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| Original Text | 日本語訳 |
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| String theories naturally predict a negative, while observations on the exponential expansion of the present Universe requires a positive value for the cosmological constant $\Lambda$. Solution to resolve this discrepancy is known in the framework of string theory and given for Asymptotically Safe (AS) quantum gravity by using Renormalization Group (RG). However, the former might describes unstable worlds and the latter lacks the inclusion of temperature which is otherwise crucial in the early Universe. Here we present a proposal for resolving this conflict by using a modified thermal RG method where the temperature parameter $T$ is given by the inverse radius of the compactified time-like dimension, similarly to spacetime foliation. In our scenario not the dimensionful temperature $T$, but the dimensionless temperature $\tau = T/k$ is kept constant when the RG scale $k$ is sent to zero and string theory is assumed to take place at very high while AS quantum gravity at intermediate and low temperatures. We show that the modified thermal RG study of AS quantum gravity models at very high temperatures results in a negative cosmological constant while turns it into a positive parameter for low temperatures. | 弦理論は自然に負の値を予測する一方、現在の宇宙の指数関数的膨張に関する観測は、宇宙定数$\Lambda$が正の値であることを必要とする。 この矛盾を解決する解決策は、弦理論の枠組みにおいて既知であり、漸近的に安全な（AS）量子重力に対しては繰り込み群（RG）を用いて与えられている。 しかし、前者は不安定な世界を記述する可能性があり、後者は初期宇宙において重要である温度を含んでいない。 本稿では、この矛盾を解決するための提案を提示する。 この手法では、温度パラメータ$T$は、時空葉理学と同様に、コンパクト化された時間的次元の半径の逆数で与えられる。 本稿のシナリオでは、RGスケール$k$をゼロにし、弦理論が非常に高温で起こると仮定し、AS量子重力は中低温で起こると仮定した場合、次元のある温度$T$ではなく、無次元の温度$\tau = T/k$は一定に保たれる。 我々は、超高温におけるAS量子重力モデルの修正熱RG研究により、負の宇宙定数が得られる一方、低温ではそれが正のパラメータに変わることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| How should one define metric space notions of convergence for sequences of spacetimes? Since a Lorentzian manifold does not define a metric space directly, the uniform convergence, Gromov-Hausdorff (GH) convergence, and Sormani-Wenger Intrinsic Flat (SWIF) convergence does not extend automatically. One approach is to define a metric space structure, which is compatible with the Lorentzian structure, so that the usual notions of convergence apply. This approach was taken by C. Sormani and C. Vega when defining the null distance. In this paper, we study sequences of static spacetimes equipped with the null distance under uniform, GH, and SWIF convergence, as well as H\"{o}lder bounds. We use the results of the Volume Above Distance Below (VADB) theorem of the author, R. Perales, and C. Sormani to prove an analog of the VADB theorem for sequences of static spacetimes with the null distance. We also give a conjecture of what the VADB theorem should be in the case of sequences of globally hyperbolic spacetimes with the null distance. | 時空列に対する計量空間収束の概念をどのように定義すべきでしょうか？ ローレンツ多様体は計量空間を直接定義しないため、一様収束、グロモフ・ハウスドルフ（GH）収束、そして ソルマニ・ウェンガー固有平坦（SWIF）収束は自動的には拡張されません。 一つのアプローチは、ローレンツ構造と両立する計量空間構造を定義し、通常の収束の概念を適用することです。 このアプローチは、C. ソルマニとC. ベガがヌル距離を定義する際に採用しました。 本論文では、一様収束、GH収束、SWIF収束、そしてH\"{o}older境界の下で、ヌル距離を持つ静的時空列を研究する。 著者R. PeralesとC. SormaniによるVADB定理（Volume Above Distance Below）の結果を用いて、ヌル距離を持つ静的時空列に対するVADB定理の類似を証明する。 また、ヌル距離を持つ大域的双曲型時空列の場合のVADB定理がどのようなものであるべきかについての予想も示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a rigorous framework for determining equilibrium configurations of uniformly rotating self-gravitating fluid bodies. This work addresses the longstanding challenge of modeling rotational deformation in celestial objects such as stars and planets. By integrating classical Newtonian potential theory with modern mathematical tools, we develop a unified formalism that improves both the precision and generality of shape modeling in astrophysical contexts. Our method employs Lie group theory and exponential mapping to characterize vector flows associated with rotational deformations. We derive functional equations for perturbations in density and gravitational potential, resolved analytically using the shift operator and Neumann series. This extends Clairaut's classical linear theory into the nonlinear regime. The resulting formulation yields an exact nonlinear differential equation for the shape function, describing hydrostatic equilibrium under rotation without assuming slow rotation. This generalized Clairaut equation incorporates nonlinear effects and accommodates large rotational speeds. We validate the theory by deriving exact solutions, including the Maclaurin spheroid, Jacobi ellipsoid, and the unit-index polytrope. We also introduce spectral decomposition techniques to analyze radial harmonics of the shape function and gravitational perturbations. Using Wigner's formalism for angular momentum addition, we compute higher-order spectral corrections and derive boundary conditions for radial harmonics. This enables accurate computation of Love numbers and gravitational multipole moments, offering a comprehensive, non-perturbative approach to modeling rotational deformations in astrophysical systems. | 一様に回転する自己重力流体体の平衡配置を決定するための厳密な枠組みを提示する。 本研究は、恒星や惑星などの天体における回転変形のモデリングという長年の課題に取り組むものである。 古典的なニュートン力学ポテンシャル理論を現代の数学的ツールと統合することにより、天体物理学的文脈における形状モデリングの精度と一般性の両方を向上させる統一的な形式論を開発する。 本手法では、リー群論と指数写像を用いて、回転変形に関連するベクトルフローを特徴付ける。 密度と重力ポテンシャルの摂動に関する関数方程式を導出し、シフト演算子とノイマン級数を用いて解析的に解く。 これは、クレローの古典的線形理論を非線形領域に拡張するものである。 得られた定式化は、形状関数に関する正確な非線形微分方程式を与え、低速回転を仮定することなく回転下の静水力平衡を記述する。 この一般化クレロー方程式は非線形効果を組み込み、大きな回転速度に対応します。 マクローリン回転楕円体、ヤコビ楕円体、単位指数ポリトロープを含む厳密解を導出することにより、理論を検証します。 また、形状関数のラジアル調和関数と重力摂動を解析するためのスペクトル分解手法も導入します。 角運動量加算のためのウィグナーの形式を用いて、高次スペクトル補正を計算し、ラジアル調和関数の境界条件を導出します。 これにより、ラブ数と重力多重極モーメントの正確な計算が可能になり、天体物理系における回転変形をモデル化する包括的かつ非摂動的なアプローチが提供されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that for Horndeski theories it is possible to derive mathematically compact consistency relations (CR) between physically observable quantities, valid for different classes of theories defined by the behavior of the brading function $\alpha_B$, independent of all other property functions. The CRs establish a parametrization independent direct relation between the effective gravitational constant, the slip parameter, the gravitational and electromagnetic waves (EMW) luminosity distances, the speed of gravitational waves (GW) and the sound speed. The no-brading CR is also satisfied by general relativity (GR), and allows to estimate the gravitational coupling from GWs observations, independently from large scale structure (LSS) observations. A general, less mathematically compact, consistency condition is also derived, valid for any form of the function $\alpha_B$ and the other property functions. We apply the CRs to map the large scale structure observational constraints on the effective gravitational constant and the slip parameter to GW-EMW distance ratio constraints, showing that LSS and GWs give independent constraints consistent with no-brading. Beside allowing to perform parametrization and model independent tests of the consistency between different constraints on modified gravity, the CRs allow to probe the value of the effective gravitational constant with multimessenger observations, independently from LSS observations. | Horndeski理論において、物理的に観測可能な量の間に、他のすべての特性関数とは独立に、ブレーディング関数$\alpha_B$の振る舞いによって定義される様々な理論クラスに対して妥当な、数学的にコンパクトな無矛盾関係（CR）を導出できることを示す。 CRは、有効重力定数、滑りパラメータ、重力波および電磁波（EMW）の光度距離、重力波速度（GW）、音速の間に、パラメータ化に依存しない直接的な関係を確立する。 ブレーディングのないCRは一般相対論（GR）によっても満たされ、大規模構造（LSS）観測とは独立に、重力波観測から重力結合を推定することを可能にする。 また、関数$\alpha_B$の任意の形式および他の特性関数に対して妥当な、一般的な、数学的にそれほどコンパクトではない無矛盾条件も導出される。 我々はCRを適用し、有効重力定数と滑りパラメータに対する大規模構造観測制約を重力波-電磁波距離比制約にマッピングし、LSSと重力波がブレーディングなしと整合する独立した制約を与えることを示した。 CRは、パラメータ化と、修正重力に関する異なる制約間の整合性のモデル非依存検定を可能にするだけでなく、LSS観測とは独立して、マルチメッセンジャー観測によって有効重力定数の値を調べることを可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The stochastic gravitational-wave background from compact binary coalescences is expected to be the first detectable stochastic signal via cross-correlation searches with terrestrial detectors. It encodes the cumulative merger history of stellar-mass binaries across cosmic time, offering a unique probe of the high-redshift Universe. However, predicting the background spectrum is challenging due to numerous modeling choices, each with distinct uncertainties. In this work, we present a comprehensive forecast of the astrophysical gravitational-wave background from binary black holes, binary neutron stars, and neutron star-black hole systems. We systematically assess the impact of uncertainties in population properties, waveform features, and the modeling of the merger rate evolution. By combining all uncertainties, we derive credible bands for the background spectrum, spanning approximately an order of magnitude in the fractional energy density. These results provide thorough predictions to facilitate the interpretation of current upper limits and future detections. | コンパクト連星合体からの確率的重力波背景放射は、地上検出器を用いた相互相関探索によって初めて検出可能な確率的信号となることが期待されています。 この背景放射は、宇宙の時間を通じた恒星質量連星の累積的な合体履歴を符号化しており、高赤方偏移宇宙の独自の探査手段となります。 しかし、背景スペクトルの予測は、それぞれ異なる不確実性を伴う多数のモデリングの選択肢があるため困難です。 本研究では、連星ブラックホール、連星中性子星、および中性子星-ブラックホール系からの天体物理学的重力波背景放射の包括的な予測を提示します。 種族特性、波形特性、および合体速度の進化のモデリングにおける不確実性の影響を体系的に評価します。 すべての不確実性を組み合わせることで、分数エネルギー密度で約1桁の範囲にわたる、信頼できる背景スペクトルの帯域を導き出します。 