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| 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。 |
| 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 require a positive value for the cosmological constant. Solution to resolve this discrepancy is known in the framework of string theory however, it might describe unstable worlds. Other options include modified $\Lambda$CDM models with sign switching cosmological constant (known as $\Lambda_s$ cosmology), but the sign flip is introduced into the models manually. Additional studies consider Asymptotically Safe (AS) quantum gravity by using Renormalization Group (RG), however their disadvantage is the omission 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 $T$, 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宇宙定数を予測する一方、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るが、不安定な世界を記述する可能性がある。 他の選択肢としては、符号反転宇宙定数（$\Lambda_s$宇宙論として知られる）を用いた修正$\Lambda$CDMモデルが挙げられるが、符号反転は手動でモデルに導入される。 さらなる研究では、繰り込み群（RG）を用いた漸近安全（AS）量子重力が検討されているが、その欠点は初期宇宙において重要である温度が考慮されていないことである。 本稿では、この矛盾を解決するために、修正熱RG法を用いる提案を提示する。 この方法では、温度パラメータ$T$は、時空葉理構造と同様に、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。 我々のシナリオでは、RGスケール$k$がゼロに送られても、次元のある$T$ではなく、無次元の温度$\tau = T/k$が一定に保たれ、弦理論は非常に高温で起こると仮定されますが、中間温度および低温ではAS量子重力が起こります。 我々は、非常に高温でのAS量子重力モデルの修正された熱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なることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| If the Universe has non-trivial spatial topology, observables depend on both the parameters of the spatial manifold and the position and orientation of the observer. In infinite Euclidean space, most cosmological observables arise from the amplitudes of Fourier modes of primordial scalar curvature perturbations. Topological boundary conditions replace the full set of Fourier modes with specific linear combinations of selected Fourier modes as the eigenmodes of the scalar Laplacian. In this paper we consider the non-orientable Euclidean topologies \E{7}--\E{10}, \E{13}--\E{15}, and \E{17}, encompassing the full range of manifold parameters and observer positions, generalizing previous treatments. Under the assumption that the amplitudes of primordial scalar curvature eigenmodes are independent random variables, for each topology we obtain the correlation matrices of Fourier-mode amplitudes (of scalar fields linearly related to the scalar curvature) and the correlation matrices of spherical-harmonic coefficients of such fields sampled on a sphere, such as the temperature of the cosmic microwave background (CMB). We evaluate the detectability of these correlations given the cosmic variance of the CMB sky. We find that in manifolds where the distance to our nearest clone is less than about $1.2$ times the diameter of the last scattering surface of the CMB, we expect a correlation signal that is larger than cosmic variance noise in the CMB. Our limited selection of manifold parameters are exemplary of interesting behaviors, but not necessarily representative. Future searches for topology will require a thorough exploration of the parameter space to determine what values of the parameters predict statistical correlations that are convincingly attributable to topology.[Abridged] | 宇宙が非自明な空間位相を持つ場合、観測量は空間多様体のパラメータと観測者の位置と向きの両方に依存する。 無限ユークリッド空間では、宇宙論的観測量のほとんどは、原始スカラー曲率摂動のフーリエモードの振幅から生じる。 位相境界条件は、フーリエモードの完全な集合を、選択されたフーリエモードの特定の線形結合で置き換え、スカラーラプラシアンの固有モードとする。 本論文では、これまでの扱いを一般化し、多様体パラメータと観測者の位置の全範囲を包含する非有向ユークリッド位相 \E{7}--\E{10}、\E{13}--\E{15}、および \E{17} を考察する。 原始的スカラー曲率固有モードの振幅が独立確率変数であるという仮定の下、各位相について、（スカラー曲率に線形関係にあるスカラー場の）フーリエモード振幅の相関行列と、球面上でサンプリングされたそのような場の球面調和係数（例えば宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の温度）の相関行列を得る。 CMBスカイの宇宙分散を与えられた場合のこれらの相関の検出可能性を評価する。 最も近いクローンまでの距離がCMBの最終散乱面の直径の約1.2倍未満である多様体では、CMBにおける宇宙分散ノイズよりも大きな相関信号が期待されることがわかった。 我々が選択した限られた多様体パラメータは、興味深い挙動の例証となるが、必ずしも代表的ではない。 