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| Original Text | 日本語訳 |
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| The demand for long and accurate gravitational waveforms is increasing as we prepare for the next generation of detectors and seek to improve current waveform models. However, numerical relativity waveforms, while highly accurate, are often too short for these applications due to their high computational cost. Hybrid waveforms, which stitch together gravitational wave signals from different modeling approaches, provide a way to generate complete inspiral-merger-ringdown signals. While hybridization is well-established for aligned-spin systems, precession introduces additional complexities due to gauge ambiguities, frame dependence, or spin dynamics. Here we study the challenges associated with alignment of precessing waveforms and present a systematic approach for constructing hybrid waveforms of precessing quasi-circular systems. Our approach relies on minimal assumptions about the merger waveforms and employs the quadrupole-aligned frame to mitigate mode-mixing. Our method is designed to be robust and broadly applicable, imposing minimal constraints on the input waveforms. This framework expands the applicability of hybridization techniques, facilitating flexible hybrid construction for parameter estimation, model calibration, and gravitational-wave data analysis. | 次世代検出器の準備と現在の波形モデルの改良に伴い、長く正確な重力波形への需要が高まっています。 しかし、数値相対論波形は高精度ではあるものの、計算コストが高いため、これらの用途にはしばしば短すぎます。 異なるモデリング手法による重力波信号をつなぎ合わせたハイブリッド波形は、完全なインスパイラル・マージャー・リングダウン信号を生成する方法を提供します。 ハイブリッド化は整列スピン系では確立されていますが、歳差運動はゲージの曖昧さ、フレーム依存性、またはスピンダイナミクスのためにさらなる複雑さをもたらします。 本研究では、歳差運動波形の整列に関連する課題を検討し、歳差運動する準円形系のハイブリッド波形を構築するための体系的なアプローチを提示します。 このアプローチは、合体波形に関する最小限の仮定に基づき、モード混合を軽減するために四重極整列フレームを採用しています。 我々の手法は、入力波形への制約を最小限に抑え、堅牢かつ広範囲に適用できるように設計されている。 この枠組みは、ハイブリッド化技術の適用範囲を拡大し、パラメータ推定、モデル較正、重力波データ解析のための柔軟なハイブリッド構築を容易にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the nature of particle geodesics around a non-linear electrodynamic black hole (NLED-BH) inspired by the confinement of a heavy quark-antiquark system, which reduces to Maxwell's linear electrodynamics theory at the strong field regime. The corrected BH solution is a special generalisation of the Schwarzschild BH at the linear regime. Such a type of corrected system is parameterised by a charge parameter along with a non-linear electrodynamic term $\zeta$. To be specific, we studied the geodesic behaviour of massless null particles through the geodesic equations using the backward ray-tracing method. We also investigated how NLED effects in charged BH spacetimes affect timelike particle orbits, specifically properties like precession frequency and orbital velocity around the NLED BH. Furthermore, to extend the analysis to the rotating case, we used the modified Newman-Janis algorithm to generate the rotating analogue of the NLED BH. We then analysed the ergosphere formation and shadow cast by the rotating analogue of the NLED BH. | 我々は、重いクォーク-反クォーク系の閉じ込めに着想を得た非線形電磁力学的ブラックホール（NLED-BH）周囲の粒子測地線の性質を研究する。 この系は、強場領域においてマクスウェルの線形電磁力学理論に帰着する。 補正されたBH解は、線形領域におけるシュワルツシルトBHの特別な一般化である。 このような補正された系は、電荷パラメータと非線形電磁力学項$\zeta$によってパラメータ化される。 具体的には、後方光線追跡法を用いた測地線方程式を通して、質量のないヌル粒子の測地線的挙動を研究した。 また、荷電BH時空におけるNLED効果が、時間的粒子軌道、特にNLED BH周囲の歳差運動周波数や軌道速度などの特性にどのように影響するかについても調査した。 さらに、回転する場合に解析を拡張するために、修正ニューマン・ジャニスアルゴリズムを用いて、NLED BHの回転類似体を生成しました。 次に、エルゴスフィアの形成と、NLED BHの回転類似体によって投影される影を解析しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit the computation of the classical gravitational waveform for a particle moving in a plane wave background using on-shell amplitudes. We emphasize the relationship between gravitational memory and the boundary conditions of external scattering states, which were neglected in previous works. We then provide the first tree-level expression for the waveform that captures all memory effects. The waveform is presented in terms of Synge's world function, with explicit tail terms, and a smooth weak memory limit. We also discuss the choice of BMS frame for the waveform on a plane wave background. In flat space, this corresponds to a choice of soft dressing of the initial state. We show that on a plane wave background, this dressing becomes a supertranslation of the waveform, in addition to a phase shift in the waveshape of the background. | 平面波背景中を運動する粒子の古典的重力波形の計算を、オンシェル振幅を用いて再検討する。 先行研究では無視されてきた重力メモリと外部散乱状態の境界条件との関係に重点を置く。 次に、すべてのメモリ効果を捉える波形の初めてのツリーレベル表現を与える。 波形は、明示的なテイル項と滑らかな弱メモリ極限を持つSyngeの世界関数で表す。 また、平面波背景上の波形のBMSフレームの選択についても議論する。 平坦空間では、これは初期状態のソフトドレッシングを選択することに対応する。 