これらの結果は、現在の上限値と将来の検出の解釈を容易にするための徹底的な予測を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We conducted a theoretical analysis of the violation of the equivalence principle within a broad class of scalar-Einstein-Gauss-Bonnet theories that exhibit spontaneous scalarization. Beginning with the Jordan frame, we performed a conformal mapping to identify the equivalent model in the Einstein frame. This approach revealed that the Gauss-Bonnet coupling introduces a mixed term that links the Einstein tensor to the kinetic terms, along with an additional kinetic term associated with the box operator, echoing characteristics of Horndeski-like theories. Our findings confirm a violation of the weak equivalence principle, as the geodesic equation incorporates an extra term that, in the non-relativistic limit, leads to a modified Newtonian equation. This result was further corroborated using Eardley's methodology. We also examined the violation of the strong equivalence principle through the Nordtvedt effect within the framework of an extended parametrized post-Newtonian (PPN) formalism. We provide a concrete example of scalarized theories featuring extended PPN parameters that deviate from general relativity, comparing these results against observational constraints from the Cassini mission, the MESSENGER mission, and the Lunar Laser Ranging experiment. While the Cassini bounds remain the most stringent, the constraints on the Nordtvedt parameter offer significantly better restrictions on the parameter space than those derived from the precession rate of Mercury's perihelion. | 我々は、自発的スカラー化を示す広範なスカラー-アインシュタイン-ガウス-ボネ理論における同値原理の破れについて理論的解析を行った。 ジョルダン座標系から始めて、アインシュタイン座標系における同値モデルを特定するために等角写像を行った。 このアプローチにより、ガウス-ボネ結合によって、アインシュタインテンソルと運動論的項を結び付ける混合項と、ボックス演算子に関連する追加の運動論的項が導入され、ホーンデスキー型理論の特徴が反映されることが明らかになった。 我々の知見は、測地線方程式に、非相対論的極限において修正ニュートン方程式につながる追加の項が組み込まれているため、弱同値原理の破れを裏付けている。 この結果は、アードリーの方法論を用いてさらに裏付けられた。 我々はまた、拡張パラメータ化ポストニュートン（PPN）形式の枠組みの中で、ノルトヴェット効果による強同値原理の破れを検証した。 一般相対論から逸脱する拡張PPNパラメータを特徴とするスカラー化理論の具体的な例を示し、これらの結果をカッシーニ計画、メッセンジャー計画、および月レーザー測距実験による観測的制約と比較する。 カッシーニ計画による制約は依然として最も厳しいが、ノルトヴェットパラメータに対する制約は、水星近日点の歳差運動速度から導かれる制約よりも、パラメータ空間に対してはるかに優れた制約を与える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper investigates the Teleparallel Robertson-Walker (TRW) $F(T)$ gravity solutions for a Chaplygin gas, and then for any polytropic gas cosmological source. We use the TRW $F(T)$ gravity field equations (FEs) for each $k$-parameter value case and the relevant gas equation of state (EoS) to find the new teleparallel $F(T)$ solutions. For flat $k=0$ cosmological case, we find analytical solutions valid for any cosmological scale factor. For curved $k=\pm 1$ cosmological cases, we find new approximated teleparallel $F(T)$ solutions for slow, linear, fast and very fast universe expansion cases summarizing by a double power-law function. All the new solutions will be relevant for future cosmological applications on dark matter, dark energy (DE) quintessence, phantom energy, Anti-deSitter (AdS) spacetimes and several other cosmological processes. | 本論文では、チャプリギン気体、そして任意のポリトロープ気体宇宙論的源に対するテレパラレル・ロバートソン・ウォーカー（TRW）$F(T)$重力解を調査する。 各$k$パラメータ値の場合のTRW $F(T)$重力場方程式（FE）と関連する気体状態方程式（EoS）を用いて、新しいテレパラレル$F(T)$解を求める。 平坦$k=0$宇宙論的ケースでは、任意の宇宙論的スケールファクターに対して有効な解析解を求める。 湾曲した$k=\pm 1$宇宙論的ケースでは、遅い、線形、速い、そして非常に速い宇宙膨張の場合について、新しい近似テレパラレル$F(T)$解を二重べき乗関数で要約する。 これらの新しい解はすべて、暗黒物質、暗黒エネルギー（DE）、クインテッセンス、ファントムエネルギー、反デシッター（AdS）時空、その他いくつかの宇宙論的過程に関する将来の宇宙論的応用に関連するものとなるでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Mounting evidence indicates that some of the gravitational wave signals observed by the LIGO/Virgo/KAGRA observatories might arise from eccentric compact object binaries, increasing the urgency for accurate waveform models for such systems. While for non-eccentric binaries, surrogate models are efficient and accurate, the additional features due to eccentricity have posed a challenge. In this letter, we present a novel method for decomposing eccentric numerical relativity waveforms which makes them amenable to surrogate modelling techniques. We parameterize the inspiral in the radial phase domain, factoring out eccentricity-induced dephasing and thus enhancing compressibility and accuracy. This is combined with a second surrogate for the merger-ringdown in the time-domain and a novel technique to take advantage of the approximate periodicity with radial oscillations during the inspiral. We apply this procedure to the $(2,2)$ mode for non-spinning black hole binaries, and demonstrate that the resulting surrogate, NRSurE_q4NoSpin_22, is able to faithfully reproduce the underlying numerical relativity waveforms, with maximum mismatches of $5\times10^{-4}$ and median mismatches of $2\times10^{-5}$. This technique paves the way for high-accuracy parameter estimation with eccentric models, a key ingredient for astrophysical inference and tests of general relativity. | LIGO/Virgo/KAGRA観測所によって観測された重力波信号の一部は、離心率の高いコンパクト天体連星から発生している可能性があることを示す証拠が増えており、そのようなシステムの正確な波形モデルの緊急性が高まっています。 離心率のない連星の場合、代替モデルは効率的かつ正確ですが、離心率による追加的な特徴が課題となっています。 本論文では、離心率の高い数値相対論波形を分解し、代替モデリング手法を適用するための新しい手法を紹介します。 我々は、動径位相領域でインスパイラルをパラメータ化し、離心率に起因する位相ずれを除外することで、圧縮率と精度を向上させます。 これは、時間領域における合体リングダウンの2つ目の代替モデルと、インスパイラル中の動径振動の近似周期性を利用する新しい手法と組み合わせられています。 この手順を、非自転ブラックホール連星の(2,2)モードに適用し、得られた代替モデルNRSurE_q4NoSpin_22が、基礎となる数値相対論波形を忠実に再現できることを実証しました。 その際、最大不一致は$5\times10^{-4}$、中央値は$2\times10^{-5}$でした。 この手法は、離心率モデルを用いた高精度パラメータ推定への道を開き、天体物理学的推論や一般相対論の検証に重要な要素となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Surrogate modeling of eccentric binary black hole waveforms has remained challenging. The complicated morphology of these waveforms due to the eccentric orbital timescale variations makes it difficult to construct accurate and efficient surrogate models, especially for waveforms long enough to cover the sensitivity band of the current ground-based gravitational wave detectors. We present a novel and scalable surrogate building technique which makes surrogate modeling of long-duration eccentric binary black hole waveforms both feasible and highly efficient. The technique aims to simplify the harmonic content of the intermediate eccentric surrogate data pieces by modeling them in terms of an angular orbital element called the mean anomaly, instead of time. We show that this novel parameterization yields an order of magnitude fewer surrogate basis functions than using the contemporary parameterization in terms of time. We show that variations in surrogate data-pieces across parameter space become much more regular when expressed in terms of the instantaneous waveform eccentricity and mean anomaly, greatly easing their parameter-space fitting. The methods presented in this work make it feasible to build long-duration eccentric surrogates for the current as well as future third-generation gravitational wave detectors. | 偏心軌道を持つ連星ブラックホール波形の代替モデル化は依然として困難である。 これらの波形は、偏心軌道の時間スケール変動に起因する複雑な形態をしており、特に現在の地上設置型重力波検出器の感度帯域をカバーするほど長い波形の場合、正確かつ効率的な代替モデルの構築が困難である。 本研究では、長時間偏心軌道を持つ連星ブラックホール波形の代替モデル化を、実現可能かつ非常に効率的にする、新しいスケーラブルな代替モデル構築手法を提示する。 この手法は、中間偏心代替データ片の高調波成分を、時間ではなく平均異常角と呼ばれる軌道角要素でモデル化することにより、単純化する。 本手法は、時間に基づく最新のパラメータ化を用いる場合と比較して、代替基底関数の数が1桁少なくなることを示す。 パラメータ空間全体にわたる代替データの変化は、瞬間波形の離心率と平均異常度で表現すると、はるかに規則的になり、パラメータ空間フィッティングが大幅に容易になることを示す。 本研究で提示された手法により、現在および将来の第三世代重力波検出器向けに、長期間の離心率を持つ代替データを構築することが可能となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| BTZ spacetime is a long-known locally AdS solution to the Einstein equations in 1 timelike and 2 spacelike dimensions. Its static variant is interpreted as a black hole whose mass is related to the period of the angular coordinate. This solution can be parametrically continued into one without horizons but with a conical deficit in the center. Such a solution is interpreted as a spacetime with a massive particle. It has been shown that this particle can be in static equilibrium with a cosmic string passing through the spacetime to infinity. In this work, we explore the interaction of point particles with strings, such as a bound system of two particles connected by a string of finite length. We identify additive local mass in the static spacetimes and apply it to the case of particles and strings. Finally, using the cut and glue method, we construct the system of two particles oscillating on the string, which goes out of the scope of static systems. | BTZ時空は、1次元時空および2次元時空におけるアインシュタイン方程式の局所AdS解として古くから知られている。 その静的変種は、質量が角座標の周期と関係するブラックホールとして解釈される。 この解は、パラメトリックに延長することで、地平線を持たないが中心に円錐状の欠損を持つ解にすることができる。 このような解は、質量を持つ粒子を持つ時空として解釈される。 この粒子は、時空を無限に貫く宇宙弦と静的平衡状態にあることが示されている。 本研究では、有限長の弦で結ばれた2つの粒子からなる束縛系など、点粒子と弦の相互作用を探求する。 静的時空における加法的局所質量を特定し、それを粒子と弦の場合に適用する。 最後に、カットアンドグルー法を用いて、静的系の範囲外となる、弦上で振動する2つの粒子の系を構築する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the solution-generating technique based on the Breitenlohner-Maison (BM) linear system, for asymptotically flat, stationary, bi-axisymmetric black hole solutions with various horizon topologies in five-dimensional vacuum Einstein theory. We construct the monodromy matrix associated with the BM linear system, which provides a unified framework for describing three distinct asymptotically flat, vacuum black hole solutions with a single angular momentum in five dimensions, each with a different horizon topology: (i) the singly rotating Myers-Perry black hole, (ii) the Emparan-Reall black ring, and (iii) the Chen-Teo rotating black lens. Conversely, by solving the corresponding Riemann-Hilbert problem using the procedure developed by Katsimpouri et al., we demonstrate that factorization of the monodromy matrix exactly reproduces these vacuum solutions, thereby reconstructing the three geometries. These constitute the first explicit examples in which the factorization procedure has been carried out for black holes with non-spherical horizon topologies. In addition, we discuss how the asymptotic behavior of five-dimensional vacuum solutions at spatial infinity is reflected in the asymptotic structure of the monodromy matrix in the spectral parameter space. | 5次元真空アインシュタイン理論において、様々な地平位相を持つ漸近平坦、定常、双軸対称なブラックホール解に対し、Breitenlohner-Maison (BM)線形系に基づく解生成手法を検証する。 BM線形系に関連するモノドロミー行列を構築する。 この行列は、5次元において単一の角運動量を持ち、それぞれ異なる地平位相を持つ3つの異なる漸近平坦真空ブラックホール解を記述するための統一的な枠組みを提供する。 これらの解は、(i) 単一回転マイヤーズ・ペリー・ブラックホール、(ii) エンパラン・レオール・ブラックリング、(iii) チェン・テオ回転ブラックレンズである。 逆に、Katsimpouriらによって開発された手順を用いて対応するリーマン・ヒルベルト問題を解くことで、モノドロミー行列の因数分解がこれらの真空解を正確に再現し、それによって3つの形状を再構築できることを示す。 これらは、非球面地平位相を持つブラックホールに対して因数分解の手順が行われた最初の明示的な例である。 