トポロジーの今後の探索には、 パラメータ空間を徹底的に探索し、 どのようなパラメータ値がトポロジーに起因する統計的相関を予測するかを決定する必要がある。 [要約] |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves from black hole binary mergers carry information about the component spins, but inference is sensitive to analysis assumptions, which may be broken by terrestrial noise transients known as glitches. Using a variety of simulated glitches and gravitational wave signals, we study the conditions under which glitches can bias spin measurements. We confirm the theoretical expectation that inference and subtraction of glitches invariably leaves behind residual power due to statistical uncertainty, no matter the strength (signal-to-noise ratio; SNR) of the original glitch. Next we show that low-SNR glitches - including those below the threshold for flagging data-quality issues - can still significantly bias spin inference. Such biases occur for a range of glitch morphologies, even in cases where glitches and signals are not precisely aligned in phase. Furthermore, we find that residuals of glitch subtraction can result in biases as well. Our results suggest that joint inference of the glitch and gravitational wave parameters, with appropriate models and priors, is required to address these uncertainties inherent in glitch mitigation via subtraction. | ブラックホール連星合体からの重力波は、構成するスピンに関する情報を運びますが、その推論は解析上の仮定に左右され、グリッチと呼ばれる地球の過渡的ノイズによって破られる可能性があります。 様々なグリッチと重力波信号をシミュレートし、グリッチがスピン測定にバイアスを与える条件を研究します。 グリッチの推論と減算は、元のグリッチの強度（信号対雑音比；SNR）に関わらず、統計的不確実性のために必ず残差パワーを残すという理論的予想を確認します。 次に、低SNRグリッチ（データ品質の問題を警告する閾値を下回るものも含む）は、依然としてスピン推論に大きなバイアスを与える可能性があることを示します。 このようなバイアスは、グリッチと信号の位相が正確に揃っていない場合でも、さまざまなグリッチの形態で発生します。 さらに、グリッチ減算の残差もバイアスをもたらす可能性があることを発見しました。 我々の研究結果は、減算によるグリッチ軽減に内在するこれらの不確実性に対処するには、適切なモデルと事前分布を用いたグリッチと重力波パラメータの共同推論が必要であることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We argue that a high pressure phase transition of relativistic matter to a state with negative energy density, which leads to the formation of horizonless black hole mimickers, can also give rise to the appearance of ``little red dots''. The energy source for the dots is the release of latent energy from the phase transition, and their redness is a result of this release taking place in a central region of exponentially small positive $g_{00}$, and hence very high gravitational redshift. | 我々は、相対論的物質が負のエネルギー密度を持つ状態へと高圧相転移を起こし、地平線のないブラックホール模倣体が形成されることで、「小さな赤い点」が出現する可能性があると主張する。 これらの点のエネルギー源は相転移による潜在エネルギーの解放であり、その赤い色は、この解放が指数関数的に小さい正の$g_{00}$、つまり非常に高い重力赤方偏移の中心領域で起こる結果である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the area and volume laws for entanglement of free quantum scalar fields. In addition to the entropy, we use the notion of the capacity of entanglement, which measures entropy fluctuations. We consider flat spacetimes as well as the curved ones relevant for cosmology. Moreover, we put special emphasis on quench phenomena and different geometries of the entangling surfaces. First, we show that, in the Minkowski spacetime, the capacity of entanglement, like entropy, exhibits the area law for two kinds of geometries of the entangling surfaces: the sphere and strip. Moreover, we show that the ratio of both quantities takes the same values for both surfaces. Next, we turn our attention to quenches. Namely, we analyse the dynamics of capacity; in particular, contribution of the volume and surface terms. Moreover, we compare these results with theoretical predictions resulting from the quasiparticles model. In the second part, we consider the above issues for the FLRW spaces; especially, for de Sitter space as well as a metric modeling the transition to radiation-dominated era. Finally, we analyse the abrupt quenches in de Sitter space. | 自由量子スカラー場のエンタングルメントにおける面積法則と体積法則を研究する。 エントロピーに加えて、エントロピー揺らぎを測定するエンタングルメント容量の概念を用いる。 平坦時空と宇宙論に関連する曲がった時空の両方を考察する。 さらに、クエンチ現象とエンタングルメント面の様々な形状に特に重点を置く。 