平面波背景上では、このドレッシングは背景の波形の位相シフトに加えて、波形の超平行移動となることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves provide a novel and independent measurement of cosmological parameters, offering a promising avenue to address the Hubble tension alongside traditional electromagnetic observations. In the absence of electromagnetic counterparts or complete host galaxy catalogs, current measurements rely on population-based methods that statistically combine black hole merger events. Building on recent models that incorporate additional structure in the primary black hole mass distribution, using public data from the LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) collaboration third observing run (O3), we obtain a 30% accuracy improvement on the measurement of the Hubble constant with respect to the result reported by LVK with the third GW transient catalog (GWTC-3). Employing a realistic simulation that includes full Bayesian single-event inference, we present forecasts for the upcoming LVK observational runs, O4 and O5. Using a three power-law mass model, we project a measurement of the Hubble constant with 20% accuracy at O4 sensitivity, improving to 2.7% accuracy at O5 sensitivity. Our findings demonstrate the potential for gravitational waves to provide a substantial contribution to solving the Hubble tension within the next decade of observations. | 重力波は、宇宙論パラメータの新たな独立した測定法を提供し、従来の電磁波観測と並行してハッブル・テンションを解明する有望な手段を提供する。 電磁波による対応物や完全なホスト銀河カタログが存在しないため、現在の測定は、ブラックホール合体イベントを統計的に組み合わせる集団ベースの手法に依存している。 LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）共同研究の第3回観測ラン（O3）の公開データを用い、主ブラックホール質量分布に追加構造を取り入れた最近のモデルを構築することで、LVKの第3回重力波過渡カタログ（GWTC-3）で報告された結果と比較して、ハッブル定数の測定精度が30%向上した。 完全なベイズ単一イベント推論を含む現実的なシミュレーションを用いて、今後のLVK観測ランO4およびO5の予測を示す。 3乗法則の質量モデルを用いて、ハッブル定数の測定精度を04感度で20%、05感度で2.7%に向上すると予測しました。 私たちの研究結果は、重力波が今後10年間の観測でハッブル張力の解明に大きく貢献する可能性を示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The standard model of particle physics is usually cast in symmetry-first terms. Recently, a geometry-first picture has been proposed, in which the relevant symmetries do not appear explicitly at the ground level of ontology. In this paper I extend this approach to two central mechanisms of the standard model: spontaneous symmetry breaking and the Yukawa coupling, both essential for particles to acquire mass. These reformulations offer alternative explanations cast in purely geometric terms. For example, a particle's quantum numbers correspond to the internal space it inhabits and to the geometric type of object it is (e.g. an $(n,m)$-tensor). I argue that a symmetry-first account in terms of principal and associated bundles admits a genuine geometry-first counterpart only when the group's representation coincides with the automorphism group of the fibre -- a condition that cuts the slack tolerated by the symmetry-first view. | 素粒子物理学の標準模型は、通常、対称性優先の観点から表現される。 最近、幾何学優先の描像が提案されたが、この描像では、関連する対称性はオントロジーの基底レベルでは明示的に現れない。 本論文では、このアプローチを標準模型の2つの中心的なメカニズム、すなわち自発的対称性の破れと湯川結合に拡張する。 これらはどちらも粒子が質量を獲得するために不可欠である。 これらの再定式化は、純粋に幾何学的な観点から表現された代替的な説明を提供する。 例えば、粒子の量子数は、粒子が存在する内部空間と、粒子の幾何学的タイプ（例えば、(n,m)-テンソル）に対応する。 主束と随伴束を用いた対称性優先の説明は、群の表現がファイバーの自己同型群と一致する場合にのみ、真の幾何学優先の対応を許容する。 これは、対称性優先の見解が許容する余裕をなくす条件である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Bayesian inference with stochastic sampling has been widely used to obtain the properties of gravitational wave (GW) sources. Although computationally intensive, its cost remains manageable for current second-generation GW detectors because of the relatively low event rate and signal-to-noise ratio (SNR). The third-generation (3G) GW detectors are expected to detect hundreds of thousands of compact binary coalescence (CBC) events every year with substantially higher SNR and longer signal duration, presenting significant computational challenges. In this study, we systematically evaluate the computational costs of CBC source parameter estimation (PE) in the 3G era by modeling the PE time cost as a function of SNR and signal duration. We examine the standard PE method alongside acceleration methods including relative binning, multibanding, and reduced order quadrature. We predict that PE for a one-month-observation catalog with 3G detectors could require at least billions of CPU core hours with the standard PE method, whereas acceleration techniques can reduce this demand to less than millions of core hours, which is as high as the cost of analyzing GW events in the past 10 years. These findings highlight the necessity for more efficient PE methods to enable cost-effective and environmentally sustainable data analysis for 3G detectors. In addition, we assess the accuracy of accelerated PE methods, emphasizing the need for careful treatment in high-SNR scenarios. | 確率的サンプリングを用いたベイズ推定は、重力波（GW）源の特性を得るために広く用いられてきた。 計算量が多いものの、現在の第二世代重力波検出器では、イベント発生率と信号対雑音比（SNR）が比較的低いため、そのコストは管理可能な範囲にとどまっている。 第三世代（3G）重力波検出器は、SNRが大幅に高く、信号持続時間が長いコンパクトバイナリコアレッセンス（CBC）イベントを毎年数十万件検出すると予想されており、計算上の大きな課題となっている。 本研究では、PEの時間コストをSNRと信号持続時間の関数としてモデル化することにより、3G時代におけるCBC源パラメータ推定（PE）の計算コストを体系的に評価する。 標準的なPE法に加え、相対ビニング、マルチバンド化、縮退次数求積法などの加速法も検証する。 標準的なPE法では、3G検出器を用いた1ヶ月観測カタログのPEには少なくとも数十億CPUコア時間を要すると予測されますが、加速技術を用いることで、この必要量を数百万コア時間未満にまで削減できます。 これは、過去10年間の重力波イベント解析コストと同程度です。 これらの知見は、3G検出器の費用対効果が高く、環境的に持続可能なデータ解析を実現するために、より効率的なPE法の必要性を浮き彫りにしています。 