さらに、空間無限遠における5次元真空解の漸近的挙動が、スペクトルパラメータ空間におけるモノドロミー行列の漸近的構造にどのように反映されるかを議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study non-thermal resonant leptogenesis in a general setting where a heavy majoron $\phi$ decays to right-handed neutrinos (RHNs) whose further out-of-equilibrium decay generates the required lepton asymmetry. Domination of the energy budget of the Universe by the $\phi$ or the RHNs alters the evolution history of the primordial gravitational waves (PGW) of inflationary origin, which re-enter the horizon after inflation, modifying the spectral shape. The decays of $\phi$ and RHNs release entropy into the early Universe while nearly degenerate RHNs facilitate low and intermediate-scale leptogenesis. A characteristic damping of the GW spectrum resulting in knee-like features would provide evidence for low-scale non-thermal leptogenesis. We explore the parameter space for the lightest right-handed neutrino mass $M_1\in[10^2,10^{14}]$ GeV and washout parameter $K$ that depends on the light-heavy neutrino Yukawa couplings $\lambda$, in the weak ($K < 1$) and strong ($K > 1$) washout regimes. The resulting novel features compatible with observed baryon asymmetry are detectable by future experiments like LISA and ET. By estimating signal-to-noise ratio (SNR) for upcoming GW experiments, we investigate the effect of the majoron mass $M_\phi$ and reheating temperature $T_\phi$, which depends on the $\phi-N$ Yukawa couplings $y_N$. | 我々は、重いメジャーニュートリノ$\phi$が右巻きニュートリノ（RHN）に崩壊し、RHNのさらなる非平衡崩壊によって必要なレプトンの非対称性が生じるという一般的な状況において、非熱的共鳴レプトジェネシスを研究する。 $\phi$またはRHNによる宇宙のエネルギー収支の支配は、インフレーション起源の原始重力波（PGW）の進化史を変化させ、インフレーション後に地平線に再入射してスペクトル形状を変化させる。 $\phi$とRHNの崩壊は初期宇宙にエントロピーを放出する一方、ほぼ縮退したRHNは低スケールおよび中スケールのレプトジェネシスを促進する。 重力スペクトルの特徴的な減衰によって膝のような形状が生じることは、低スケールの非熱的レプトジェネシスの証拠となるであろう。 我々は、最も軽い右巻きニュートリノ質量$M_1\in[10^2,10^{14}]$ GeVと、軽いニュートリノと重いニュートリノの湯川結合$\lambda$に依存するウォッシュアウトパラメータ$K$のパラメータ空間を、弱いウォッシュアウト領域（$K < 1$）と強いウォッシュアウト領域（$K > 1$）において探索する。 得られた新たな特徴は、観測されている重粒子非対称性と整合し、LISAやETなどの将来の実験で検出可能である。 今後の重力波実験の信号対雑音比（SNR）を推定することにより、マジョロン質量$M_\phi$と、$\phi-N$湯川結合$y_N$に依存する再加熱温度$T_\phi$の影響を調査する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The universality of free fall is one of the most cherished principles in classical gravity. Its fate in the quantum world is one of the key questions in fundamental physics. We investigate the universality of free fall in the context of Planck scale modifications of Newtonian gravity. Starting from a doubly-special-relativity setting we take the Newtonian limit to obtain deformed Galilean relativity. We study the interaction between two test particles, subject to deformed Galilean relativity, and a classical, undeformed gravitational source, the Earth. Such an interaction is investigated here for the first time. Considering the two test particles falling freely in the source's gravitational field, we examine whether the universality of free fall is affected by deformed relativistic symmetries. We show that, in general, the universality of free fall is violated. Remarkably, we find that there exist distinguished models for which the universality of free fall is realized and which predict a specific modification of the Newtonian potential. | 自由落下の普遍性は、古典重力において最も重視されている原理の一つである。 量子世界におけるその運命は、基礎物理学における重要な問いの一つである。 我々は、ニュートン重力のプランクスケール修正の文脈において、自由落下の普遍性を調べる。 二重特殊相対論の設定から出発し、ニュートン極限を用いて変形ガリレイ相対論を得る。 変形ガリレイ相対論に従う2つのテスト粒子と、変形されていない古典的な重力源である地球との相互作用を調べる。 このような相互作用は、本研究で初めて調べられる。 重力源の重力場内で自由落下する2つのテスト粒子を考え、変形された相対論的対称性が自由落下の普遍性に影響を及ぼすかどうかを検証する。 一般に、自由落下の普遍性は破れることを示す。 驚くべきことに、自由落下の普遍性が実現され、ニュートン力学ポテンシャルの特定の修正を予測する、 際立ったモデルが存在することがわかりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black bounce black holes are the black holes which extend classical black hole solution to regularize singularity using a bouncing parameter. In our work, we explore the thermodynamics of Reissnernordstorm black-bounce black hole, mainly focused on the thermodynamic parameters such as entropy, mass, temperature, heat capacity and free energies(Helmholtz free energy and Gibbs Free energy). Along with that we investigated the inter relation between entropy and other thermodynamic parameters by plotting graphs. Additionally, studied the extended phase space which showed a possible phase transition in the above mentioned black hole and also determined the logarithmic correction to entropy term. | ブラックバウンスブラックホールは、古典的なブラックホール解を拡張し、バウンスパラメータを用いて特異点を正規化したブラックホールです。 本研究では、ライスナーノルトシュトルムブラックバウンスブラックホールの熱力学を、主にエントロピー、質量、温度、熱容量、自由エネルギー（ヘルムホルツ自由エネルギーとギブス自由エネルギー）などの熱力学パラメータに焦点を当てて探求しました。 また、グラフをプロットすることにより、エントロピーと他の熱力学パラメータ間の相互関係を調査しました。 さらに、上記のブラックホールにおける相転移の可能性を示す拡張位相空間を研究し、エントロピー項に対する対数補正を決定しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The perturbation spectra of black hole (BH) beyond standard general relativity (GR) may exhibit complex structures with long-lived modes that generate echo-like modulations on the ringdown signal. However, a systematic framework for understanding the internal structure of such spectra, the physical nature of different mode families, and their dynamical excitation is still undeveloped. In this paper, we address this issue by proposing a potential methodology that combines frequency-domain classification with time-domain analysis, using a hairy Schwarzschild BH that admits a double-peak perturbative potential as a theoretical platform. Our analysis of the quasinormal mode (QNM) spectrum identifies two distinct families of modes: the photon sphere (PS) family, arising from delocalized scattering resonances, and the echo family, corresponding to highly localized quasi-bound states. We then develop a windowed energy analysis framework in the time domain, which discloses a dynamic competition for dominance between these families. In particular, our results explicitly show that this competition is sensitive to the properties of the initial perturbation source, and that higher-overtone echo modes can dominate in the observed signal, which are in contrast to the standard PS mode in GR. This study establishes the dynamic evolution of this energy competition as a new observational signature for probing new physics and further motivate a supplemental framework for analyzing long-lived ringdown signals. | 標準的な一般相対論（GR）を超えるブラックホール（BH）の摂動スペクトルは、リングダウン信号にエコーのような変調を生成する長寿命モードを伴う複雑な構造を示す可能性がある。 しかしながら、そのようなスペクトルの内部構造、異なるモード族の物理的性質、およびそれらの動的励起を理解するための体系的な枠組みは未だ開発されていない。 本稿では、理論的プラットフォームとして二重ピーク摂動ポテンシャルを許容するヘアリーシュワルツシルトBHを用いて、周波数領域分類と時間領域解析を組み合わせたポテンシャル手法を提案することでこの問題に対処する。 準基準モード（QNM）スペクトルの解析により、2つの異なるモード族が同定される。 1つは非局在散乱共鳴に起因する光子球（PS）族、もう1つは高度に局在した準束縛状態に対応するエコー族である。 次に、時間領域におけるウィンドウ付きエネルギー解析枠組みを開発し、これらの族間の優位性をめぐる動的な競争を明らかにする。 特に、我々の研究結果は、このエネルギー競合が初期摂動源の特性に敏感であること、そして高次倍音エコーモードが観測信号において支配的になる可能性があることを明確に示しており、これは一般相対性理論における標準的なPSモードとは対照的である。 本研究は、このエネルギー競合の動的発展を、新たな物理を探るための新たな観測シグネチャーとして確立し、さらに長寿命リングダウン信号を解析するための補足的な枠組みの構築を促すものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that the threshold to form a black hole, in an asymptotically flat and radiation dominated Friedman-Robertson-Walker (FRW) Universe, is not solely (mainly) determined by the behaviour of the compaction function at its maximum, as earlier thought, but also by the three-dimensional curvature at smaller (but super-horizon) scales, which we call "the core". We find three classes of initial conditions characterized by an open (O), closed (C), or flat (F) FRW core surrounded by a shell with higher three-dimensional curvature. In the C case, the core helps the collapse so that the black hole formation threshold is there the lowest among all cases. Type-II black holes might only be generated by Type-O or F (each of those with different thresholds, with O being the highest) or by a Type-C with an effective F core. Finally, we argue that an F core is typically more probable for a sharp power spectrum, however, it is also more likely related to non-spherical initial conditions. On the other hand, a very broad power spectrum, which might be related to the observed NanoGrav signal, would favor the formation of Type-I black holes with a mass spectrum peaked at the Infra-Red scale. | 漸近的に平坦で輻射が支配的なフリードマン・ロバートソン・ウォーカー（FRW）宇宙において、ブラックホール形成の閾値は、従来考えられていたように、圧縮関数の最大値における挙動のみ（主に）によって決定されるのではなく、より小さな（しかし地平線を超える）スケールにおける3次元曲率（我々はこれを「コア」と呼ぶ）によっても決定されることを示す。 我々は、開いた（O）、閉じた（C）、または平坦な（F）FRWコアを、より高い3次元曲率を持つシェルで囲む3つの初期条件のクラスを見出した。 Cの場合、コアが崩壊を助長するため、ブラックホール形成閾値はすべてのケースの中で最も低くなる。 タイプIIブラックホールは、タイプOまたはF（それぞれ閾値が異なり、Oが最も高い）、あるいは有効Fコアを持つタイプCによってのみ生成される可能性がある。 最後に、鋭いパワースペクトルを持つFコアは典型的にはより可能性が高いが、非球形初期条件と関連している可能性も高いと主張する。 一方、観測されたNanoGrav信号と関連している可能性のある非常に広いパワースペクトルは、赤外線スケールでピークとなる質量スペクトルを持つタイプIブラックホールの形成に有利となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Primordial black holes (PBHs) can catalyze first-order phase transitions (FOPTs) in their vicinity, potentially modifying the gravitational wave (GW) signals from PTs. In this study, we investigate the GWs from strong PTs catalyzed by PBHs. We consider high PBH number densities, corresponding to asteroid-mass PBH dark matter (DM) when the GWs from FOPTs peak in the nanohertz band. We calculate the PBH-catalyzed FOPT GWs from both bubble collision GWs and scaler-induced gravitational waves (SIGWs). We find that while low PBH number densities amplify the GW signals due to the formation of large bubbles, high PBH number densities suppress them, as the accelerated phase transition proceeds too rapidly. This suppression renders the signals unable to explain pulsar timing array (PTA) observations. By conducting data fitting with the NANOGrav 15-year dataset, we find that the PBH catalytic effect significantly alters the estimation of PT parameters. Notably, our analysis of the bubble collision GWs reveals that, the asteroid-mass PBHs ($10^{-16} - 10^{-12} M_\odot$) as the whole dark matter is incompatible with the PT interpretation of pulsar timing array signals. However, incorporating SIGWs can reduce this incompatibility for PBHs in the mass range $10^{-14} - 10^{-12} M_\odot$. | 原始ブラックホール（PBH）は近傍で一次相転移（FOPT）を触媒し、PTからの重力波（GW）信号を変化させる可能性があります。 本研究では、PBHによって触媒される強力なPTからの重力波を調査する。 FOPTからの重力波がナノヘルツ帯でピークに達する場合、小惑星質量PBH暗黒物質（DM）に対応する高いPBH数密度を考慮する。 バブル衝突重力波とスケーラー誘起重力波（SIGW）の両方から、PBHによって触媒されるFOPT重力波を計算する。 その結果、低いPBH数密度では大きなバブルの形成により重力波信号が増幅される一方、高いPBH数密度では加速相転移が急速に進行するため、重力波信号が抑制されることがわかった。 この抑制により、信号はパルサータイミングアレイ（PTA）観測を説明できなくなります。 NANOGravの15年間のデータセットを用いてデータフィッティングを行った結果、PBHの触媒効果がPTパラメータの推定値を大きく変化させることが分かりました。 特に、バブル衝突重力波の解析により、小惑星質量PBH（$10^{-16} - 10^{-12} M_\odot$）は、暗黒物質全体としては、パルサータイミングアレイ信号のPT解釈と矛盾することが明らかになりました。 しかし、SIGWを組み込むことで、質量範囲$10^{-14} - 10^{-12} M_\odot$のPBHについてはこの矛盾を軽減できます。 |