まず、ミンコフスキー時空において、エンタングルメント容量はエントロピーと同様に、球面とストリップの2種類のエンタングルメント面の形状に対して面積法則を示すことを示す。 さらに、両方の量の比が両方の面で同じ値を取ることを示す。 次に、クエンチに注目する。 具体的には、容量のダイナミクス、特に体積項と表面積項の寄与を解析する。 さらに、これらの結果を準粒子モデルから得られる理論的予測と比較する。 第二部では、FLRW空間における上記の問題について考察する。 特に、ド・ジッター空間と、放射線優勢時代への移行をモデル化する計量について考察する。 最後に、ド・ジッター空間における急激なクエンチを解析する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In recent years, the shape of the photon ring in black holes images has been argued to provide a sharp test of the Kerr hypothesis for future black hole imaging missions. In this work, we confront this proposal to beyond Kerr geometries and investigate the degeneracy in the estimations of the black hole parameters using the circlipse shape proposed by Gralla and Lupsasca. To that end, we consider a model-independent parametrization of the deviations to the Kerr black hole geometry, dubbed Kerr off shell (KOS), which preserves the fundamental symmetry structure of Kerr known as the Killing tower. Besides exhibiting a Killing tensor and thus a Carter-like constant, all the representants of this family also possess a Killing-Yano tensor and are of Petrov type D. The allowed deviations to Kerr, selected by the symmetry, are encoded in two free functions which depend respectively on the radial and polar angle coordinates. Using the symmetries, we provide an analytic study of the radial and polar motion of photon trajectories generating the critical curve, to which the subrings composing the photon ring converge. This allows us to derive a ready-to-use closed formula for the parametric critical curve in term of the free functions parametrizing the deviations to Kerr. Using this result, we confront the circlipse fitting function to four examples of Kerr-like objects and we show that it admits a high degree of degeneracy. At a given inclination, the same circlipse can fit both a Kerr black hole of a given mass and spin $(M,a)$ or a modified rotating black hole with different mass and spin parameters $(M,a)$ and a new parameter $\alpha$. Therefore, future tests of the Kerr hypothesis could be achieved only provided one can measure independently the mass and spin of the black hole to break this degeneracy. | 近年、ブラックホール画像における光子リングの形状は、将来のブラックホール撮像ミッションにおいてカー仮説を鋭く検証する材料となると主張されている。 本研究では、この提案をカー幾何学を超えて検証し、グララとルプサスカによって提案された円弧形状を用いたブラックホールパラメータ推定における退化を調査する。 そのために、カーブラックホール幾何学からの偏差をモデルに依存しないパラメータ化、すなわちカーオフシェル（KOS）を考察する。 KOSは、キリングタワーとして知られるカーの基本的な対称性構造を維持する。 この族の代表例はすべて、キリングテンソル、ひいてはカーター型定数を示すことに加え、キリング-ヤノテンソルも持ち、ペトロフ型D型である。 対称性によって選択されるカーへの許容偏差は、それぞれ動径角座標と極角座標に依存する2つの自由関数に符号化される。 これらの対称性を用いて、光子リングを構成する部分環が収束する臨界曲線を生成する光子軌道の動径方向および極方向の運動を解析的に研究する。 これにより、カーへの偏差をパラメータ化する自由関数を用いて、パラメータ臨界曲線のすぐに使用可能な閉じた式を導出することができる。 この結果を用いて、カー型物体の4つの例に円弧フィッティング関数を適用し、それが高度な退化を許容することを示す。 与えられた傾斜角において、同じ円弧は、与えられた質量とスピン $(M,a)$ を持つカーブラックホールにも、異なる質量とスピンパラメータ $(M,a)$ と新しいパラメータ $\alpha$ を持つ修正された回転ブラックホールにも適合します。 したがって、カー仮説の将来の検証は、ブラックホールの質量とスピンを独立に測定してこの縮退を破ることができた場合にのみ達成できます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A key signature of general relativity is that the two scalar potentials $\Phi$ and $\Psi$, when expressed in the longitudinal gauge, are equal in the absence of fluids with anisotropic stress. This is often expressed by stating that their ratio, the "gravitational slip", is equal to unity. However, the equality of $\Phi$ and $\Psi$ is typically broken in alternative theories of gravity. Observational constraints on the slip parameter are therefore of direct interest for testing Einstein's theory. In this paper we derive theory-independent expressions for the slip parameter on both large and small scales in Friedmann cosmologies, expressing it as a function of the post-Newtonian parameters. This is the final ingredient required for a complete parameterization of dust and dark energy-dominated cosmologies within the framework of Parameterized Post-Newtonian Cosmology (PPNC), which allows for the fully self-consistent modelling of cosmological observables without assuming any specific theory of gravity. | 一般相対論の重要な特徴は、2つのスカラーポテンシャル$\Phi$と$\Psi$が、縦方向ゲージで表された場合、異方性応力を持つ流体がない場合には等しいということである。 