyzed. | 開放系に対する一般相対性理論の構築プログラムの一環として、古典時空と量子時空の変化の効果を、これらの変化を効果的に含む新しい計量テンソルに組み込んだ共変理論を導入し、境界項のない新しい可変作用からリーマン多様体を生成する。 この理論を、時空の量子フィードバック効果をインフレーション場$\hat{\varphi}$のダイナミクスに組み込んだインフレーション模型を研究することで説明する。 これにより、摂動論に頼ることなく、$\hat{\varphi}$と変動重力場$\hat{\Omega}$の同時量子化が可能になる。 異なる量子代数に従う両場のモード$\hat{\varphi}$と$\hat{\Omega}$の厳密解を得る。 得られたインフレーション場のモードの正規化は、幾何学的場のモードと本質的に関連しており、その結果、場の量子化は幾何学的場と物理的場を結び付ける表現から生じる。 最後に、時空の2次揺らぎが計算され、そのスペクトルが解析される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Quantum networks are emerging as powerful platforms for sensing, communication, and fundamental tests of physics. We propose a programmable quantum sensing network based on entangled atomic ensembles, where optical clock qubits emulate mass superpositions in atom and atom-clock interferometry. Our approach uniquely combines scalability to large atom numbers with minimal control requirements, relying only on collective addressing of internal atomic states. This enables the creation of both non-local and local superpositions with spatial separations beyond those achievable in conventional interferometry. Starting from Bell-type seed states distributed via photonic channels, collective operations within atomic ensembles coherently build many-body mass superpositions sensitive to gravitational redshift. The resulting architecture realizes a non-local Ramsey interferometer, with gravitationally induced phase shifts observable in network-based interference patterns. Beyond extending the spatial reach of mass superpositions, our scheme establishes a scalable, programmable platform to probe the interface of quantum mechanics and gravity, and offers a new experimental pathway to test atom and atom-clock interferometer proposals in a network-based quantum laboratory. | 量子ネットワークは、センシング、通信、そして物理学の基礎検証のための強力なプラットフォームとして台頭しつつあります。 本研究では、もつれ合った原子集団に基づくプログラム可能な量子センシングネットワークを提案します。 このネットワークでは、光クロック量子ビットが原子および原子時計干渉計における質量重ね合わせを模倣します。 本アプローチは、原子内部状態の集合的なアドレス指定のみに依存し、制御要件を最小限に抑えながら、大規模な原子数へのスケーラビリティを独自に組み合わせています。 これにより、従来の干渉計では達成できない空間分離を持つ、非局所的および局所的な重ね合わせの両方の作成が可能になります。 光子チャネルを介して分散されたベル型のシード状態から始まり、原子集団内の集合的な操作により、重力赤方偏移に敏感な多体質量重ね合わせがコヒーレントに構築されます。 結果として得られるアーキテクチャは、ネットワークベースの干渉パターンで観測可能な重力誘起位相シフトを備えた非局所ラムゼー干渉計を実現します。 質量の重ね合わせの空間的範囲を拡大するだけでなく、私たちの計画は、量子力学と重力のインターフェースを調査するためのスケーラブルでプログラム可能なプラットフォームを確立し、ネットワークベースの量子実験室で原子および原子時計干渉計の提案をテストするための新しい実験的経路を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the joint mass-redshift evolution of the binary black hole merger rate in the latest gravitational-wave detection catalog, GWTC-4.0. We present and apply a novel non-parametric framework for modeling multi-dimensional, correlated distributions based on Delaunay triangulation. Crucially, the complexity of the model -- namely, the number, positions, and weights of triangulation nodes -- is inferred directly from the data, resulting in a highly efficient approach that requires about one to two orders of magnitude fewer parameters and significantly less calibration than current state-of-the-art methods. We find no evidence for a peak at $M_{\mathrm{tot}} \sim 70\,\mathrm{M}_{\odot}$ at low redshift ($z \sim 0.2$), where it would correspond to the $m_1 \sim 35\,\mathrm{M}_{\odot}$ feature reported in redshift-independent mass spectrum analyses, and we infer an increased merger rate at high redshift $(z \sim 1)$ around those masses, compatible with such a peak. We discuss the astrophysical implications of these results. | 最新の重力波検出カタログGWTC-4.0における連星ブラックホール合体率の質量と赤方偏移の同時進化を調査する。 