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| Baryon Acoustic Oscillation (BAO) measurements play a key role in ruling out post-recombination solutions to the Hubble tension. However, because the data compression leading to these measurements assumes a fiducial $\Lambda$CDM cosmology, their reliability in testing late-time modifications to $\Lambda$CDM has at times been called into question. We play devil's advocate and posit that fiducial cosmology assumptions do indeed affect BAO measurements in such a way that low-redshift acoustic angular scales (proportional to the Hubble constant $H_0$) are biased low, and test whether such a rescaling can rescue post-recombination solutions. The answer is no. Firstly, strong constraints on the shape of the $z \lesssim 2$ expansion history from unanchored Type Ia Supernovae (SNeIa) prevent large deviations from $\Lambda$CDM. In addition, unless $\Omega_m$ is significantly lower than $0.3$, the rescaled BAO measurements would be in strong tension with geometrical information from the Cosmic Microwave Background. We demonstrate this explicitly on several dark energy (DE) models ($w$CDM, CPL DE, phenomenologically emergent DE, holographic DE, $\Lambda_s$CDM, and the negative cosmological constant model), finding that none can address the Hubble tension once unanchored SNeIa are included. We argue that the $\Lambda_s$CDM sign-switching cosmological constant model possesses interesting features which make it the least unpromising one among those tested. Our results demonstrate that possible fiducial cosmology-induced BAO biases cannot be invoked as loopholes to the Hubble tension "no-go theorem", and highlight the extremely important but so far underappreciated role of unanchored SNeIa in ruling out post-recombination solutions. | バリオン音響振動（BAO）測定は、ハッブル・テンションに対する再結合後解を排除する上で重要な役割を果たします。 しかし、これらの測定につながるデータ圧縮は、基準となる$\Lambda$CDM宇宙論を仮定しているため、$\Lambda$CDMの後期修正を検証する際の信頼性は、時として疑問視されてきました。 我々はあえて、基準となる宇宙論の仮定がBAO測定に実際に影響を与え、低赤方偏移の音響角スケール（ハッブル定数$H_0$に比例）が低くバイアスされていると仮定し、そのような再スケーリングが再結合後解を救済できるかどうかを検証します。 答えは「ノー」です。 まず、アンカーされていないIa型超新星（SNeIa）による$z \lesssim 2$膨張史の形状に対する強い制約により、$\Lambda$CDMからの大きな逸脱は防がれます。 さらに、$\Omega_m$が$0.3$より大幅に低くない限り、再スケールされたBAOの測定値は、宇宙マイクロ波背景放射からの幾何学的情報と強い張力関係にあると考えられます。 我々はこれをいくつかのダークエネルギー（DE）モデル（$w$CDM、CPL DE、現象論的創発DE、ホログラフィックDE、$\Lambda_s$CDM、負の宇宙定数モデル）で明示的に実証し、アンカーされていないSNeIaを含めると、どのモデルもハッブル張力に対処できないことを明らかにしました。 我々は、$\Lambda_s$CDM符号反転宇宙定数モデルが、検証されたモデルの中で最も有望な興味深い特徴を持っていると主張します。 我々の研究結果は、宇宙論に起因するBAOバイアスの可能性がハッブル・テンションの「ノーゴー定理」の抜け穴として利用できないことを実証し、再結合後の解決策を排除する上で、アンカーされていないSNeIaが極めて重要でありながらこれまで十分に評価されていない役割を浮き彫りにしている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The standard Wheeler-DeWitt approach to Quantum Cosmology leads to the problematic freeze of time. The reason is the enforcement of time re-parametrization invariance via the lapse function that is treated at least partially as an independent dynamical field. We show that the correct treatment of time re-parametrization gauge along the lines of the extended Hamiltonian formalism lifts the notorious ban on the cosmic time as evolution parameter in 3rd quantized cosmology. | 量子宇宙論に対する標準的なウィーラー＝デウィット的アプローチは、 問題のある時間の凍結につながる。 その理由は、少なくとも部分的には独立した力学場として扱われる減衰関数を介して、時間再パラメータ化不変性を強制することにある。 拡張ハミルトン形式論に沿って時間再パラメータ化ゲージを正しく扱うことで、 第三量子化宇宙論における進化パラメータとしての宇宙時間の悪名高い禁忌が解除されることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct perturbations of Minkowski spacetime in general relativity, when given initial data that decays inverse polynomially to initial data of a Kerr spacetime towards spacelike infinity. We show that the perturbations admit a regular conformal compactification at null and timelike infinity, where the degree of regularity increases linearly with the rate of decay of the initial data to Kerr initial data. In particular, the compactification is smooth if the initial data decays rapidly to Kerr initial data. This generalizes results of Friedrich, who constructed spacetimes with a smooth conformal compactification in the case when the initial data is identical to Kerr initial data on the complement of a compact set. Our results rely on a novel formulation of the Einstein equations about Minkowski spacetime introduced by the author, that allows one to formulate the dynamic problem as a quasilinear, symmetric hyperbolic PDE that is regular at null infinity and with null infinity being at a fixed locus. It is not regular at spacelike infinity, due to the asymptotics of Kerr. Thus the main technical task is the construction of solutions near spacelike infinity, using tailored energy estimates. To accomplish this, we organize the equations according to homogeneity with respect to scaling about spacelike infinity, which identifies terms that are leading, respectively lower order, near spacelike infinity, with contributions from Kerr being lower order. | 一般相対論において、カー時空の初期データに逆多項式的に減衰する初期データが与えられた場合、ミンコフスキー時空の摂動を構成する。 摂動は、零無限大および時間無限大において正則な共形コンパクト化を許し、その正則性の度合いは、初期データからカー初期データへの減衰率に比例して増加することを示す。 特に、初期データがカー初期データに急速に減衰する場合、コンパクト化は滑らかである。 これは、コンパクト集合の補集合上で初期データがカー初期データと同一である場合に、滑らかな共形コンパクト化を持つ時空を構成したフリードリヒの結果を一般化するものである。 我々の結果は、著者らが導入したミンコフスキー時空に関するアインシュタイン方程式の新たな定式化に基づいており、これにより、力学問題を準線型対称双曲型偏微分方程式として定式化することができる。 この偏微分方程式は、ヌル無限大で正則であり、ヌル無限大は固定された位置にある。 しかし、カーの漸近性のため、空間的無限大では正則ではない。 したがって、主要な技術的課題は、調整されたエネルギー推定値を用いて、空間的無限大近傍の解を構築することである。 これを実現するために、我々は、空間的無限大に関するスケーリングに関する同次性に従って方程式を整理する。 これは、空間的無限大近傍でそれぞれ低次の項を主導的に識別し、カーからの寄与は低次の項となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss photon rings around as well as shadows of Kerr black holes immersed in a swirling spacetime. We find that the spin-spin interaction between the angular momentum of the black hole and the swirling of the background leads to new interesting effects as it breaks the symmetry between the upper and lower hemispheres. One of the new features of the spin-spin interaction is the existence of up to three light rings for suitable choices of the angular momentum parameter $a$ and swirling parameter $j$. In comparison to the Schwarzschild black hole immersed in a swirling universe, the light rings typically all possess different radii. | 我々は、渦巻く時空に浸かったカーブラックホールの周囲の光子リングと影について議論する。 ブラックホールの角運動量と背景の渦巻との間のスピン-スピン相互作用が、上下半球間の対称性を破ることで、新たな興味深い効果をもたらすことを発見した。 スピン-スピン相互作用の新しい特徴の一つは、角運動量パラメータ$a$と渦巻パラメータ$j$を適切に選択することで、最大3つの光リングが存在することである。 渦巻く宇宙に浸かったシュワルツシルトブラックホールと比較すると、光リングは典型的にはそれぞれ異なる半径を持つ。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We complete our investigation into the residual symmetries of the Kerr-Schild double copy for the Schwarzschild solution. In the first paper in this series, we showed that the infinite-dimensional residual gauge algebra collapses to the finite-dimensional global isometries when restricted to Killing vectors. Here, we extend the analysis to proper conformal Killing vectors (CKVs), solving the field equations via the method of characteristics to obtain explicit conformal solutions. While asymptotic flatness and horizon regularity remove divergent contributions, the surviving components form a non-trivial infinite-dimensional algebra, revealing a structural mismatch with the canonical Schwarzschild solution. We resolve this by constructing a unified, Weyl-compensated BRST complex, showing that the infinite-dimensional modes are BRST-exact and do not correspond to physical degrees of freedom. This demonstrates the quantum consistency of the Kerr-Schild double copy, confirming that the physical spectrum is restricted to global isometries. | シュワルツシルト解に対するカー・シルト二重コピーの残差対称性に関する調査を完了する。 本シリーズの最初の論文では、無限次元残差ゲージ代数がキリングベクトルに制限されると有限次元大域等長変換に収束することを示した。 本稿では、この解析を適切な共形キリングベクトル（CKV）に拡張し、特性関数法を用いて場の方程式を解き、明示的な共形解を得る。 漸近平坦性と地平正則性によって発散寄与は除去されるが、残存する成分は非自明な無限次元代数を形成し、標準的なシュワルツシルト解との構造的不一致が明らかになる。 我々は、統一されたワイル補償BRST複体を構築することでこの不一致を解決し、無限次元モードがBRST正確であり、物理的な自由度に対応しないことを示す。 これはカー・シルト二重コピーの量子整合性を実証し、物理的スペクトルがグローバル等長変換に制限されていることを確認しています。 |
| 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 the second paper, 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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| Global monopoles are topological defects predicted by certain grand unified theories and have been extensively studied for their astrophysical and cosmological implications, including their distinctive spacetime geometry and characteristic gravitational lensing effects. Despite this interest, an exact solution for a global monopole remains elusive, with research largely confined to approximations of the static, spherically symmetric case. This paper addresses the fundamental question of whether a rotating global monopole can exist as a solution to the coupled Einstein-scalar field equations. We first prove that metrics generated by applying the Newman-Janis algorithm to the static monopole are inconsistent with the scalar field's equation of motion. Furthermore, we perform an asymptotic analysis for general static, axially symmetric spacetimes and establish that the only such solution that is regular at large distances is the spherically symmetric one. These results lead to the definitive conclusion that non-trivial, rotating global monopole solutions are forbidden within the framework of Einstein's general relativity. | グローバルモノポールは、ある大統一理論によって予言された位相的欠陥であり、その独特な時空幾何学や特徴的な重力レンズ効果を含む、天体物理学および宇宙論への示唆について広く研究されてきた。 こうした関心にもかかわらず、グローバルモノポールの正確な解は依然として解明されておらず、研究は主に静的で球対称な場合の近似に限られている。 本論文では、回転するグローバルモノポールが結合したアインシュタイン・スカラー場方程式の解として存在し得るかどうかという根本的な問題に取り組む。 まず、静的モノポールにニューマン・ジャニス法を適用して生成される計量が、スカラー場の運動方程式と矛盾することを証明する。 さらに、一般的な静的で軸対称な時空に対して漸近解析を行い、遠距離で正則となる唯一の解は球対称解であることを確立する。 