これはしばしば、それらの比、すなわち「重力滑り」が1に等しいと表現される。 しかし、$\Phi$と$\Psi$の等式は、他の重力理論では典型的に破れる。 したがって、滑りパラメータに対する観測的制約は、アインシュタインの理論を検証する上で直接的な関心事となる。 本論文では、フリードマン宇宙論における大規模および小規模スケールの両方において、滑りパラメータの理論に依存しない表現式を導出し、ポストニュートンパラメータの関数として表現する。 これは、パラメータ化ポストニュートン宇宙論（PPNC）の枠組みの中で、塵と暗黒エネルギーが支配的な宇宙論を完全にパラメータ化するために必要な最終的な要素であり、特定の重力理論を仮定することなく、宇宙論的観測量の完全な自己無撞着なモデル化を可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| When debris from a star that experienced a tidal disruption events (TDE) after passing too close to a massive black hole returns to pericenter on the second passage, it is compressed, leading to the formation of nozzle shocks (in the orbital plane) and pancake shocks (perpendicular to the orbital plane). Resolving these shocks is a long-standing problem in the hydrodynamic simulations of parabolic TDEs. Excessive numerical energy dissipation or heating unrealistically expands the stream. In this Letter, we apply adaptive particle refinement to our 3D general relativistic smoothed particle simulations to locally increase the resolution near the pericenter. We achieve resolutions equivalent to $6.55\times10^{11}$ particles, allowing us to converge on the true energy dissipation. We conclude that only $4\times10^{-5}$ of the orbital energy is dissipated in nozzle shocks for a Sun-like star tidally disrupted by a $10^6$ solar-mass black hole, therefore the nozzle shocks are unlikely to be important in the evolution of TDEs. | 巨大ブラックホールに接近しすぎて潮汐破壊現象（TDE）を経験した恒星の破片が、2回目の通過で近点に戻る際、圧縮され、ノズル衝撃波（軌道面内）とパンケーキ衝撃波（軌道面に垂直）の形成につながる。 これらの衝撃波を解くことは、放物型TDEの流体力学シミュレーションにおける長年の課題である。 過度の数値的エネルギー散逸や加熱は、流れを非現実的なほどに拡大させる。 本論文では、3次元一般相対論的平滑化粒子シミュレーションに適応型粒子細分化を適用し、近点付近の解像度を局所的に向上させる。 その結果、$6.55\times10^{11}$粒子に相当する解像度を達成し、真のエネルギー散逸に収束することができた。 太陽質量の10^6のブラックホールによって潮汐破壊を受けた太陽型恒星の場合、ノズルショックで散逸する軌道エネルギーはわずか$4\times10^{-5}$に過ぎないと結論付けられ、したがってノズルショックはTDEの進化において重要ではないと考えられる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a quantum-cosmological framework in which the inflationary potential emerges from the structure of the wave function of the universe rather than being postulated. Starting from the Wheeler-DeWitt equation for a flat Friedmann-Robertson-Walker minisuperspace, we express the wave function in terms of an amplitude and a phase and, in a semiclassical regime where the expansion dominates the field's evolution, separate these into purely geometric and purely field-dependent pieces. This yields a closed expression for an emergent potential that makes transparent the roles of the cosmological constant, the momenta associated with expansion and field dynamics, and quantum corrections from the amplitude. Slow-roll conditions follow from properties of the phase and amplitude, leading to wave-function-level expressions for the usual slow-roll parameters and to direct links between cosmic microwave background observables and derivatives of the phase. The approach ties inflation to the quantum state of the universe and suggests testable relationships between cosmological data and features of the wave function. | 我々は、インフレーションポテンシャルが仮定されるのではなく、宇宙の波動関数の構造から現れる量子宇宙論的枠組みを構築する。 平坦なフリードマン・ロバートソン・ウォーカー・ミニ超空間のホイーラー・デウィット方程式から出発し、波動関数を振幅と位相で表現し、膨張が場の発展を支配する半古典的領域において、これらを純粋に幾何学的な部分と純粋に場に依存する部分に分離する。 これにより、宇宙定数、膨張と場のダイナミクスに関連する運動量、そして振幅からの量子補正の役割を明らかにする、出現ポテンシャルの閉じた表現が得られる。 位相と振幅の特性からスローロール条件が導かれ、通常のスローロールパラメータの波動関数レベルの表現と、宇宙マイクロ波背景放射の観測量と位相の微分との直接的な関連が得られる。 このアプローチは、インフレーションを宇宙の量子状態と結び付け、宇宙論データと波動関数の特徴との間の検証可能な関係を示唆する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We give an example of non-minimal pre-big bang scenario able to produce the PTA signal considering a modified evolution of the high-curvature string phase, including the contribution of high-energy string sources. We use a fluid-dinamical model of sources and show that their effective viscosity breaks the $S$-duality symmetry of the tensor-axion perturbation spectra, as in general expected for the non-minimal scenario. | 我々は、高エネルギー弦理論の寄与を含む、高曲率弦理論の位相の修正された発展を考慮し、PTA信号を生成可能な非極小プレビッグバンシナリオの例を示す。 