さらに、加速PE法の精度を評価し、高SNRシナリオにおける慎重な処理の必要性を強調します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present here a new hybrid scheme that combines a discontinuous Galerkin (DG) method with compact finite volume (FV) and finite difference (FD) methods. The computational mesh is divided into smaller elements that touch but do not overlap. Like a pure DG method, our new hybrid scheme requires information exchange only at the surface of neighboring elements. This avoids the need for ghost zones that are usually many points deep in traditional FV implementations. Furthermore, unlike traditional FV implementations, that need information exchange between each element and its 26 surrounding neighbors on noncuboid meshes, our new hybrid method exchanges information only between each element and its six nearest neighbors. With this reduced communication, we aim to retain the high scalability of DG when using large supercomputers. In addition, the information exchange between adjacent elements is much simpler than in a traditional FV implementation, because we always have grid points at the interface, so that only surface interpolation is required. As a result it is much easier to implement adaptive mesh refinement. The goal is to use DG in elements with smooth matter fields and to fall back onto the more robust FV/FD method in elements that contain nonsmooth shocks or star surfaces. For this we devise trouble criteria to decide whether an element should be evolved with DG or FV/FD. We use the Nmesh program to implement and test the new scheme. We successfully evolve various single neutron star cases. These include the challenging cases of a neutron star initially in an unstable equilibrium migrating to a stable configuration and a boosted neutron star. These cases are simulated for the first time here in full 3D with general relativistic hydrodynamics using DG methods. We also describe additional numerical methods, such as the limiters and the atmosphere treatment we need for our simulations. | 本稿では、不連続ガラーキン法（DG）とコンパクト有限体積法（FV）および有限差分法（FD）を組み合わせた新しいハイブリッド方式を紹介します。 計算メッシュは、互いに接するが重なり合わない小さな要素に分割されます。 純粋なDG法と同様に、この新しいハイブリッド方式では、隣接する要素の表面でのみ情報交換が必要です。 これにより、従来のFV実装では通常、多くの点の深さになるゴーストゾーンが不要になります。 さらに、従来のFV実装では、非直方体メッシュ上の各要素とその周囲の26個の隣接要素間で情報交換が必要ですが、この新しいハイブリッド方式では、各要素とその最近傍の6個の隣接要素間でのみ情報交換を行います。 このように通信を削減することで、大規模スーパーコンピュータを使用した場合でもDGの高いスケーラビリティを維持することを目指しています。 さらに、隣接する要素間の情報交換は、従来のFV実装よりもはるかに簡単です。 これは、境界面に常にグリッドポイントが存在するため、表面補間のみが必要となるためです。 その結果、適応型メッシュ細分化の実装がはるかに容易になりました。 目標は、滑らかな物質場を持つ要素ではDG法を用い、滑らかでない衝撃波や星表面を含む要素ではよりロバストなFV/FD法にフォールバックすることです。 このために、要素をDG法で発展させるべきか、FV/FD法で発展させるべきかを決定するためのトラブル基準を考案しました。 Nmeshプログラムを用いて、この新しい手法を実装し、テストしました。 様々な単独中性子星のケースを発展させることに成功しました。 これには、最初は不安定平衡状態にあった中性子星が安定構成に移行する困難なケースや、ブーストされた中性子星が含まれます。 これらのケースは、DG法を用いた一般相対論的流体力学を用いて、本論文で初めて完全な3次元でシミュレーションされました。 また、シミュレーションに必要なリミッターや大気の扱いなど、追加の数値解析手法についても説明します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider general $k=-1$ FLRW covariant quantum spacetimes $\mathcal{M}^{3,1} \times \mathcal{K}$ with fuzzy extra dimensions $\mathcal{K}$ as classical solutions of the IKKT matrix model. The coupled equations of motion are recast in terms of conservation laws, which allow to determine the evolution of spacetime in a transparent way. We show that $\mathcal{K}$ is stabilized as a classical solution in the presence of a large $R$ charge, corresponding to internal angular momentum. This provides a mechanism to maintain a large hierarchy between UV and IR scales. We also argue that the evolution of spacetime is determined by a balance between classical and quantum effects, leading to a cosmic scale factor $a(t) \sim t$ and constant dilaton at late times. On such a background, the undeformed IKKT model leads to a higher-spin gauge theory including gravity. | 我々は、一般的な$k=-1$ FLRW共変量子時空$\mathcal{M}^{3,1} \times \mathcal{K}$を、IKKT行列模型の古典解として考察する。 結合した運動方程式は保存則を用いて書き直され、これにより時空の発展を透過的に決定することができる。 我々は、内部角運動量に対応する大きな$R$電荷が存在する場合、$\mathcal{K}$が古典解として安定化することを示す。 これは、UVスケールとIRスケールの間に大きな階層性を維持するメカニズムを提供する。 また、時空の発展は古典効果と量子効果のバランスによって決定され、宇宙スケール因子$a(t) \sim t$と、遅い時間における一定のディラトンをもたらすと主張する。 このような背景から、変形されていないIKKT模型は、重力を含む高スピンゲージ理論へと導きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct wavefunctions for unitary irreducible representations (UIRs) of the Bondi-Metzner-Sachs (BMS) group, i.e. BMS particles, and show that they describe quantum superpositions of (Poincar\'e) particles propagating on inequivalent gravity vacua. This follows from reconsidering McCarthy's classification of BMS group UIRs through a unique, Lorentz-invariant but non-linear, decomposition of supermomenta into hard and soft pieces. | 我々は、ボンディ・メッツナー・サックス（BMS）群のユニタリ既約表現（UIR）、すなわちBMS粒子の波動関数を構築し、それらが、非等価な重力真空上を伝播する（ポアンカレ）粒子の量子重ね合わせを記述することを示す。 