これらの結果は、 非自明な回転する大域的モノポール解は、 アインシュタインの一般相対論の枠組みでは禁じられているという決定的な結論を導きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider properties of the gravitational path integral, ${Z}_{\text{grav}}$, of a four-dimensional gravitational effective field theory with $\Lambda>0$ at the quantum level. To leading order, ${Z}_{\text{grav}}$ is dominated by a four-sphere saddle subject to small fluctuations. Beyond this, ${Z}_{\text{grav}}$ receives contributions from additional geometries that may include Einstein metrics of positive curvature. We discuss how a general positive curvature Einstein metric contributes to ${Z}_{\text{grav}}$ at one-loop level. Along the way, we discuss Einstein-Maxwell theory with $\Lambda>0$, and identify an interesting class of closed non-Einstein gravitational instantons. We provide a detailed study for the specific case of $\mathbb{C}P^2$ which is distinguished as the saddle with second largest volume and positive definite tensor eigenspectrum. We present exact one-loop results for scalar particles, Maxwell theory, and Einstein gravity about the Fubini-Study metric on $\mathbb{C}P^2$. | 量子レベルで$\Lambda>0$となる4次元重力有効場理論の重力経路積分${Z}_{\text{grav}}$の特性を考察する。 ${Z}_{\text{grav}}$は、主要位数において、小さな変動を受ける4球面鞍型構造によって支配される。 これに加えて、${Z}_{\text{grav}}$は、正曲率のアインシュタイン計量を含む可能性のある追加の幾何学からの寄与を受ける。 一般的な正曲率のアインシュタイン計量が、1ループレベルでどのように${Z}_{\text{grav}}$に寄与するかを議論する。 その過程で、$\Lambda>0$となるアインシュタイン-マクスウェル理論を議論し、興味深い種類の閉じた非アインシュタイン重力インスタントンを特定する。 我々は、体積が2番目に大きく、テンソル固有スペクトルが正定値である鞍点として特徴付けられる$\mathbb{C}P^2$の特定のケースについて詳細な研究を行う。 $\mathbb{C}P^2$上のFubini-Study計量について、スカラー粒子、マクスウェル理論、およびアインシュタイン重力の正確な1ループ結果を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In a gauge theory, a collection of kinematical degrees of freedom is used to redundantly describe a smaller amount of gauge-invariant information. In a quantum error correcting code (QECC), a collection of computational degrees of freedom that make up a device's physical layer is used to redundantly encode a smaller amount of logical information. We elaborate this parallel in terms of quantum reference frames (QRFs), which are a universal toolkit for dealing with symmetries in quantum systems and which define the gauge theory analog of encodings. The result is a precise dictionary between QECCs and QRF setups within the perspective-neutral framework for gauge systems. Concepts from QECCs like error sets and correctability translate to novel insights into the informational architecture of gauge theories. Conversely, the dictionary provides a systematic procedure for constructing symmetry-based QECCs and characterizing their error correcting properties. In this initial work, we scrutinize the dictionary between Pauli stabilizer codes and their corresponding QRF setups. We show that there is a one-to-one correspondence between maximal correctable error sets and tensor factorizations splitting system from error-generated QRF degrees of freedom. Relative to this split, errors corrupt only redundant frame data, leading to a novel characterization of correctability. When passed through the dictionary, standard Pauli errors behave as electric excitations that are dual, via Pontryagin duality, to magnetic excitations related to gauge-fixing. This gives rise to a new class of correctable errors and a systematic error duality. We illustrate our findings in surface codes, which themselves connect quantum error correction with gauge systems. Our exploratory investigations pave the way for foundational applications to gauge theories and for eventual practical applications to quantum simulation. | ゲージ理論では、運動学的自由度の集合を用いて、少量のゲージ不変情報を冗長的に記述します。 量子誤り訂正符号（QECC）では、デバイスの物理層を構成する計算自由度の集合を用いて、少量の論理情報を冗長的に符号化します。 私たちはこの類似点を、量子系における対称性を扱うための普遍的なツールキットであり、符号化のゲージ理論版を定義する量子参照系（QRF）という観点から詳しく説明します。 その結果、ゲージ系の視点中立的な枠組みの中で、QECCとQRFの設定間の正確な辞書が作成されます。 QECCの誤り集合や訂正可能性といった概念は、ゲージ理論の情報アーキテクチャへの新たな洞察につながります。 逆に、この辞書は、対称性に基づくQECCを構築し、その誤り訂正特性を特徴付けるための体系的な手順を提供します。 この初期研究では、パウリ安定子コードとそれに対応するQRF設定間の辞書を精査する。 最大訂正可能誤差集合とテンソル分解との間には一対一の対応関係があり、誤差によって生成されるQRF自由度からシステムを分離することを示す。 この分離に関して、誤差は冗長なフレームデータのみを劣化させるため、訂正可能性の新しい特徴付けが得られる。 辞書を通過すると、標準パウリ誤差は、ポンチャギン双対性を介して、ゲージ固定に関連する磁気励起と双対な電気励起として振る舞う。 これにより、新しい種類の訂正可能誤差と系統的誤差双対性が生じる。 我々は、量子誤差訂正とゲージシステムを結び付ける表面コードを用いて、この発見を示す。 我々の探索的研究は、ゲージ理論への基礎的応用、そして最終的には量子シミュレーションへの実用的応用への道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Based on the magnetic reconnection mechanism, this study investigates how to extract energy effectively from an accelerating Kerr black hole in the plunging region and circular orbit region. After introducing the properties of accelerating black holes, including the event horizon, ergosphere, circular orbits, and innermost stable circular orbit, we investigate the magnetic reconnection process in the plunging region. Specifically, we analyze variations of the azimuthal angle with respect to the acceleration, examine changes in energy per enthalpy of decelerated plasma, and plot energy extraction efficiency along with permissible energy extraction regions. Results show that in the plunging region, at larger radii of reconnection locations, the accelerating black hole exhibits higher energy extraction efficiency than a Kerr black hole. Away from extremality, the acceleration parameter impedes energy extraction, while near extremality, it enhances extraction. We also study energy extraction in circular orbit region by plotting energy extraction efficiency within permissible regions. We find that the permissible energy extraction area is reduced and the efficiency exceeds that of Kerr black holes due to the existence of acceleration parameter. Larger acceleration parameters yield more effective energy extraction regardless of extremality, which is different from that in the plunging region. Additionally, energy extraction efficiency in the plunging region surpasses that in the circular orbit region, aligning with prior conclusions. | 本研究では、磁気リコネクション機構に基づき、加速するカーブラックホールから、突入領域と円軌道領域においてエネルギーを効果的に抽出する方法を検証する。 事象の地平線、エルゴスフィア、円軌道、最内側の安定円軌道など、加速するブラックホールの特性を紹介した後、突入領域における磁気リコネクション過程を検証する。 具体的には、加速度に対する方位角の変化を解析し、減速プラズマのエンタルピーあたりのエネルギー変化を調べ、エネルギー抽出効率と許容エネルギー抽出領域をプロットする。 結果は、突入領域において、リコネクション位置の半径が大きい場合、加速するブラックホールはカーブラックホールよりも高いエネルギー抽出効率を示すことを示している。 極限状態から離れた領域では、加速パラメータはエネルギー抽出を阻害するが、極限状態に近い領域では抽出を促進する。 また、許容領域内でのエネルギー抽出効率をプロットすることにより、円軌道領域におけるエネルギー抽出についても検討した。 加速パラメータの存在により、許容エネルギー抽出面積が減少し、効率はカーブラックホールの効率を上回ることがわかった。 加速パラメータが大きいほど、極限性に関わらず、より効果的なエネルギー抽出が得られるが、これは突入領域の場合とは異なる。 さらに、突入領域におけるエネルギー抽出効率は円軌道領域を上回り、これは以前の結論と一致している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Non-local gravity can potentially solve several problems of gravitational field both at Ultra-Violet and Infra-Red scales. However, such an approach has been formulated mainly in metric formalism. In this paper, we discuss non-local theories of gravity in the metric-affine framework. In particular, we study the dynamics of metric-affine analogue of some well-studied non-local theories, by treating the metric and the connection as independent fields. The approach gives the opportunity to deal with non-local gravity under a more general standard. Furthermore, we introduce some novel non-local metric-affine theories with no Riemannian analogue and investigate their dynamics. Finally we discuss some cosmological applications of our development. | 非局所重力は、紫外線および赤外線スケールの両方で、重力場のいくつかの問題を解決する可能性を秘めています。 しかしながら、このようなアプローチは主に計量形式論において定式化されてきました。 本論文では、計量アフィン枠組みにおける非局所重力理論について議論します。 特に、計量と接続を独立した場として扱うことで、いくつかのよく研究されている非局所理論の計量アフィン類似体のダイナミクスを研究します。 このアプローチは、より一般的な基準の下で非局所重力を扱う機会を提供します。 さらに、リーマン類似体を持たないいくつかの新しい非局所計量アフィン理論を紹介し、それらのダイナミクスを調査します。 最後に、私たちの開発の宇宙論的応用について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work introduces a novel three-fold classification of reference frames in General Relativity, distinguishing between Idealised Reference Frames (IRFs), Dynamical Reference Frames (DRFs), and Real Reference Frames (RRFs). By defining a reference frame as a set of degrees of freedom instantiated by a physical system, the work contrasts this notion with that of coordinate systems-purely mathematical idealisations lacking physical instantiation. This classification addresses two longstanding challenges in GR: (P1) the difficulty of defining local and gauge-invariant observables, and (P2) how to interpret diffeomorphism gauge freedom in physical terms rather than as merely a mathematical redundancy. Overall, this work clarifies the conceptual foundations in classical General Relativity, enhancing our understanding of gauge-symmetries, observers and laying the groundwork for future investigations in both classical and quantum gravitational contexts. | 本研究では、一般相対論における参照系を、理想化参照系（IRF）、動的参照系（DRF）、実参照系（RRF）の3つに区別する、新たな3つの分類を導入する。 参照系を物理系によって具体化された自由度の集合として定義することにより、本研究では、座標系の概念（物理的な具体化を欠いた純粋に数学的な理想化）と対比させる。 この分類は、一般相対論における2つの長年の課題、すなわち（P1）局所的かつゲージ不変な観測量を定義することの難しさ、および（P2）微分同相ゲージ自由度を単なる数学的な冗長性としてではなく、物理的な用語でどのように解釈するか、に対処する。 全体として、本研究は古典的な一般相対論の概念的基礎を明らかにし、ゲージ対称性や観測者に関する理解を深め、古典重力と量子重力の両方の文脈における将来の研究の基礎を築く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate two Dark Energy (DE) models characterized by higher-order derivatives of the Hubble parameter $H$, which generalize previously proposed DE scenarios. Assuming a power-law form of the scale factor $a(t)$ given by $a(t)=b_0t^n$, we derive analytical expressions for the DE energy density, pressure, the Equation of State (EoS) parameter, the deceleration parameter and the evolutionary form of the fractional DE density. Both non-interacting and interacting dark sector frameworks are examined, with the interaction modeled through a coupling term proportional to the Dark Matter (DM) energy density. For specific parameter sets corresponding to power-law indices $n=2$, $n=3$, and $n=4$, we compute the present age of the Universe. The values obtained slightly deviate from the observationally inferred age of $\approx 13.8$ Gyr; moreover, a systematic trend is identified, with larger $n$ leading to higher ages. Furthermore, interacting scenarios consistently predict larger ages compared to their non-interacting counterparts. These results highlight the phenomenological viability and limitations of higher-derivative DE models in describing the cosmic evolution. | 本研究では、ハッブルパラメータ$H$の高階微分によって特徴付けられる2つのダークエネルギー（DE）モデルを検証し、これまでに提案されたDEシナリオを一般化する。 スケールファクタ$a(t)$のべき乗形が$a(t)=b_0t^n$で与えられると仮定し、DEエネルギー密度、圧力、状態方程式（EoS）パラメータ、減速パラメータ、および分数DE密度の発展形に関する解析的表現を導出する。 相互作用しないダークセクターと相互作用するダークセクターの両方の枠組みを検討し、相互作用はダークマター（DM）エネルギー密度に比例する結合項によってモデル化される。 べき乗指数$n=2$、$n=3$、および$n=4$に対応する特定のパラメータセットについて、現在の宇宙の年齢を計算する。 得られた値は、観測から推定される年齢$\approx 13.8Gyrからわずかにずれている。 さらに、nが大きいほど年齢が高くなるという系統的な傾向が確認されています。 さらに、相互作用するシナリオは、相互作用しないシナリオと比較して、一貫して年齢が長くなると予測します。 これらの結果は、宇宙の進化を記述する上で、高階微分DEモデルの現象論的な実現可能性と限界を浮き彫りにしています。 |