我々は、弦理論の流体力学的モデルを用いて、その有効粘性が、非極小シナリオで一般に予想されるように、テンソル-アクシオン摂動スペクトルの$S$双対性対称性を破ることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This study explores how the spontaneous violation of Lorentz symmetry -- modeled through a black hole solution in the context of bumblebee gravity -- affects the propagation and dynamics of neutrinos. The investigation centers on three distinct aspects: the rate of energy deposition due to neutrino-antineutrino pair annihilation, modifications to the neutrino oscillation phase driven by the underlying spacetime structure, and the influence of gravitational lensing on flavor conversion probabilities. To support the theoretical considerations, numerical simulations are conducted for oscillation probabilities in a two-flavor framework, taking into account both normal and inverted mass orderings. For comparison, the outcomes are juxtaposed with those obtained in a different Lorentz-violating background, namely, a black hole solution within Kalb-Ramond gravity. | 本研究では、ローレンツ対称性の自発的破れ（マルハナバチ重力の枠組みにおけるブラックホール解を通してモデル化）がニュートリノの伝播とダイナミクスにどのような影響を与えるかを探求する。 研究は、ニュートリノ-反ニュートリノ対消滅によるエネルギー付与率、基礎となる時空構造によって引き起こされるニュートリノ振動位相の変化、そして重力レンズ効果によるフレーバー変換確率への影響という3つの異なる側面に焦点を当てる。 理論的考察を裏付けるため、2フレーバー枠組みにおいて、通常質量順序と逆質量順序の両方を考慮した振動確率の数値シミュレーションを実施する。 比較のために、結果は、ローレンツ対称性を破る異なる背景、すなわちカルブ-ラモンド重力内のブラックホール解で得られた結果と並置する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The James Webb Space Telescope (JWST) has unveiled a population of unexpectedly massive and luminous galaxies at redshifts $z \gtrsim 7$, posing a significant challenge to the standard $\Lambda$CDM cosmological paradigm. In this work, we address the tension between early JWST observations of luminous high-redshift galaxies and predictions of the standard $\Lambda$CDM model by revisiting the physics of dark matter halo formation. Employing refined halo mass functions derived by Del Popolo \textit{et al.} (DP1 and DP2) that incorporate angular momentum, dynamical friction, and redshift-dependent collapse barriers, we demonstrate a significant enhancement in the abundance of massive halos at $z \gtrsim 7$ compared to the conventional Sheth-Tormen (ST) formalism. Using a semi-empirical framework linking halo mass to UV luminosity, we show that the DP2 model reproduces the observed UV luminosity functions from $z = 7$ to $14$ with moderate star formation efficiencies, whereas the ST model requires implausibly high efficiencies. Our results suggest that the JWST overabundance problem stems not from new physics beyond $\Lambda$CDM, but from oversimplified treatments of gravitational collapse, highlighting the critical role of small-scale dissipative dynamics in early structure formation. | ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、赤方偏移$z \gtrsim 7$において予想外に質量が大きく明るい銀河の集団を発見し、標準的な$\Lambda$CDM宇宙論パラダイムに大きな挑戦を突きつけている。 本研究では、暗黒物質ハロー形成の物理を再検討することにより、JWSTによる初期の高赤方偏移の明るい銀河の観測と標準的な$\Lambda$CDMモデルの予測との間の緊張関係に取り組む。 デル・ポポロら（DP1およびDP2）によって導出された、角運動量、動的摩擦、および赤方偏移依存の崩壊障壁を組み込んだ改良されたハロー質量関数を用いることで、従来のシェス・トーメン（ST）形式と比較して、$z \gtrsim 7$における大質量ハローの存在量が大幅に増加することを示した。 ハロー質量と紫外線光度を結び付ける半経験的枠組みを用いて、DP2モデルは観測された紫外線光度関数を、中程度の星形成効率で再現することを示す。 一方、STモデルは、信じられないほど高い星形成効率を必要とする。 