これは、マッカーシーによるBMS群UIRの分類を、超運動量をローレンツ不変かつ非線形に、ハード部分とソフト部分に分解することによって再考することから得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate how screening mechanisms, reconciling light scalar fields driving cosmic acceleration with local fifth force constraints, can be probed via their impact on non-local quantum correlations between entangled spin pairs, whose evolution on a curved background is affected by General Relativity (GR) and screened modified gravity effects. We consider a gedankenexperiment featuring a pair of massive, spin-1/2 particles orbiting the Earth, evaluating their non-local correlations through spin observables associated to the Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) inequality. Using a general formalism developed earlier for curved space-time spin evolution, we compute the effects of screening on the CHSH inequality, finding its degree of violation to be suppressed relative to the flat space-time case. Applying this formalism to the chameleon, symmetron, and dilaton mechanisms, we identify currently unconstrained regions of parameter space where the screening contribution is comparable to that of GR. While detecting these effects will be challenging, our work provides a proof-of-principle for testing screened dark energy through quantum non-locality. | 我々は、宇宙の加速を駆動する光スカラー場と局所的な第五の力の制約を調和させる遮蔽機構が、エンタングルしたスピン対間の非局所的量子相関への影響を通してどのように探究できるかを調査する。 これらのスピン対の曲がった背景における発展は、一般相対論（GR）と遮蔽された修正重力効果の影響を受ける。 我々は、地球を周回する質量を持つスピン1/2粒子対を特徴とするゲダンケン実験を考察し、それらの非局所的相関を、クラウザー・ホーン・シモニー・ホルト（CHSH）不等式に関連するスピン観測量を通して評価する。 以前に開発された、曲がった時空におけるスピン発展のための一般的な形式論を用いて、遮蔽がCHSH不等式に及ぼす影響を計算し、その違反の程度が平坦な時空の場合と比較して抑制されることを見出した。 この形式論をカメレオン、シンメトロン、ディラトンの各機構に適用することで、遮蔽効果の寄与が一般相対論に匹敵する、現在制約のないパラメータ空間領域を特定した。 これらの効果の検出は困難ではあるが、本研究は、量子非局所性を通して遮蔽されたダークエネルギーを検証するための原理実証となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In four-dimensional scalar-tensor theories derived via dimensional regularization with a conformal rescaling of the metric, we study the stability of planar black holes (BHs) whose horizons are described by two-dimensional compact Einstein spaces with vanishing curvature. By taking an infinite sum of Lovelock curvature invariants, it is possible to construct BH solutions whose metric components remain nonsingular at $r=0$, with a scalar-field derivative given by $\phi'(r)=1/r$, where $r$ is the radial coordinate. We show that such BH solutions suffer from a strong coupling problem, where the kinetic term of the even-parity scalar-field perturbation associated with the timelike coordinate vanishes everywhere. Moreover, we find that these BHs are subject to both ghost and Laplacian instabilities for odd-parity perturbations near $r=0$. Consequently, the presence of these pathological features rules out regular planar BHs with the scalar-field profile $\phi'(r)=1/r$ as physically viable and stable configurations. | 次元正則化と計量の共形リスケーリングによって導かれる4次元スカラーテンソル理論において、曲率が零となる2次元コンパクトアインシュタイン空間で地平が記述される平面ブラックホール（BH）の安定性を研究する。 ラブロック曲率不変量の無限和をとることで、$r=0$において計量成分が非特異性を保ち、スカラー場微分が$\phi'(r)=1/r$で与えられるBH解を構成することができる。 ここで、$r$は動径座標である。 このようなBH解は、時間的座標に関連する偶パリティスカラー場摂動の運動項があらゆる場所で零となる強結合問題に悩まされることを示す。 さらに、これらのBHは、$r=0$付近の奇パリティ摂動に対してゴースト不安定性とラプラシアン不安定性の両方を示すことがわかる。 その結果、これらの異常な特徴の存在は、スカラー場プロファイル$\phi'(r)=1/r$を持つ規則的な平面BHが物理的に実行可能かつ安定した構成として排除されることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore indefinite causal order between events in the context of quasiclassical spacetimes in superposition. We introduce several new quantifiers to measure the degree of indefiniteness of the causal order for an arbitrary finite number of events and spacetime configurations in superposition. By constructing diagrammatic and knot-theoretic representations of the causal order between events, we find that the definiteness or maximal indefiniteness of the causal order is topologically invariant. This reveals an intriguing connection between the field of quantum causality and knot theory. Furthermore, we provide an operational encoding of indefinite causal order and discuss how to incorporate a measure of quantum coherence into our classification. | 我々は、重ね合わせ状態にある準古典時空の文脈において、事象間の不確定な因果秩序を探求する。 任意の有限個の事象と重ね合わせ状態にある時空構成に対する因果秩序の不確定性の度合いを測定するための、いくつかの新しい量化子を導入する。 事象間の因果秩序の図式的表現と結び目理論的な表現を構築することにより、因果秩序の確定性、あるいは最大不確定性は位相不変であることがわかった。 これは、量子因果律と結び目理論の分野の間に興味深い関連性があることを明らかにする。 さらに、我々は不確定な因果秩序の操作的符号化を提供し、量子コヒーレンスの尺度を我々の分類にどのように組み込むかについて議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the extraction of rotational energy from rotating Einstein-Born-Infeld (EBI) black holes, where nonlinear electrodynamics introduces a radius-dependent effective charge modifying the spacetime geometry. Focusing on neutral test particles in the equatorial plane, we derive analytic expressions for their kinematics and establish conditions for negative energy orbits essential to the Penrose process using the near-horizon limit and Wald inequality. We present a closed-form expression for maximal energy extraction efficiency as a function of spin, charge, and the Born-Infeld parameter $\beta$. Our numerical survey reveals that increasing charge and nonlinear Born-Infeld effects generally reduce horizon radius and ergoregion size, suppressing energy extraction efficiency compared to Kerr and often Kerr-Newman black holes. However, at certain spins and \$beta$, the EBI geometry can enhance efficiency beyond Kerr-Newman. We also compute the irreducible mass, showing how nonlinear electromagnetic dynamics reduce the horizon area and the associated entropy proxy. These results provide a unified picture linking nonlinear electrodynamics, horizon structure, and energy extraction efficiency across relevant parameters. | 回転するアインシュタイン・ボルン・インフェルド（EBI）ブラックホールからの回転エネルギー抽出を調査する。 