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| We constrain the parameter space of the Bumblebee model within a cosmological background and investigate the properties of gravitational waves under the constrained parameter space. Specifically, we derive the conditions for the absence of ghost instability, Laplacian instability, and tachyonic instability for perturbations in a cosmological background. By incorporating the observed accelerated expansion of the universe and the observational constraints on tensor gravitational waves, we derive bounds on the parameter space of the Bumblebee model. We then examine the polarization modes, the propagation speeds, and the amplitude relations of gravitational waves within this constrained framework. Our results indicate that the non-minimal coupling parameter $\xi$ must be non-positive, and the Lorentz-violating parameter $\xi b^2$ has a lower bound on the order of $10^{-15}$. The propagation modes of gravitational waves in the Bumblebee model consist of two tensor modes, two vector modes, and a combination of two scalar modes. Notably, the tensor modes travel at subluminal speeds, whereas the vector and scalar modes propagate at superluminal speeds. These results provide a concrete theoretical framework and specific observational signatures for testing Lorentz invariance in the gravitational sector with future gravitational-wave detectors. | 我々はバンブルビー模型のパラメータ空間を宇宙論的背景の下で制約し、制約されたパラメータ空間下における重力波の性質を調べる。 具体的には、宇宙論的背景における摂動に対して、ゴースト不安定性、ラプラシアン不安定性、およびタキオン不安定性が存在しないための条件を導出する。 観測された宇宙の加速膨張とテンソル重力波に対する観測的制約を組み込むことで、バンブルビー模型のパラメータ空間の上限を導出する。 次に、この制約された枠組みの下で、重力波の偏光モード、伝播速度、および振幅関係を調べる。 我々の結果は、非最小結合パラメータ$\xi$は非正でなければならないこと、およびローレンツ対称性を破るパラメータ$\xi b^2$の下限が$10^{-15}$のオーダーであることを示している。 バンブルビーモデルにおける重力波の伝播モードは、2つのテンソルモード、2つのベクトルモード、そして2つのスカラーモードの組み合わせから構成されます。 特に、テンソルモードは光速以下で伝播するのに対し、ベクトルモードとスカラーモードは光速以上で伝播します。 これらの結果は、将来の重力波検出器を用いて重力領域におけるローレンツ不変性を検証するための具体的な理論的枠組みと具体的な観測的特徴を提供します。 |
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| We investigated the shadows and thin accretion disks of Einstein-Maxwell-Scalar (EMS) black hole. Firstly, we investigated the influence of EMS parameters on the black hole shadow using the null geodesic method and constrained these parameters based on EHT observations of M87* and Sgr A*. Furthermore, we analyzed the direct emission, lensing ring, and photon ring structures in EMS black hole. Comparing our results with the Schwarzschild and Reissner-Nordstr$\ddot{\mathrm{o}}$m (RN) black holes, we found that the Schwarzschild black hole exhibits the largest shadow radius and the highest observed intensity. | アインシュタイン・マクスウェル・スカラー（EMS）ブラックホールの影と薄い降着円盤を調査した。 まず、ヌル測地線法を用いてEMSパラメータがブラックホールの影に与える影響を調査し、M87*とSgr A*のEHT観測に基づいてこれらのパラメータを制限した。 さらに、EMSブラックホールの直接放射、レンズリング、光子リングの構造を解析した。 結果をシュワルツシルトブラックホールとライスナー・ノルドストラム（RN）ブラックホールと比較したところ、シュワルツシルトブラックホールは影の半径が最も大きく、観測された強度が最も高いことがわかった。 |
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|---|---|
| We consider a stochastic spectator scalar field coupled to fermion via the Yukawa interaction, in the inflationary de Sitter background. We consider the fermion to be massless, and take the one loop effective potential found earlier by using the exact fermion propagator in de Sitter spacetime. We take the potential for the spectator scalar to be quintessence-like, $V(\phi)=\alpha |\phi|^p$ ($\alpha \ensuremath{>} 0,\ p\ensuremath{>} 4$), so that the total effective potential is generically bounded from below for all values of the parameters and couplings, and a late time equilibrium state is allowed. Using next the stochastic spectral expansion method, we numerically investigate the two point correlation function, as well as the density fluctuations corresponding to the spectator field, with respect to the three parameters of the total effective potential, $\alpha,\ p$ and the Yukawa coupling, $g$. In particular, we find that the power spectrum and the spectral index corresponds to blue tilt with increasing $g$. The three point correlation function and non-Gaussianity corresponding to the density fluctuation has also been investigated. The increasing Yukawa coupling is shown to flatten the peak of the shape function in the squeezed limit. Also in this limit, the increase in the same is shown to increase the local non-Gaussianity parameter. | インフレーション・ド・ジッター背景において、湯川相互作用を介してフェルミオンと結合した確率的スペクテイター・スカラー場を考える。 フェルミオンは質量ゼロと仮定し、ド・ジッター時空における正確なフェルミオン伝播関数を用いて先に求めた1ループ有効ポテンシャルをとる。 スペクテイター・スカラーのポテンシャルはクインテッセンス型、$V(\phi)=\alpha |\phi|^p$ ($\alpha \ensuremath{>} 0,\ p\ensuremath{>} 4$) と仮定する。 これにより、全有効ポテンシャルはパラメータと結合のあらゆる値に対して下方から一般的に有界となり、後期平衡状態が許容される。 次に、確率的スペクトル展開法を用いて、全有効ポテンシャル$\alpha,\ p$と湯川結合$g$の3つのパラメータに関して、2点相関関数と、傍観者場に対応する密度揺らぎを数値的に調べる。 特に、パワースペクトルとスペクトル指数は$g$の増加に伴う青方傾斜に対応することがわかった。 密度揺らぎに対応する3点相関関数と非ガウス性についても調べた。 湯川結合の増加は、スクイーズ極限において形状関数のピークを平坦化することが示されている。 また、この極限において、形状関数の増加は、局所的な非ガウス性パラメータを増加させることが示されている。 |
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| We prove a coordinate- and foliation-independent Heisenberg-type lower bound for quantum states strictly localized in geodesic balls of radius $r$ on spacelike hypersurfaces of arbitrary spacetimes (with matter and a cosmological constant). The estimate depends only on the induced Riemannian geometry of the slice; it is independent of the lapse, shift, and extrinsic curvature, and controls the canonical momentum variance/uncertainty $\sigma_p$ by the first Dirichlet eigenvalue of the Laplace-Beltrami operator (Theorem). On weakly mean-convex balls we obtain the universal product inequality $\sigma_p\,r \ge \hbar/2$, whose constant is optimal and never attained (Corollary). This result abstracts and extends the framework recently introduced for black-hole slices in [10]. | 任意の時空（物質と宇宙定数を持つ）の空間的超曲面上の半径$r$の測地線球に厳密に局在する量子状態に対し、座標および葉脈構造に依存しないハイゼンベルク型下界を証明する。 この評価はスライスの誘導リーマン幾何学のみに依存し、ラプラス-ベルトラミ作用素の第一ディリクレ固有値によって正準運動量分散/不確定性$\sigma_p$を制御する（定理）。 弱平均凸球上では、普遍積不等式$\sigma_p\,r \ge \hbar/2$が得られ、その定数は最適であり、決して達成されない（系）。 この結果は、[10]で最近ブラックホールスライスに導入された枠組みを抽象化し拡張したものである。 |
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| Gravitational-wave (GW) emissions from core-collapse supernovae (CCSNe) provide insights into the internal processes leading up to their explosions. Theory predicts that CCSN explosions are driven by hydrodynamical instabilities like the standing accretion shock instability (SASI) or neutrino-driven convection, and simulations show that these mechanisms emit GWs at low frequencies ($\lesssim 0.25 \,{\rm kHz}$). Thus the detection of low-frequency GWs, or lack thereof, is useful for constraining explosion mechanisms in CCSNe. This paper introduces the dedicated-frequency framework, which is designed to follow-up GW burst detections using bandpass analyses. The primary aim is to study whether low-frequency (LF) follow-up analyses, limited to $\leq 256 \,{\rm Hz}$, constrain CCSN explosion models in practical observing scenarios. The analysis dataset comprises waveforms from five CCSN models with different strengths of low-frequency GW emissions induced by SASI and/or neutrino-driven convection, injected into the Advanced LIGO data from the Third Observing Run (O3). Eligible candidates for the LF follow-up must satisfy a benchmark detection significance and are identified using the coherent WaveBurst (cWB) algorithm. The LF follow-up analyses are performed using the BayesWave algorithm. Both cWB and BayesWave make minimal assumptions about the signal's morphology. The results suggest that the successful detection of a CCSN in the LF follow-up analysis constrains its explosion mechanism. The dedicated-frequency framework also has other applications. As a demonstration, the loudest trigger from the SN 2019fcn supernova search is followed-up using a high-frequency (HF) analysis, limited to $\geq 256 \,{\rm Hz}$. The trigger has negligible power below $256 \, {\rm Hz}$, and the HF analysis successfully enhances its detection significance. | 重力波バースト（CCSNe）からの重力波（GW）放射は、爆発に至るまでの内部過程に関する知見を提供します。 理論によれば、CCSNeの爆発は、定在降着衝撃波不安定性（SASI）やニュートリノ駆動対流などの流体力学的不安定性によって引き起こされると予測されており、シミュレーションでは、これらのメカニズムが低周波（$\lesssim 0.25 \,{\rm kHz}$）の重力波を放射することが示されている。 したがって、低周波の重力波の検出、あるいはその欠如は、CCSNeの爆発メカニズムの制約に有用である。 本論文では、バンドパス解析を用いて重力波バーストの検出を追跡するために設計された専用周波数フレームワークを紹介する。 主な目的は、$\leq 256 \,{\rm Hz}$ に制限された低周波（LF）追跡解析が、実際の観測シナリオにおいてCCSNの爆発モデルを制約するかどうかを検討することである。 解析データセットは、SASIおよび／またはニュートリノ駆動対流によって引き起こされる低周波重力波放射の強度が異なる5つのCCSNモデルの波形で構成され、Advanced LIGOの第3回観測ラン(O3)のデータに注入されています。 LFフォローアップの対象となる候補は、ベンチマーク検出有意性を満たす必要があり、コヒーレントWaveBurst（cWB）アルゴリズムを用いて識別されます。 LFフォローアップ解析はBayesWaveアルゴリズムを用いて行われます。 cWBとBayesWaveはどちらも、信号の形態に関する仮定は最小限です。 結果は、LFフォローアップ解析でCCSNが適切に検出された場合、その爆発メカニズムが限定されることを示唆しています。 専用周波数フレームワークは、他にも応用があります。 実証として、SN 2019fcn超新星探査における最も大きなトリガー現象を、高周波（HF）解析を用いて追跡調査した。 HF解析は$\geq 256 \,{\rm Hz}$に限定した。 トリガー現象は、$256 \,{\rm Hz}$以下では無視できるほど小さいため、HF解析によって検出の重要性が 高められた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Oscillons are long-lived nonlinear pseudo-solitonic configurations of scalar fields and many plausible inflationary scenarios predict an oscillon-dominated phase in the early universe. Many possible aspects of this phase remain unexplored, particularly oscillon-oscillon interactions and interactions between oscillons and their environment. However the primary long range forces between oscillons are gravitational and thus slow-acting relative to the intrinsic timescales of the oscillons themselves. Given that simulations with local gravity are computationally expensive we explore these effects by extracting individual specimens from simulations and then engineering interactions. We find that oscillons experience friction when moving in an inhomogeneous background and, because oscillons in non-relativistic collisions bounce or merge as a function of their relative phases, the outcomes of interactions between ``wild'' oscillons depend on their specific trajectories. | オシロンは長寿命の非線形擬ソリトン的スカラー場配置であり、多くの妥当なインフレーションシナリオは、初期宇宙においてオシロンが支配的な段階を予測しています。 