我々の結果は、JWSTの過剰存在問題は、$\Lambda$CDMを超える新しい物理ではなく、重力崩壊の過度に単純化された扱いに起因することを示唆しており、初期構造形成における小規模散逸ダイナミクスの重要な役割を浮き彫りにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave astronomy has opened an unprecedented window onto tests of gravity and fundamental physics in the strong-field regime. In this study, we examine a series of well-motivated deviations from the classical Kerr solution of General Relativity and employ gravitational wave data to place constraints on possible deviations from the Kerr geometry. The method involves calculating the phase of gravitational waves using the effective one-body formalism and then applying the parameterized post-Einsteinian framework to constrain the parameters appearing in these scenarios beyond General Relativity. The effective one-body method, known for its capability to model complex gravitational waveforms, is used to compute the wave phase, and the post-Einsteinian framework allows for a flexible, model-independent approach to parameter estimation. We demonstrate that gravitational wave data provide evidence supporting the Kerr nature of black holes, showing no significant deviations from General Relativity, thereby affirming its validity within the current observational limits. This work bridges theoretical waveform modeling with observational constraints, providing a pathway to test the no-hair theorem and probe the astrophysical viability of modified black holes. | 重力波天文学は、強場領域における重力と基礎物理学の検証に前例のない扉を開いた。 本研究では、一般相対論の古典カー解からの一連の十分に根拠のある逸脱を検証し、重力波データを用いてカー幾何学からの逸脱の可能性に制約を課す。 この手法は、有効一体形式を用いて重力波の位相を計算し、次にパラメータ化されたポストアインシュタインの枠組みを適用して、一般相対論を超えるこれらのシナリオに現れるパラメータを制限する。 複雑な重力波形をモデル化できることで知られる有効一体法は、波の位相を計算するために用いられ、ポストアインシュタインの枠組みは、パラメータ推定に対する柔軟でモデルに依存しないアプローチを可能にする。 重力波データは、ブラックホールのカー性質を支持する証拠を提供し、一般相対性理論からの大きな逸脱を示さないことを実証し、現在の観測限界内での一般相対性理論の妥当性を裏付けました。 本研究は、理論的な波形モデリングと観測的制約を橋渡しし、無毛定理を検証し、改変ブラックホールの天体物理学的実現可能性を探る道筋を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The discovery of supermassive black holes with masses $\gtrsim 10^9 M_\odot$ at redshifts $z\gtrsim 10$ challenges conventional formation scenarios based on baryonic accretion and mergers within the first few hundred million years. We propose an alternative channel in which ultralight scalar dark matter undergoes dark-to-black conversion via quasi-bound state depletion around black hole seeds. We estimate the accretion rate of the scalar field as a function of the boson mass parameter $\mu$ and the black hole mass $M_{\rm BH}$, and integrate this rate over cosmological timescales. Our results show that once a critical value of $\mu M_{\rm BH}$ is reached, scalar field accretion becomes highly efficient, enabling substantial black hole growth even from relatively small initial seed masses. For boson masses $\mu \sim 10^{-19}-10^{-16}\,\mathrm{eV}$, black hole seeds of $10^2-10^5 M_\odot$ can reach $10^6-10^8 M_\odot$ within $\sim 10^8$ yr. This dark-to-black mechanism provides a natural pathway for the rapid formation of massive black holes in the early universe, offering a potential probe of the microphysical nature of dark matter. | 質量が$\gtrsim 10^9 M_\odot$で赤方偏移が$z\gtrsim 10$の超大質量ブラックホールの発見は、最初の数億年以内のバリオン集積と合体に基づく従来の形成シナリオに疑問を投げかけている。 我々は、超軽量スカラー暗黒物質がブラックホールシードの周囲で準束縛状態の減少を経て暗黒状態から黒色状態への転換を起こすという代替経路を提案する。 我々は、スカラー場の集積率をボソン質量パラメータ$\mu$とブラックホール質量$M_{\rm BH}$の関数として推定し、この率を宇宙論的時間スケールにわたって積分する。 我々の結果は、$\mu M_{\rm BH}$の臨界値に達すると、スカラー場の集積が非常に効率的になり、比較的小さな初期シード質量からでもブラックホールが大きく成長することを可能にすることを示している。 ボソン質量 $\mu \sim 10^{-19}-10^{-16}\,\mathrm{eV}$ の場合、$10^2-10^5 M_\odot$ のブラックホールの種は、$\sim 10^8$ 年以内に$10^6-10^8 M_\odot$ に達する可能性があります。 このダーク・トゥ・ブラック機構は、初期宇宙における大質量ブラックホールの急速な形成の自然な経路を提供し、暗黒物質の微視的物理的性質を探る潜在的な手がかりとなります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Linearized Einstein-Weyl equations are solved precisely in the context of sandwich gravitational waves. The neutrino's energy-momentum depends on the geometry and composition of the gravitational pulse when it is scattered. Since the background remains unchanged at the test field level, the neutrino's energy density will exhibit fluctuations between positive and negative extremes when traversing the sandwich wave. These variations could provide insights into the behavior of models concerning neutrino oscillations. | 線形化アインシュタイン・ワイル方程式は、サンドイッチ重力波の文脈において正確に解かれる。 