このブラックホールでは、非線形電磁力学によって半径依存の有効電荷が導入され、時空構造が変化する。 赤道面内の中性テスト粒子に焦点を当て、それらの運動学に関する解析的表現を導出し、地平線近傍極限とワルド不等式を用いて、ペンローズ過程に不可欠な負エネルギー軌道の条件を確立する。 スピン、電荷、およびボルン・インフェルド・パラメータ$\beta$の関数として、最大エネルギー抽出効率を表す閉形式の表現を提示する。 数値解析の結果、電荷効果と非線形ボルン・インフェルド効果の増加は、一般的に地平線半径とエルゴ領域の大きさを減少させ、カー・ブラックホールやカー・ニューマン・ブラックホールと比較してエネルギー抽出効率を抑制することが明らかになった。 しかし、特定のスピンと\$beta$では、EBI構造はカー・ニューマン・ブラックホールを超えて効率を向上させることができる。 また、既約質量を計算し、非線形電磁力学が地平線面積とそれに関連するエントロピー指標をどのように減少させるかを示します。 これらの結果は、非線形電磁力学、地平線構造、そしてエネルギー抽出効率を関連パラメータ間で結び付ける統一的な描像を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave (GW) experiments have transformed our understanding of the Universe by enabling direct observations of compact object mergers and other astrophysical phenomena. This chapter reviews the concepts of GW detectors, such as LIGO, Virgo, and KAGRA, and describes their operating principles, data acquisition and analysis techniques, and some of the methods used to extract source properties. The scientific impact of GW observations is discussed as well, including contributions to astrophysics, tests of general relativity, and cosmology. We also examine the role of multimessenger astronomy and the complementarity between different GW detectors and with other astroparticle experiments. Finally, we outline future prospects with next-generation detectors, like the Einstein Telescope and Cosmic Explorer, and space-based missions. | 重力波（GW）実験は、コンパクト天体の合体やその他の天体物理現象の直接観測を可能にすることで、宇宙に対する私たちの理解を大きく変えました。 本章では、LIGO、Virgo、KAGRAなどの重力波検出器の概念を概説し、その動作原理、データ収集・解析技術、そして源特性の抽出に用いられるいくつかの手法について説明します。 また、重力波観測の科学的影響についても、天体物理学、一般相対性理論の検証、そして宇宙論への貢献を含めて考察します。 さらに、マルチメッセンジャー天文学の役割、そして異なる重力波検出器間および他の天体粒子実験との相補性についても考察します。 最後に、アインシュタイン望遠鏡やコズミック・エクスプローラーなどの次世代検出器や宇宙ベースのミッションの将来展望を概説します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We introduce the scalar and tensor modes of the gravitational perturbation in the presence of a scalar field which describes inflation. We investigate the back-reaction of the perturbations to the background by studying the effective energy-momentum tensor (2EMT) which is the second order constructed by the quadratic terms of the linear perturbations. 2EMT is gauge dependent due to the scalar mode. We obtain 2EMT in the slow-roll stage of inflation, and get its cosmological expressions in three (longitudinal, spatially flat, and comoving) gauge conditions. We find that the pure scalar-mode part in 2EMT is stronger in the short-wavelength limit, while the parts involved with the tensor mode (the pure tensor-mode part and the scalar-tensor coupled part) are stronger in the long-wavelength limit. | インフレーションを記述するスカラー場が存在する場合、重力摂動のスカラーモードとテンソルモードを導入する。 線形摂動の2次項で構成される2次の有効エネルギー運動量テンソル（2EMT）を調べることで、摂動の背景への反作用を調べる。 2EMTはスカラーモードのためゲージ依存である。 インフレーションのスローロール段階における2EMTを求め、3つのゲージ条件（縦方向、空間平坦、共動）におけるその宇宙論的表現を得る。 2EMTにおける純粋なスカラーモード部分は短波長極限で強く、テンソルモードに関与する部分（純粋なテンソルモード部分とスカラー・テンソル結合部分）は長波長極限で強くなることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the Bunch-Davies (BD) and Unruh-de Witt (UdW) de Sitter S-matrices in the presence of spin-$1/2$ fermions. Building on recent work, this enables us to correlate the de Sitter S-matrix with cosmological correlators. We consider a finite-time version of the UdW S-matrix to study $O(H)$ corrections to some typical particle physics processes such as beta decay. Owing to the lack of time-reversal symmetry in the expanding Poincar\'e patch, we find signatures of intrinsic T-violation in polarized beta decay. The observable we study begins at $O(H)$. The possibility of T-violation was examined theoretically in the 1950's by Jackson, Treiman, and Wyld in flat space and has been probed more recently in the emiT experiment, with the purpose of examining fundamental T-violation coming from additional interactions in the Lagrangian. Our analysis places a lower bound on the intrinsic T-violation in the expanding Poincar\'e patch. At $O(H)$, we find both energy conserving and energy non-conserving contributions. Surprisingly, the energy-violating piece, in principle, can give large T-violation at fine-tuned values of the kinematical variables. | スピン$1/2$フェルミオンが存在する場合のバンチ・デイヴィス（BD）およびウンルー・ド・ウィット（UdW）ド・ジッターS行列を研究する。 最近の研究に基づき、これによりド・ジッターS行列を宇宙論的相関関数と相関させることができる。 我々は、ベータ崩壊などのいくつかの典型的な素粒子物理学過程に対する$O(H)$補正を研究するために、UdW S行列の有限時間版を考察する。 膨張ポアンカレパッチには時間反転対称性がないため、偏極ベータ崩壊において固有のTの破れの兆候が見られる。 我々が研究する観測量は$O(H)$から始まる。 Tの破れの可能性は、1950年代にジャクソン、トレイマン、ワイルドによって平坦空間で理論的に検討され、最近ではエミタート実験において、ラグランジアンにおける追加的な相互作用に起因する基本的なTの破れを検証する目的で探究されました。 我々の解析は、膨張するポアンカレパッチにおける固有のTの破れに下限を置きます。 $O(H)$において、エネルギー保存とエネルギー非保存の両方の寄与が見られます。 