この段階の多くの可能性のある側面、特にオシロン間相互作用やオシロンとその環境間の相互作用は未解明のままです。 しかし、オシロン間の主要な長距離力は重力であり、したがってオシロン自体の固有の時間スケールに比べて作用が遅いです。 局所重力を含むシミュレーションは計算コストが高いため、シミュレーションから個々の標本を抽出し、相互作用を設計することでこれらの効果を探ります。 我々は、振動子が不均一な背景中を移動する際に摩擦を受けることを発見した。 また、非相対論的衝突における振動子は、相対的な位相に応じて跳ね返ったり合体したりするため、振動子間の相互作用の結果は、それぞれの軌道に依存する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| An observable spacetime can be viewed as a "continuum" of worldline coincidences (events) between a particle system and the observers of an ideal extended reference frame (RF). When this frame is absent, the metric encodes the infinitesimal proper intervals between those events that the ideal RF would assign if it were present. Extending this idea to the quantum domain -- where events arise from interactions that generate correlations -- we propose that, within a small spacelike region, the metric encodes local correlations with a quantum RF, thereby dispensing with its physical presence. This framework yields the full nonlinear Einstein equation in two scenarios: either recovering the maximal vacuum entanglement hypothesis in the first-order limit of state perturbations or producing a reference spacetime whose scalar curvature equals the cosmological constant. | 観測可能な時空は、粒子系と理想的な拡張参照系（RF）の観測者との間の世界線一致（イベント）の「連続体」と見なすことができます。 この参照系が存在しないとき、計量は、理想的なRFが存在するならば割り当てられるであろうイベント間の微小な固有間隔を符号化します。 この考え方を量子領域（相関を生成する相互作用からイベントが発生する領域）に拡張し、我々は、小さな空間領域内において、計量は量子RFとの局所的な相関を符号化し、それによってその物理的な存在を不要にすることを提案します。 この枠組みは、2つのシナリオで完全な非線形アインシュタイン方程式をもたらします。 1つは、状態摂動の1次極限において最大真空エンタングルメント仮説を回復するか、スカラー曲率が宇宙定数に等しい参照時空を生成するかのいずれかです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this brief note, we demonstrate that the hyperboloidal foliation technique, applied to the study of black hole quasinormal modes, where the spatial boundary is shifted from spacelike infinity to the future event horizon and null infinity, is effectively equivalent to the continued fraction approach, in which the asymptotic wave function typically diverges at both ends of spatial infinity. Specifically, a given hyperboloidal slicing, corresponding to a particular choice of coordinates, always uniquely determines a scheme for extracting the asymptotic form of the wave function at the spatial boundary. Owing to the mathematical equivalence, it follows that the efficiency and precision observed using the hyperboloidal approach should be attributed, not to avoiding the pathological behavior at the spatial boundaries, but primarily to other factors, such as the use of Chebyshev grids. | この短い論文では、空間境界が空間的無限大から未来事象の地平線とヌル無限大へとシフトするブラックホール準正規モードの研究に適用される双曲面葉脈分割法が、漸近波動関数が典型的には空間的無限大の両端で発散する連分数アプローチと実質的に等価であることを示す。 具体的には、特定の座標選択に対応する与えられた双曲面スライスは、常に空間境界における波動関数の漸近形を抽出するためのスキームを一意に決定する。 この数学的等価性により、双曲面アプローチを用いて観測される効率と精度は、空間境界における異常な挙動の回避ではなく、主にチェビシェフ格子の使用などの他の要因に起因すると考えられる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Scalar fields in theories of gravity often inhabit a moduli space of vacua, and coherent spatial or temporal variations in their expectation values can produce measurable gravitational effects. Such variations are expected in contexts ranging from inflationary cosmology to the near-horizon regions of near-extremal black holes, where they can deflect light rays and shift horizons. This work derives a quantitative field excursion bound (FEB) on scalar variations along null geodesics, expressed in terms of the expansion parameter. The bound follows from the Raychaudhuri equation, assuming that all other fields satisfy the null energy condition (NEC). It is saturated in certain spacetimes containing a timelike naked singularity. A possible generalization to semiclassical spacetimes that violate the NEC, but satisfy a strengthened version of the quantum focusing condition (QFC), is proposed. In cosmology, the FEB constrains the extent of large field excursions to be linearly bounded by the number of e-folds, independent of the inflationary model. This has notable implications for anthropic scenarios, where large excursions are often invoked to access favorable vacua. | 重力理論におけるスカラー場はしばしば真空のモジュライ空間に存在し、その期待値の空間的または時間的なコヒーレントな変動は、測定可能な重力効果を生み出す可能性がある。 このような変動は、インフレーション宇宙論から近極ブラックホールの地平線近傍領域に至るまでの文脈で予想されており、そこでは光線を偏向させたり地平線をシフトさせたりすることができる。 本研究では、ヌル測地線に沿ったスカラー変動に対する定量的な場のエクスカーション境界（FEB）を、膨張パラメータを用いて導出する。 この境界は、他のすべての場がヌルエネルギー条件（NEC）を満たすと仮定して、Raychaudhuri方程式から導かれる。 この境界は、時間的裸の特異点を含む特定の時空では飽和する。 NECは破れるが、量子集束条件（QFC）の強化版を満たす半古典時空への一般化の可能性を提案する。 宇宙論において、FEBは、インフレーション模型とは無関係に、大きな場の逸脱の範囲をe-foldの数によって線形に制限します。 これは、好ましい真空に到達するために大きな場の逸脱がしばしば用いられる人類中心のシナリオにおいて、注目すべき意味を持ちます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The Weyl double copy formalism, which relates the Weyl spinor with the square of the field strength, is studied in the context of Hassan-Rosen bigravity for stationary and time-dependent solutions. We consider the dyonic Kerr-Newman-(A)dS solution and the Pleba\'nski-Demia\'nski metric in the context of bigravity. These solutions are studied in the Weyl double copy both with matter independently coupled and show that no massive modes are present in the Weyl spinor. The equations of motion for the gauge and scalar fields are those of Maxwell equations coupled to an external source, and massless Klein-Gordon equations with a conformal curvature term and an external source, all of them consistent with general relativity. For wave solutions, massive modes are manifest in the Weyl spinor and a formulation in bigravity for these massive modes is proposed. The resulting equations of motion are Proca equations with a conformal term and massive Klein-Gordon equations. In the case of the matter contributions for waves, we show how the resonance mass is present in equations of motion of the fields obtained from the Weyl double copy. The solutions studied are written in a Kerr-Schild form, connecting with the Kerr-Schild double copy. | ワイルスピノルを場の強度の2乗と関連付けるワイル二重コピー形式を、定常解および時間依存解に対するハッサン・ローゼン重重力の文脈で研究する。 重重力の文脈において、ダイオニックカー・ニューマン(A)dS解とプレバンスキー・デミアンスキー計量を考察する。 これらの解は、物質が独立に結合したワイル二重コピーにおいて研究され、ワイルスピノルには質量モードが存在しないことを示す。 ゲージ場とスカラー場の運動方程式は、外部ソースと結合したマクスウェル方程式、および共形曲率項と外部ソースを持つ質量ゼロのクライン・ゴルドン方程式であり、いずれも一般相対論と整合する。 波動解については、ワイルスピノルに質量モードが現れる。 これらの質量モードに対する重重力における定式化が提案されている。 得られた運動方程式は、共形項と質量を持つクライン＝ゴルドン方程式を含むプロカ方程式である。 波動に対する物質寄与の場合、共鳴質量がワイル二重コピーから得られる場の運動方程式にどのように存在するかを示す。 検討する解は、カー＝シルト二重コピーと接続するカー＝シルト形式で書かれる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider the background cosmological solutions in the $6D$ (six-dimensional) model with one time and five space coordinates. The theory of our interest has the action composed by the Einstein term, cosmological constant, and two conformal terms constructed from the third powers of the Weyl tensor. It is shown how the highest derivative terms in the equations of motion can be isolated that opens the way for their numerical integration. There are flat anisotropic solutions which make one of the flat isotropic subspaces to be static. Depending on the value of bare cosmological constant, either two-dimensional or three-dimensional subspace can be static. In particular, there is a physically favorable solution with three ``large'' space coordinates and two extra inner dimensions stabilized. This solution is stable for a wide range of coupling constants, but this requires a special value of the bare cosmological constant. | 我々は、1つの時間座標と5つの空間座標を持つ$6D$（6次元）モデルにおける背景宇宙論解を考察する。 我々が関心を持つ理論は、アインシュタイン項、宇宙定数、そしてワイルテンソルの3乗から構成される2つの共形項からなる作用を持つ。 運動方程式の最高微分項を分離し、数値積分への道を開く方法を示す。 平坦な等方性部分空間の1つを静的にする平坦な異方性解が存在する。 裸の宇宙定数の値に依存して、2次元または3次元の部分空間のいずれかが静的になり得る。 特に、3つの「大きな」空間座標と2つの余分な内部次元が安定化された、物理的に好ましい解が存在する。 この解は広い範囲の結合定数に対して安定であるが、裸の宇宙定数の特別な値を必要とする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present the first set of fully-nonlinear, necessary and sufficient conditions guaranteeing causal evolution of the initial data for the Israel-Stewart hydrodynamic equations with shear and bulk viscosity coupled to a nonzero baryon current. These constraints not only provide nonlinear causality: they also (a) guarantee the existence of a locally well-posed evolution of the initial data (they enforce strong hyperbolicity) when excluding the endpoints of the bounds, (b) arise from purely algebraic constraints that make no underlying symmetry assumptions on the degrees of freedom and (c) propagate the relevant symmetries of the degrees of freedom over the entire evolution of the problem. Our work enforces a mathematically rigorous foundation for future studies of viscous relativistic hydrodynamics with baryon-rich matter including neutron star mergers and heavy-ion collisions. | 我々は、剪断粘性および体積粘性を持つイスラエル・スチュワート流体力学方程式の初期データの因果的発展を保証する、初めて完全に非線形で必要かつ十分な条件を提示する。 これらの制約条件は、非線形因果性を与えるだけでなく、(a)境界の端点を除外した場合に初期データの局所的に適切な発展の存在を保証する（強い双曲性を強制する）、(b)自由度に関する根本的な対称性の仮定を一切行わない純粋に代数的な制約条件から生じ、(c)問題の発展全体にわたって自由度の関連する対称性を伝播する。 我々の研究は、中性子星合体や重イオン衝突を含む重粒子過剰物質の粘性相対論的流体力学の将来の研究のための数学的に厳密な基盤を強化する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We discuss the emission of pairs of photons by charges with generic worldlines in the Minkowski vacuum from the viewpoint of inertial observers and interpret them from the perspective of Rindler observers. We show that the emission of pairs of Minkowski photons corresponds, in general, to three distinct processes according to Rindler observers: scattering, and emission and absorption of pairs of Rindler photons. In the special case of uniformly accelerated charges, the radiation observed in the inertial frame can be fully described by the scattering channel in the Rindler frame. Therefore, the emission of pairs of Minkowski photons -- commonly referred to as Unruh radiation -- can be seen as further evidence supporting the Unruh effect. | 我々は、ミンコフスキー真空中における一般的な世界線を持つ電荷による光子対の放出について、慣性観測者の観点から考察し、リンドラー観測者の観点から解釈する。 ミンコフスキー光子対の放出は、リンドラー観測者によれば、一般に3つの異なる過程、すなわち散乱、リンドラー光子対の放出と吸収に対応することを示す。 均一に加速される電荷の特殊なケースにおいては、慣性系で観測される放射は、リンドラー系における散乱経路によって完全に記述できる。 