ニュートリノのエネルギー運動量は、散乱時の重力パルスの形状と構成に依存する。 背景はテストフィールドレベルでは変化しないため、ニュートリノのエネルギー密度は、サンドイッチ波を横切る際に正と負の両極端の間で変動する。 これらの変動は、ニュートリノ振動に関するモデルの挙動についての知見をもたらす可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This article is a status report on the Anholonomic Frame and Connection Deformation Method, AFCDM, for constructing generic off-diagonal exact and parametric solutions in general relativity, GR, relativistic geometric flows, and modified gravity theories, MGTs. Such models can be generalized to nonassociative and noncommutative star products on phase spaces and modelled equivalently as nonassociative Finsler-Lagrange-Hamilton geometries. Our approach involves a nonholonomic geometric reformulation of classical models of gravitational and matter fields described by Lagrange and Hamilton densities on relativistic phase spaces. Using nonholonomic dyadic variables, the Einstein equations in GR and MGTs can be formulated as systems of nonlinear partial differential equations(PDEs), which can be decoupled and integrated in some general off-diagonal forms. In this approach, the Lagrange and Hamilton dynamics and related models of classical and quantum evolution are equivalently described in terms of generalized Finsler-like or canonical metrics and (nonlinear) connection structures on deformed phase spaces defined by solutions of modified Einstein equations. New classes of exact and parametric solutions in (nonassociative) MGTs are formulated in terms of generating and integration functions and generating effective/ matter sources. The physical interpretation of respective classes of solutions depends on the type of (non) linear symmetries, prescribed boundary/ asymptotic conditions, or posed Cauchy problems. | 本稿は、一般相対論（GR）、相対論的幾何フロー、修正重力理論（MGT）における一般的な非対角厳密解およびパラメトリック解を構築するための非ホロノミック・フレーム・アンド・コネクション変形法（AFCDM）の現状報告である。 このようなモデルは、位相空間上の非結合的かつ非可換なスター積に一般化でき、非結合的なフィンスラー・ラグランジュ・ハミルトン幾何学として等価にモデル化できる。 本アプローチは、相対論的位相空間上のラグランジュ密度とハミルトン密度で記述される重力場と物質場の古典的モデルを非ホロノミックな幾何学的再定式化することを伴う。 非ホロノミックな二項変数を用いることで、一般相対論および修正重力理論におけるアインシュタイン方程式は、いくつかの一般的な非対角形式で分離・積分可能な非線形偏微分方程式（PDE）の系として定式化できる。 このアプローチでは、ラグランジュ・ハミルトン力学、および関連する古典的・量子的発展モデルは、一般化されたフィンスラー型または正準計量と、修正アインシュタイン方程式の解によって定義される変形位相空間上の（非線形）接続構造によって等価的に記述されます。 （非結合的）MGTにおける新しいクラスの厳密解およびパラメトリック解は、生成関数および積分関数と生成有効源／物質源の観点から定式化されます。 それぞれのクラスの解の物理的解釈は、（非）線形対称性、規定された境界条件／漸近条件、または提示されたコーシー問題の種類に依存します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Todays astrometry has reached the micro-arcsecond level in angular measurements of celestial objects. The next generations of astrometric facilities are aiming at the sub-micro-arcsecond scale. Sub-micro-arcsecond astrometry requires a considerable improvement in the theory of light propagation in the curved space-time of the solar system. In particular, it is indispensable to determine light trajectories to the second order of the post-Newtonian scheme, where the monopole and quadrupole structure of some solar system bodies need to be taken into account. In reality, both the light source as well as the observer are located at finite spatial distances from the gravitating body. This fact implies for the need to solve the boundary value problem of light propagation, where the light trajectory is fully determined by the spatial positions of source and observer and its unit direction at past infinity. This problem has been solved in a recent investigation. A practical relativistic model of observational data reduction necessitates the determination of the unit tangent vector along the light trajectory at the spatial position of the observer, which is determined by a sequence of several basic transformations. The determination of this unit tangent vector allows one to calculate the impact of the monopole and quadrupole structure of solar system bodies on light deflection on the sub-micro-arcsecond level, both for stellar light sources as well as for light sources located in the solar system. Numerical values for the magnitude of light deflection caused by the monopole and quadrupole structure of the body are given for grazing light rays at the giant planets. The model GREM is presently used for data reduction of the ESA astrometry mission Gaia. It is shown how the implementation of these basic transformations into GREM would proceed for possible future space astrometry missions. | 今日の位置天体測定は、天体の角度測定においてマイクロ秒角レベルに達しています。 