驚くべきことに、エネルギーを破る部分は、原理的に、運動学的変数の微調整された値において大きなTの破れを与えることができます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| GW200105 is a compact binary coalescence (CBC) event, consisting of a neutron star and a black hole, observed in LIGO-Virgo-KAGRA's (LVK's) third observing run (O3). Recent reanalyses of the event using state-of-the-art waveform models have claimed observation of signatures of an eccentric orbit. It has nevertheless been pointed out in the literature that certain physical or modified gravity effects could mimic eccentricity by producing a spurious non-zero eccentricity value, at a given reference frequency, when recovered with an eccentric waveform model. We recently developed a model-independent Eccentricity Evolution Consistency Test (EECT, S. A. Bhat et al. 2025) to identify such mimickers, by comparing the measured frequency $\textit{evolution}$ of eccentricity, $e(f)$, with that expected from General Relativity (GR). In this $\textit{Letter}$, we apply EECT to GW200105 and find that it satisfies EECT within 68% confidence. Our analysis therefore lends complementary support in favour of the eccentricity hypothesis, while also providing a novel test of the consistency of $e(f)$ with GR. | GW200105は、LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）の第3回観測（O3）で観測された、中性子星とブラックホールからなるコンパクト連星合体（CBC）現象です。 最先端の波形モデルを用いたこの現象の最近の再解析では、偏心軌道の兆候が観測されたとされています。 しかしながら、文献では、特定の物理的または修正された重力効果によって、偏心波形モデルで復元された際に、特定の参照周波数において、誤った非ゼロの偏心値が生成され、偏心率が模倣される可能性があることが指摘されています。 我々は最近、モデルに依存しない離心率進化整合性検定（EECT、S. A. Bhat et al. 2025）を開発し、そのような模倣者を特定しました。 この検定は、離心率$e(f)$の測定頻度$\textit{evolution}$を一般相対性理論（GR）から予想される頻度と比較することで行われます。 本稿では、EECTをGW200105に適用し、68%の信頼度でEECTを満たすことを明らかにしました。 したがって、我々の解析は離心率仮説を補完的に支持するものであり、同時に$e(f)$と一般相対性理論の整合性を検証する新たな検定法も提供しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Systematic errors in detector calibration can bias signal analyses and potentially lead to incorrect interpretations suggesting violations of general relativity. In this study, we investigate how calibration systematics affect black hole (BH) spectroscopy, a technique that uses the quasinormal modes (QNMs) emitted during the ringdown phase of gravitational waves (GWs) to study remnant BHs formed in compact binary coalescences. We simulate a series of physically motivated, tunable calibration errors and use them to intentionally miscalibrate numerical relativity waveforms. We then apply a QNM extraction method -- the rational QNM filter -- to quantify the impact of these calibration errors. We find that current calibration standards (errors within $10\%$ in magnitude and $10^\circ$ in phase across the most sensitive frequency range of 20--2000 Hz) are adequate for BH ringdown analyses with existing observations, but insufficient for the accuracy goals of future upgraded and next-generation observatories. Specifically, we show that for events with a high ringdown signal-to-noise ratio of $\sim 120$, calibration errors must remain $\lesssim 4\%$ in magnitude and $\lesssim 4^\circ$ in phase to avoid introducing biases. While this analysis focuses on a particular aspect of BH spectroscopy, the results offer quantitative benchmarks for calibration standards crucial to fully realize the potential of precision tests of general relativity in the next-generation detector era. | 検出器の較正における系統的誤差は、信号解析にバイアスをかけ、一般相対性理論の破れを示唆する誤った解釈につながる可能性があります。 本研究では、較正の系統的誤差がブラックホール（BH）分光法にどのように影響するかを調査します。 BH分光法は、重力波（GW）のリングダウン段階で放出される準基準モード（QNM）を用いて、コンパクトな連星合体中に形成される残存BHを研究する手法です。 私たちは、一連の物理的に動機付けられた調整可能な較正誤差をシミュレートし、それらを用いて数値相対論波形を意図的に誤較正します。 次に、QNM抽出法（有理QNMフィルター）を適用して、これらの較正誤差の影響を定量化します。 現在の較正標準（最も感度の高い周波数範囲20～2000 Hzにおける振幅の誤差が10%以内、位相の誤差が10^\circ$以内）は、既存の観測データを用いたBHリングダウン解析には十分であるが、将来のアップグレードされた次世代観測所の精度目標には不十分であることがわかった。 具体的には、リングダウン信号対雑音比が120%と高いイベントの場合、バイアスの導入を避けるためには、較正誤差を振幅で4%以内、位相で4^\circ$以内に抑える必要があることを示す。 本解析はBH分光法の特定の側面に焦点を当てているが、その結果は、次世代検出器時代における一般相対性理論の精密検証の可能性を最大限に引き出すために不可欠な較正標準の定量的なベンチマークを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Kerr-Schild double copy is celebrated for producing exact gravitational spacetimes from gauge fields, yet the preservation of symmetry content remains largely unexplored. We investigate the fate of residual symmetries in the Kerr-Schild double copy, focusing on the Schwarzschild solution. On the gauge theory side, we derive the residual transformations that preserve the Abelian and non-Abelian Kerr-Schild ansatz\"e, finding they both form an infinite-dimensional Lie algebra parameterized by arbitrary null functions. On the gravity side, we analyze the resulting residual diffeomorphisms of the Kerr-Schild Schwarzschild metric. Restricting our focus to the Killing vector class of solutions, we find that the only surviving diffeomorphisms are the finite-dimensional global isometries of Schwarzschild, reducing the residual gauge algebra to the Poincar\'e subalgebra containing exclusively time translations and spatial rotations. This finding confirms a fundamental structural mismatch: the infinite-dimensional algebra of the gauge side admits no analogous structure in this gravitational sector. We formalize this by showing that the BRST operator for the residual symmetry is trivialized under the Killing condition, establishing the consistency of this algebraic reduction within a quantum field theoretic framework. This paper is the first of a two-part series. In Part II, we complete this analysis by examining the more complex proper conformal Killing vector class of solutions and formulating a unified BRST framework. | カー・シルト二重コピーは、ゲージ場から正確な重力時空を生成することで知られていますが、対称性の保存については ほとんど研究されていません。 