ドロネー三角測量に基づく多次元相関分布をモデル化するための、新しいノンパラメトリック枠組みを提示し、適用する。 重要な点は、モデルの複雑さ、すなわち三角測量のノードの数、位置、重みがデータから直接推定される点である。 これにより、現在の最先端手法に比べてパラメータ数が約1～2桁少なく、キャリブレーションも大幅に軽減される、非常に効率的なアプローチが実現する。 低赤方偏移（$z \sim 0.2$）において、$M_{\mathrm{tot}} \sim 70\,\mathrm{M}_{\odot}$ のピークを示す証拠は見つからなかった。 このピークは、赤方偏移に依存しない質量スペクトル解析で報告されている $m_1 \sim 35\,\mathrm{M}_{\odot}$ の特徴に対応する。 また、これらの質量付近の高赤方偏移（$z \sim 1$）において、このようなピークと整合する合体率が上昇していると推測される。 これらの結果の天体物理学的意味について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The effective Nambu-Goto description of $(2+1)$-dimensional domain walls predicts singular behavior of its worldsheet resulting in swallowtail bifurcations. This phenomenon is intimately related to the formation of cusps, which emerge in different forms that we identify and classify. We describe in detail how swallowtail bifurcations generically arise in the collision of wiggles on straight domain wall strings, as well as in the collapse of closed loops, even for smooth initial conditions. Remarkably, by means of accurate lattice simulations, we find that these distinctive swallowtail features are reproduced in the field theory evolution of sufficiently thin walls, typically emitting a significant fraction of their initial energy in the process. These results suggest that such singular evolutions could potentially have important implications for the observable signatures associated with the collapse of domain wall networks in (3+1) dimensions in the early universe. | $(2+1)$次元ドメインウォールの有効南部-後藤記述は、その世界面の特異な挙動を予測し、その結果として燕尾型分岐が生じる。 この現象はカスプの形成と密接に関連しており、カスプは様々な形で出現し、我々はそれらを識別・分類している。 我々は、滑らかな初期条件であっても、直線状のドメインウォールストリング上のウィグルの衝突や閉ループの崩壊において、燕尾型分岐が一般的にどのように発生するかを詳細に記述する。 驚くべきことに、正確な格子シミュレーションを用いることで、これらの特徴的な燕尾型の特徴が、十分に薄いドメインウォールの場の理論発展において再現され、典型的にはその過程で初期エネルギーのかなりの割合を放出することがわかった。 これらの結果は、このような特異な発展が、初期宇宙における(3+1)次元のドメインウォールネットワークの崩壊に関連する観測可能なシグネチャーに重要な意味を持つ可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We uncover a new class of phenomena in gravitational physics, whereby resonances in the complex plane can be excited via tailored time-dependent scattering. We show that specific forms of temporal modulation of an incoming signal can lead to complete absorption for the entire duration of the scattering process. This, then, makes stars and black holes truly black. Such ``virtual absorption'' stores energy with high efficiency, releasing it once the process finishes via relaxation into the characteristic virtual absorption modes -- also known as total transmission modes -- of the object. While such modes are challenging to obtain and four-dimensional black holes have a restricted set of solutions, we also show that higher dimensional black holes have a complex and interesting structure of virtual absorption modes. | 我々は重力物理学において、時間依存散乱を調整することで複素平面における共鳴を励起できるという新しい現象を発見した。 入力信号の特定の時間変調が、散乱過程の全期間にわたる完全吸収につながることを示す。 これにより、星やブラックホールは真にブラックとなる。 このような「仮想吸収」はエネルギーを高効率で蓄積し、過程が終了すると、物体に特有の仮想吸収モード（全透過モードとも呼ばれる）への緩和によってエネルギーを放出する。 