したがって、ミンコフスキー光子対の放出（一般にウンルー放射と呼ばれる）は、ウンルー効果を支持するさらなる証拠と見なすことができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We investigate the accretion of a collisionless, relativistic kinetic gas by a rotating Kerr black hole, assuming that at infinity the state of the gas is described by a distribution function depending only on the energy of the particles. Neglecting the self-gravity of the gas, we show that relevant physical observables, including the particle current density and the accretion rates associated with the mass, the energy, and the angular momentum, can be expressed in the form of closed integrals that can be evaluated numerically or approximated analytically in the slow-rotation limit. The accretion rates are computed in this manner for both monoenergetic particles and the Maxwell-J\"uttner distribution and compared with the corresponding results in the non-rotating case. We show that the angular momentum accretion rate decreases the absolute value of the black hole spin parameter. It is also found that the rotation of the black hole has a small but non-vanishing effect on the mass and the energy accretion rates, which is remarkably well described by an analytic calculation in the slow-rotation approximation to quadratic order in the rotation parameter. The effects of rotation on the morphology of the accretion flow are also analyzed. | 回転するカーブラックホールによる、衝突のない相対論的運動気体の集積を、無限遠における気体の状態が粒子のエネルギーのみに依存する分布関数で記述されると仮定して調べる。 気体の自己重力を無視すると、粒子の電流密度や、質量、エネルギー、角運動量に関連する集積率などの関連する物理的観測量が、低速回転極限において数値的に評価または解析的に近似できる閉積分の形で表せることを示す。 この方法で、単一エネルギー粒子とマクスウェル・ジャントナー分布の両方について降着率を計算し、非回転の場合の対応する結果と比較する。 角運動量降着率はブラックホールスピンパラメータの絶対値を減少させることを示す。 また、ブラックホールの回転は質量とエネルギー降着率に小さいながらもゼロではない影響を与えることがわかった。 これは、回転パラメータの2乗のオーダーまでの低速回転近似による解析計算によって非常によく記述される。 回転が降着流の形態に与える影響も解析される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We derive an exact solution representing a Bondi-type stationary accretion of a kinetic (Vlasov) gas onto the Kerr black hole. The solution is exact in the sense that relevant physical quantities, such as the particle current density or the accretion rates, are expressed as explicit integrals, which can be evaluated numerically. We provide an analytic approximation which allows us to obtain simple formulas for the mass, energy, and angular momentum accretion rates. These formulas are used to derive characteristic time scales of the black hole mass growth and the associated spin-down in two different scenarios: assuming that the ambient energy density is either constant or decreases on a cosmological scale. | 我々は、カーブラックホールへの運動エネルギー（ブラソフ）ガスのボンディ型定常降着を表す厳密解を導出する。 この解は、粒子電流密度や降着率といった関連する物理量が明示的な積分として表現され、数値的に評価できるという意味で厳密である。 我々は、質量、エネルギー、角運動量の降着率に関する簡略な式を得ることを可能にする解析的近似を与える。 これらの式を用いて、ブラックホールの質量増加とそれに伴うスピンダウンの特徴的な時間スケールを、2つの異なるシナリオ（周囲のエネルギー密度が一定であるか、宇宙論的スケールで減少すると仮定）において導出する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this study, we investigate electromagnetic and Dirac field axial-perturbations of a charged regular black hole arising from quantum gravity effects, commonly referred to as the Frolov black hole, a regular (nonsingular) black hole solution. We derive the master wave equations for massless electromagnetic and Dirac perturbations and solve them using the standard Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) method along with Pad\'e approximation. From these solutions, we extract the dominant and overtone quasinormal mode (QNM) frequencies along with the associated grey-body factors, highlighting the deviations introduced by quantum gravity corrections compared to the classical case of Reissner-Nordstr\"om black hole. Furthermore, we analyze the Unruh-Verlinde temperature of this spacetime, providing quantitative estimates of how quantum gravity effects influence both quasinormal ringing and particle emission in nonsingular black hole models. | 本研究では、量子重力効果に起因する荷電正則ブラックホール（一般にフロロフブラックホールと呼ばれる、正則（非特異）ブラックホール解）の電磁場およびディラック場の軸摂動を調査する。 質量ゼロの電磁場およびディラック場摂動に対するマスター波動方程式を導出し、標準的なウェンツェル・クラマース・ブリルアン（WKB）法とパド近似を用いて解く。 これらの解から、支配的および倍音の準正規モード（QNM）周波数と関連する灰色体因子を抽出し、古典的なライスナー・ノルドストロームブラックホールの場合と比較して、量子重力補正によってもたらされる偏差を明らかにする。 さらに、この時空のウンルー・フェルリンデ温度を解析し、量子重力効果が非特異ブラックホールモデルにおける準正規リンギングと粒子放出の両方にどのように影響するかを定量的に推定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
We explore the three-point amplitude of curvature perturbations in scenarios
suggested by high-scale supersymmetry breaking in String Theory, where the
inflaton is forced to climb a steep exponential potential. We can do it at the
price of some simplifications, and more importantly with some assumptions on
the softening effects of String Theory. These suggest a scenario proposed long
ago by Gasperini and Veneziano, where the initial singularity is replaced by a
bounce, and the resulting analysis rests on a scale $\Delta$ that leaves some
signs in the angular power spectrum of the CMB. The amplitude comprises two
types of contribution: the first oscillates around the original result of
Maldacena and gives no further prospects to detect a non-Gaussian signal, but
the second, which is subtly tied to the turning point at the end of the
climbing phase, within the window 62| 弦理論における高スケール超対称性の破れによって示唆されるシナリオ、すなわちインフレーションが急激な指数関数的ポテンシャルを上昇せざるを得ないシナリオにおいて、曲率摂動の3点振幅を探索する。 いくつかの単純化を犠牲にし、さらに重要な点として、弦理論のソフト化効果に関するいくつかの仮定を置けば、これを行うことができる。 これらの仮定は、ガスペリーニとヴェネツィアーノによってずっと以前に提案されたシナリオを示唆している。 このシナリオでは、初期の特異点がバウンスに置き換えられ、結果として得られる解析はCMBの角度パワースペクトルに何らかの符号を残すスケール$\Delta$に基づいている。 振幅は2種類の寄与から成ります。 1つ目はマルダセナの元の結果を中心に振動しており、非ガウス性信号を検出する見込みはありません。 しかし、2つ目は上昇期の終わりの転換点に微妙に結びついており、インフレーションeフォールドの窓62 | |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The deflection of light rays near gravitating objects can be influenced not only by gravity itself but also by the surrounding medium. Analytical studies of such effects are possible within the geometrical optics approximation, where the medium introduces additional light bending due to refraction. These studies typically assume a cold non-magnetized plasma, for which light propagation is independent of the medium's velocity. In this paper, we extend the analysis to the general case of dispersive refractive media in motion and study its influence on light deflection. We consider an axially symmetric stationary spacetime filled with a moving medium, motivated by the interplay between rotational effects originating from the spacetime and those induced by the medium's motion. We begin by analyzing light deflection in the equatorial plane of a rotating object in the presence of a radially moving and rotating medium. Assuming a specific form of the refractive index enables a fully analytic treatment. In the particular cases of either pure radial or pure rotational motion, we obtain explicit expressions for the deflection angle. Next, we analyze the case of a slowly moving medium and identify two particularly interesting results. First, we show that, to the first order in the medium's velocity, the radial motion does not affect the light deflection. Second, assuming slow rotation of the gravitating object, we demonstrate that the black hole rotation and the medium motion can produce equivalent observational signatures. We find the quantitative condition under which these effects compensate each other. This relation becomes particularly clear for a Kerr black hole, discussed as an example. | 重力物体近傍における光線の偏向は、重力そのものだけでなく、周囲の媒質の影響も受けます。 このような効果の解析的研究は、媒質が屈折によって付加的な光の屈折をもたらす幾何光学近似の範囲内で可能です。 これらの研究では通常、光の伝播が媒質の速度に依存しない、冷たい非磁化プラズマを仮定します。 本論文では、この解析を運動する分散屈折媒質の一般的なケースに拡張し、光の偏向への影響を研究します。 我々は、時空に起因する回転効果と媒質の運動によって誘発される回転効果との相互作用に着目し、運動媒質で満たされた軸対称の静止時空を考察します。 まず、放射状に運動し回転する媒質が存在する場合における、回転物体の赤道面における光の偏向を解析します。 屈折率の特定の形状を仮定することで、完全な解析的処理が可能になります。 純粋な動径運動または純粋な回転運動の特定のケースにおいて、偏向角の明示的な表現を得る。 次に、ゆっくりと移動する媒質の場合を解析し、特に興味深い2つの結果を特定する。 第一に、媒質の速度の一次オーダーまで、動径運動は光の偏向に影響を与えないことを示す。 第二に、重力物体のゆっくりとした回転を仮定すると、ブラックホールの回転と媒質の運動が同等の観測シグネチャーを生み出す可能性があることを示す。 これらの効果が互いに相殺し合う定量的な条件を見出す。 この関係は、例として論じたカーブラックホールの場合に特に明確になる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Following the recent evidence for a gravitational wave (GW) background found by pulsar timing array (PTA) experiments, the next major science milestone is resolving individual supermassive black hole binaries (SMBHBs). The detection of these systems could arise via searches using a power-based GW anisotropy model or a deterministic template model. In Schult et al. 2025, we compared the efficacy of these models in constraining the GW signal from a single SMBHB using realistic, near-future PTA datasets, and found that the full-signal deterministic continuous wave (CW) search may achieve detection and characterization first. Here, we continue our analyses using only the CW model given its better performance, focusing now on characterization milestones. We examine the order in which CW parameters are constrained as PTA data are accumulated and the signal-to-noise ratio (S/N) grows. We also study how these parameter constraints vary across sources of different sky locations and GW frequencies. We find that the GW frequency and strain are generally constrained at the same time (or S/N), closely followed by the sky location, and later the chirp mass (if the source is highly evolving) and inclination angle. At fixed S/N, sources at higher frequencies generally achieve better precision on the GW frequency, chirp mass, and sky location. The time (and S/N) at which the signal becomes constrained is dependent on the sky location and frequency of the source, with the effects of pulsar terms and PTA geometry playing crucial roles in source detection and localization. | パルサータイミングアレイ（PTA）実験によって発見された重力波（GW）背景放射の最近の証拠に続き、次の主要な科学的マイルストーンは、個々の超大質量ブラックホール連星（SMBHB）を分離することです。 これらのシステムの検出は、電力ベースの重力波異方性モデルまたは決定論的テンプレートモデルを用いた探索によって実現する可能性があります。 Schult et al. 2025では、現実的な近未来のPTAデータセットを用いて、単一のSMBHBからの重力波信号を制限するこれらのモデルの有効性を比較し、フルシグナル決定論的連続波（CW）探索が最初に検出と特性評価を達成できる可能性があることを発見しました。 ここでは、より優れた性能を持つCWモデルのみを用いて解析を継続し、特性評価のマイルストーンに焦点を当てます。 PTAデータが蓄積され、信号対雑音比（S/N）が向上するにつれて、CWパラメータがどのような順序で制限されるかを調べます。 また、これらのパラメータ制約が、天空の位置や重力波周波数が異なる源間でどのように変化するかについても研究しました。 重力波周波数と歪みは一般的に同時に（またはS/N比で）制約され、それに続いて天空の位置、そしてチャープ質量（源が急速に進化している場合）と傾斜角が制約されることが分かりました。 S/N比が一定の場合、高周波数の源は一般的に、重力波周波数、チャープ質量、天空の位置に関してより高い精度を達成します。 信号が制約される時間（およびS/N比）は、天空の位置と源の周波数に依存し、パルサー項とPTA形状の影響が源の検出と位置特定において重要な役割を果たします。 |