我々は、カー・シルト二重コピーにおける残余対称性の運命を、シュワルツシルト解に焦点を当てて調べます。 ゲージ理論側では、アーベルおよび非アーベルKerr-Schild仮説を保存する残差変換を導出し、どちらも任意のヌル関数によってパラメータ化された無限次元リー代数を形成することを発見した。 重力側では、Kerr-Schild Schwarzschild計量の結果として得られる残差微分同相写像を解析する。 キリングベクトルの解の類に焦点を絞ると、唯一残る微分同相写像はSchwarzschildの有限次元大域等長写像であり、残差ゲージ代数は時間並進と空間回転のみを含むポアンカレ部分代数に還元されることがわかった。 この発見は、根本的な構造的不一致を裏付けるものである。 ゲージ側の無限次元代数は、この重力セクターにおいて類似の構造を許容しない。 これを形式化するために、残差対称性のBRST作用素が自明であることを示す。 キリング条件の下で、この代数的還元の整合性を 量子場の理論的枠組みの中で確立する。 本論文は2部構成のシリーズの第1部である。 第2部では、より複雑な真共形キリングベクトルの解の類を考察し、統一的なBRST枠組みを定式化することで、この分析を完了する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a short review of the analytical aspects of recent progress in the study of black hole spectral instability and its potential observational consequences. This topic, inspired by earlier foundational works, has attracted considerable attention in the recent literature. It has been demonstrated that both the low-lying modes and high overtones of black hole quasinormal spectra can be substantially influenced by ultraviolet metric perturbations. The temporal evolution of gravitational wave signals is primarily governed by the first few low-lying quasinormal modes. In contrast, the asymptotic behavior of high overtones is closely associated with the phenomenon of black hole echoes. We review relevant studies on spectral instability in both regimes, highlighting their potential to produce substantial observational signatures in gravitational wave data. Additionally, recent proposals of Regge poles and reflectionless modes as alternative stable observables for probing black hole spacetimes are summarized. | ブラックホールのスペクトル不安定性とその潜在的な観測的帰結に関する研究における最近の進歩について、分析的側面から簡潔にレビューする。 このテーマは、初期の基礎研究に触発され、近年の文献で大きな注目を集めている。 ブラックホールの準正規スペクトルの低エネルギーモードと高エネルギー倍音の両方が、紫外線計量摂動によって大きく影響を受けることが実証されている。 重力波信号の時間発展は、主に最初のいくつかの低エネルギー準正規モードによって支配される。 対照的に、高エネルギー倍音の漸近的挙動は、ブラックホールエコー現象と密接に関連している。 本稿では、両方の領域におけるスペクトル不安定性に関する関連研究をレビューし、重力波データにおいて重要な観測的特徴を生み出す可能性を強調する。 さらに、ブラックホール時空を探査するための代替的な安定観測量として、最近提案されたレッジェ極と無反射モードについても要約する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The double copy relates gauge and gravitational theories, with widespread application to quantum scattering amplitudes and classical perturbative results. It also connects exact classical solutions of Abelian gauge and gravitational theories in a small number of specific examples, known as classical double copies. These have a number of special properties, such as being algebraically special, and it remains an open question whether examples exist for algebraically general spacetimes or with nontrivial dynamics. Here we provide a novel framework for understanding classical double copies at the level of the metric, both organizing the known examples and exploring their properties under a new lens. Utilizing Killing vectors as natural gauge fields on a spacetime, we propose a procedure for generating new classical double copies. As a proof of concept, we provide a flat-space single copy for the Kasner metric, an algebraically general spacetime. This example is also a double copy at the level of its curvature, and provides the first type-$I$ Weyl double copy on flat spacetime, confirming expectations from perturbation theory. This provides a promising avenue for extending exact double copies to a broader class of general, physically relevant spacetimes. | 二重コピーはゲージ理論と重力理論を関連づけ、量子散乱振幅や古典的な摂動論的結果に広く応用されている。 また、少数の具体的な例、いわゆる「古典二重コピー」において、アーベルゲージ理論と重力理論の正確な古典解を結び付ける。 これらは代数的に特殊であるなど、多くの特殊な性質を持ち、代数的に一般的な時空や非自明な力学系の例が存在するかどうかは未解決の問題である。 本稿では、既知の例を整理し、新たな観点からその性質を探求することで、計量のレベルで古典二重コピーを理解するための新たな枠組みを提供する。 時空上の自然なゲージ場としてキリングベクトルを利用し、新たな古典二重コピーを生成する手順を提案する。 概念実証として、代数的に一般的な時空であるカスナー計量の平坦空間における単一コピーを与える。 この例は、曲率のレベルでの二重コピーでもあり、平坦時空上の最初のタイプIワイル二重コピーを提供し、摂動論からの予測を裏付けています。 これは、正確な二重コピーを、より広い一般の物理的に重要な時空に拡張するための有望な道筋を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop extended black-hole thermodynamics on a Dvali--Gabadadze--Porrati (DGP) brane by promoting the brane tension \(\sigma\) to a thermodynamic variable within the extended Iyer--Wald framework. The brane tension acts as a localized vacuum energy with pressure \(P_\sigma \equiv -\sigma\), yielding a new work term \(V_\sigma\,\mathrm{d}P_\sigma\) in the first law and the corresponding Smarr relation. For static, spherically symmetric black holes we show that the conjugate volume equals the geometric volume \(V_\sigma=\tfrac{4\pi}{3}r_h^3\); for stationary, axisymmetric solutions it admits a covariant, slice-independent definition and evaluates to \(V_\sigma=\tfrac{4\pi}{3}\!