このようなモードの実現は困難であり、4次元ブラックホールでは解の集合が限られているが、高次元ブラックホールでは仮想吸収モードの複雑で興味深い構造を持つことも示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The equation of state (EOS) of cold dense matter is a central open problem in nuclear astrophysics. Its inference is hindered by the lack of \textit{ab initio} control above about twice nuclear saturation density, requiring extrapolation. Parametric schemes such as piecewise polytropes (PP) are efficient but restrictive, while nonparametric approaches like Gaussian processes (GP) allow more flexibility at the cost of larger prior volumes. We extend our hybrid EOS framework by replacing the high-density polytropic extension with a GP representation of the squared sound speed, anchored at low densities by the SLy crust EOS and a nuclear meta-model constrained by $\chi$EFT and laboratory data. Using hierarchical Bayesian analysis, we jointly constrain the EOS and neutron star mass distribution with multi-messenger observations, including NICER radii, GW170817 and GW190425 tidal deformabilities, pulsar masses, and neutron skin experiments. We examine four scenarios defined by high-density extrapolation (PP vs.\ GP) and hotspot geometry in the NICER modeling of PSR~J0030$+$0451 (ST+PDT vs.\ PDT-U). GP extrapolations generally yield softer EOS posteriors with broader uncertainties. Hotspot assumptions also play an important role, shifting inferred mass--radius relations. Bayesian evidence strongly favors the ST+PDT geometry over PDT-U under both extrapolations, while GP is mildly preferred over PP. These results underscore the impact of observational modeling and EOS extrapolation on neutron star inferences, and show that a GP-based extension offers a robust way to quantify systematic uncertainties in high-density matter. | 冷たい高密度物質の状態方程式（EOS）は、原子核天体物理学における中心的な未解決問題である。 その推論は、原子核飽和密度の約2倍を超える領域では第一原理制御が欠如しているために困難であり、外挿が必要となる。 区分ポリトロープ（PP）などのパラメトリック手法は効率的だが制限的である。 一方、ガウス過程（GP）などのノンパラメトリック手法は、より大きな事前体積を必要とするものの、より柔軟なアプローチを可能にする。 我々は、高密度ポリトロープ拡張を、低密度領域ではSLy地殻EOSと、$\chi$EFTおよび実験データによって制約された原子核メタモデルによって固定された、音速の2乗のGP表現に置き換えることで、ハイブリッドEOSフレームワークを拡張する。 階層的ベイズ解析を用いて、NICER半径、GW170817およびGW190425の潮汐変形能、パルサー質量、中性子スキン実験などのマルチメッセンジャー観測を用いて、EOSと中性子星の質量分布を共同で制約する。 PSR~J0030$+$0451のNICERモデリングにおいて、高密度外挿（PP vs.\ GP）とホットスポット形状（ST+PDT vs.\ PDT-U）によって定義される4つのシナリオを検証する。 GP外挿は一般的に、より広い不確実性を伴うより軟らかいEOS事後分布をもたらす。 ホットスポット仮定もまた重要な役割を果たし、推定される質量-半径関係を変化させる。 ベイズ的証拠は、どちらの外挿においてもST+PDT形状がPDT-Uよりも強く支持される一方で、GPはPPよりもわずかに支持される。 これらの結果は、観測モデリングとEOS外挿が中性子星の推定に与える影響を強調するものであり、GPベースの拡張が高密度物質における系統的不確実性を定量化する堅牢な方法を提供することを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the use of the Gegenbauer procedure for time-domain reconstruction in frequency-domain calculations of the self-force on a particle orbiting a black hole. The conventional technique relies on the so-called method of extended homogeneous solutions (EHS), which circumvents the Gibbs phenomenon that would otherwise hamper the reconstruction of the particle's field from frequency modes. Unfortunately, the effectiveness of EHS reconstruction deteriorates rapidly with increasing orbital eccentricity, due to large numerical cancellations between frequency-mode contributions. Furthermore, the method is only suitable for bound orbits and cannot be fully applied in scattering scenarios. The Gegenbauer reconstruction procedure involves a re-projection of the partial Fourier representation onto a complementary basis of polynomials. The resulting series converges exponentially while averting the cancellation problem. We demonstrate the procedure with numerical results for the spherical harmonic modes of the scalar field sourced by a scalar charge in orbit around a Schwarzschild black hole. We illustrate the merits of this approach, and discuss the challenges that remain for a full Gegenbauer-based self-force calculation. | ブラックホールを周回する粒子に働く自己力の周波数領域計算において、時間領域再構成のためのゲーゲンバウアー法の利用を検討する。 