\left(r_+^3+a^2 r_+\right)\). Working on the ghost-free normal branch, the brane is asymptotically flat with a single horizon, so the construction avoids de Sitter obstructions. Along a flat-brane path, asymptotic flatness is preserved by co-varying the bulk cosmological constant, and induced-gravity effects are suppressed by \(r_h/r_c\). These results establish a consistent flat-braneworld realization of black-hole chemistry in which brane tension provides the physically motivated pressure variable. | 我々は、拡張されたIyer-Wald枠組みにおいて、ブレーン張力\(\sigma\)を熱力学変数に昇格させることにより、Dvali-Gabadadze-Porrati(DGP)ブレーン上の拡張ブラックホール熱力学を展開する。 ブレーン張力は、圧力\(P_\sigma \equiv -\sigma\)を持つ局所真空エネルギーとして作用し、第一法則と対応するSmarr関係式に新たな仕事項\(V_\sigma\,\mathrm{d}P_\sigma\)をもたらす。 静的で球対称なブラックホールの場合、共役体積は幾何学的体積に等しいことを示す。 \(V_\sigma=\tfrac{4\pi}{3}r_h^3\);定常で軸対称な解に対しては、共変かつスライスに依存しない定義が許され、次のように評価されます。 \(V_\sigma=\tfrac{4\pi}{3}\!\left(r_+^3+a^2 r_+\right)\)。 ゴーストフリーの正規枝上では、ブレーンは漸近的に平坦で単一の地平線を持つため、構成はド・ジッター障害を回避します。 平坦ブレーン経路に沿って、漸近的平坦性はバルク宇宙定数を共変させることによって保存され、誘導重力効果は\(r_h/r_c\)によって抑制されます。 これらの結果は、ブレーン張力が物理的に動機付けられた圧力変数を提供する、ブラックホール化学の整合した平坦ブレーン世界実現を確立します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the context of Fuzzy Dark Matter (FDM) we study the core formation in the presence of an Ideal Gas (IG). Our analysis is based on the solution of the Schr\"odinger-Poisson-Euler system of equations that drives the evolution of FDM together with a compressible IG, both coupled through the gravitational potential they produce. Starting from random initial conditions for both FDM and IG, we study the evolution of the system until it forms a nearly relaxed, virialized and close to hydrostatic equilibrium core, surrounded by an envelope of the two components. We find that the core corresponds to Newtonian Fermion-Boson Stars (FBS). If the IG is used to model luminous matter, our results indicate that FBS behave as attractor core solutions of structure formation of FDM along with visible matter. | ファジーダークマター（FDM）の文脈において、理想気体（IG）の存在下におけるコア形成を研究する。 私たちの解析は、FDMの発展を駆動するシュレーディンガー・ポアソン・オイラー方程式系の解に基づいている。 FDMと圧縮性IGは、両者が生成する重力ポテンシャルを介して結合している。 FDMとIGの両方のランダムな初期条件から始めて、システムの発展を、ほぼ緩和し、ビリアル化され、静水力平衡に近いコアと、その周囲を2つの成分からなるエンベロープが取り囲むまで研究する。 その結果、コアはニュートン力学的なフェルミオン・ボソン星（FBS）に対応することがわかった。 IGを発光物質のモデル化に用いると、FBSは可視物質とともにFDMの構造形成のアトラクターコア解として振る舞うことが示唆される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a detailed Hamiltonian treatment of an inhomogeneous fermionic perturbation propagating on a closed FLRW spacetime quantized via LQC. Expanding the fermion in spinor harmonics on spatial 3-sphere and truncating at quadratic order, we derive a decoupled, mode-by-mode Hamiltonian, where each mode behaves as a time-dependent Fermi oscillator. This framework naturally facilitates a Schrodinger-picture evolution for fermionic perturbations on a quantum-corrected background. Under the test-field approximation, each massive mode sees its own dressed metric, akin to bosonic perturbations, but with distinctive Planck-scale modifications in both temporal and spatial components. Massless modes, by contrast, experience an equivalent class of conformal backgrounds: quantum corrections drop out of the spatial sector, while the temporal component alone is dressed by quantum gravity corrections. Extending beyond the test-field regime via a Born-Oppenheimer approximation, we incorporate fermionic backreaction self-consistently. Each mode's energy (depending on the either vacuum or pair states they occupied) sources a mode-dependent shift of the background Hamiltonian, resulting in a rainbow metric. In the deep Planck regime, vacuum occupation yields a positive fermionic perturbation term in the Hamiltonian, raising the effective minisuperspace potential and delaying the bounce to higher density in the contracting branch. Excited occupation flips the perturbation sign, lowering the barrier and advancing the bounce to lower density. At large volumes, massive fermion backreaction settles into a constant energy density -- an emergent cosmological constant -- capable of driving late-time acceleration, whereas massless modes remain dynamically inert postbounce. These effects break the exact time-reversal symmetry of the quantum bounce and generate asymmetric pre- and postbounce trajectories. | LQCによって量子化された閉じたFLRW時空上を伝播する非一様フェルミオン摂動の詳細なハミルトニアン処理を提示する。 空間3次元球面上のスピノル調和関数でフェルミオンを展開し、2次オーダーで打ち切ることで、各モードが時間依存フェルミ振動子として振舞う、分離したモードごとのハミルトニアンを導出する。 この枠組みは、量子補正された背景におけるフェルミオン摂動に対するシュレーディンガー描像の発展を自然に促進する。 テストフィールド近似の下では、各質量を持つモードは、ボソン摂動に類似した独自のドレスドメトリックを持つが、時間的および空間的成分の両方において特徴的なプランクスケールの修正を伴う。 対照的に、質量ゼロモードは同等のコンフォーマル背景を経験する。 量子補正は空間セクターから除去され、時間成分のみが量子重力補正によってドレッシングされる。 ボルン・オッペンハイマー近似を用いてテストフィールド領域を超えて拡張し、フェルミオン反作用を自己無撞着に組み込む。 各モードのエネルギー（占有する真空状態または対状態に依存する）は、背景ハミルトニアンにモード依存のシフトをもたらし、レインボーメトリックをもたらす。 深いプランク領域では、真空占有はハミルトニアンに正のフェルミオン摂動項をもたらし、有効ミニスーパースペースポテンシャルを上昇させ、収縮枝における高密度への跳ね返りを遅らせる。 励起占有は摂動の符号を反転させ、障壁を下げ、低密度への跳ね返りを早める。 大きな体積では、質量を持つフェルミオンの反作用は一定のエネルギー密度（宇宙定数）に落ち着き、後期加速を駆動することができます。 一方、質量のないモードは、バウンス後も動的に不活性なままです。 これらの効果は、量子バウンスの正確な時間反転対称性を破り、バウンス前とバウンス後の軌道を非対称にします。 |