従来の手法は、いわゆる拡張同次解法（EHS）に依存しており、これは周波数モードからの粒子場の再構成を妨げるギブス現象を回避する。 しかしながら、EHS再構成の有効性は、軌道離心率が増加するにつれて急速に低下する。 これは、周波数モード寄与間の大きな数値的打ち消し合いによるものである。 さらに、この手法は束縛軌道にのみ適しており、散乱シナリオには完全には適用できない。 ゲーゲンバウアー再構成法は、部分フーリエ表現を多項式の相補基底に再投影するものである。 結果として得られる級数は、打ち消し合い問題を回避しながら指数収束する。 我々は、シュワルツシルトブラックホールの周りを周回するスカラー電荷によって発生するスカラー場の球面調和モードに対する数値結果を用いて、この手法を実証する。 この手法の利点を示し、ゲーゲンバウアー則に基づく完全な自己力計算に残された課題について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In principle, rapidly rotating black holes (BHs) with accretion disks -- either prograde or retrograde -- could naturally act as high-energy particle colliders (HEPCs) because particles falling in from infinity that collide with particles in the disk near the BH horizon can exhibit center-of-mass (CM) energies beyond the capabilities of terrestrial instruments. However, we show that scattering can moderate the CM energy of near-horizon collisions. We find that rapidly rotating BHs with prograde accretion disks are the most viable candidates for astrophysical HEPCs, whereas BHs with retrograde disks are disfavored, when scattering is incorporated. | 原理的には、順行性または逆行性の降着円盤を持つ高速回転ブラックホール（BH）は、自然に高エネルギー粒子衝突型加速器（HEPC）として機能する可能性がある。 これは、無限遠から落下する粒子がBH地平線付近の円盤内の粒子と衝突すると、地上の観測機器の性能を超える質量中心（CM）エネルギーを示す可能性があるためである。 しかし、我々は散乱によって近地平線衝突のCMエネルギーが緩和されることを示す。 散乱を考慮すると、順行性降着円盤を持つ高速回転BHは天体物理学的HEPCの最も有望な候補であるのに対し、逆行性降着円盤を持つBHは不利であることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We generalize the de Sitter static patch holographic proposal and the bilayer holographic entanglement entropy prescription to de Sitter geometries containing a bubble of smaller positive or vanishing cosmological constant. When the causal patch of an observer at the center of the bubble overlaps with the ``parent'' de Sitter region, we propose that the full spacetime can be holographically encoded on two holographic screens. The leading geometrical entanglement entropy between the two screens, which can be constant or time-dependent in some cases, never exceeds the Gibbons-Hawking entropy associated with the ``parent'' de Sitter space. When the causal patch of the observer at the center of the bubble is causally disconnected from the ``parent'' de Sitter region, the holographic proposal no longer applies, and more than two holographic screens are required to encode the whole spacetime. | 我々は、ド・ジッター静的パッチホログラフィック提案と二重層ホログラフィックエンタングルメントエントロピー規定を、より小さな正の宇宙定数または零の宇宙定数を持つバブルを含むド・ジッター幾何学に一般化する。 バブルの中心にいる観測者の因果パッチが「親」ド・ジッター領域と重なる場合、時空全体を2つのホログラフィックスクリーンにホログラフィックにエンコードできると提案する。 2つのスクリーン間の主要な幾何学的エンタングルメントエントロピーは、一定または時間依存となる場合があり、決して「親」ド・ジッター空間に関連付けられたギボンズ・ホーキングエントロピーを超えることはない。 バブルの中心にいる観測者の因果パッチが「親」ド・ジッター領域から因果的に切り離されている場合、ホログラフィック提案はもはや適用されず、時空全体をエンコードするには2つ以上のホログラフィックスクリーンが必要となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| This crisp summary of salient aspects of Carroll spinors is dedicated to the memory of Dharam Ahluwalia, the intrepid champion of ELKO spinors. | キャロル・スピナーの顕著な側面を簡潔にまとめたこの書は、ELKOスピナーの勇敢なチャンピオン、ダラム・アールワリアの追悼に捧げられています。 |