次世代の位置天体測定施設は、サブマイクロ秒角スケールを目指しています。 サブマイクロ秒角の位置天体測定には、太陽系の曲がった時空における光伝播理論の大幅な改良が必要です。 特に、ポストニュートン力学系の2次の光軌跡を決定することが不可欠であり、太陽系天体の単極子構造や四極子構造を考慮する必要があります。 実際には、光源と観測者はともに重力天体から有限の空間距離に位置しています。 この事実は、光伝播の境界値問題を解く必要があることを意味します。 境界値問題では、光軌跡は光源と観測者の空間位置、および過去の無限遠における単位方向によって完全に決定されます。 この問題は最近の研究で解決されました。 観測データ処理の実用的な相対論的モデルは、観測者の空間位置における光の軌跡に沿った単位接線ベクトルの決定を必要とし、これはいくつかの基本変換の連続によって決定される。 この単位接線ベクトルの決定により、太陽系天体の単極子構造および四極子構造が、恒星光源と太陽系内に存在する光源の両方について、サブマイクロ秒角レベルの光偏向に与える影響を計算することができる。 巨大惑星をかすめる光線について、天体の単極子構造および四極子構造によって引き起こされる光偏向の大きさの数値が与えられている。 GREMモデルは現在、ESAの位置天体測定ミッションGaiaのデータ処理に使用されている。 これらの基本変換をGREMに実装することで、将来の宇宙位置天体測定ミッションにおいてどのように進められるかを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| These notes review theoretical models of massive black hole formation, growth and observables. They start with a brief summary of basic properties of massive black hole properties. The current view on massive black holes and active galactic nuclei at high redshift is then summarized, highlighting the JWST ``revolution'' and the questions raised by the recent observations. The notes then touch on massive black hole formation and growth mechanisms, emphasizing the processes at play at early cosmic times. Then techniques for modeling the cosmic massive black hole evolution, are reviewed with an emphasis on cosmological simulations, before approaching how observables are derived from models. They conclude with a section reflecting on the main questions on the JWST-discovered population in light of the material presented in the earlier sections. | 本稿では、巨大ブラックホールの形成、成長、そして観測量に関する理論モデルを概説する。 まず、巨大ブラックホールの基本的な性質について簡潔にまとめる。 次に、巨大ブラックホールと高赤方偏移における活動銀河核に関する現在の見解を要約し、JWSTの「革命」と最近の観測によって提起された疑問に焦点を当てる。 次に、巨大ブラックホールの形成と成長のメカニズムに触れ、宇宙初期に作用していたプロセスに重点を置く。 次に、宇宙における巨大ブラックホールの進化をモデル化する手法について、宇宙論的シミュレーションに重点を置いて概説し、その後、モデルから観測量がどのように導き出されるかを検討する。 最後に、前節で提示された資料を踏まえ、JWSTで発見されたブラックホール群に関する主要な疑問について考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Space-times exhibiting spontaneous Lorentz symmetry-breaking have recently attracted much attention, with Kalb-Ramond (KR) gravity providing a notable example. In this context, we examine the free-fall motion of a test particle toward an electrically charged black hole arising from the coupling of the KR field with the Maxwell one in General Relativity. We investigate how the Lorentz symmetry-breaking parameter affects the free-fall velocity of the particle as it approaches black hole inner regions. Additionally, we analyze the influence of this parameter on the emission and detection of signals by observers in different frames. We furthermore explore modifications to the radial and angular components of tidal forces in this space-time and compare the results with those obtained for the Reissner-Nordstr\"om black hole. Finally, we analytically solve the geodesic deviation equation under two different conditions, identifying a subtle effect of the Lorentz symmetry breaking parameter in the charged KR metric, and compare it with two other space-time metrics with spontaneous symmetry breaking. These findings provide useful insights into how models of spontaneous Lorentz symmetry-breaking influence gravitational dynamics in the space-times of charged black holes. | 自発的にローレンツ対称性が破れる時空は近年大きな注目を集めており、カルプ・ラモンド（KR）重力理論はその顕著な例である。 この文脈において、我々は一般相対論におけるKR場とマクスウェル場の結合から生じる、荷電ブラックホールに向かうテスト粒子の自由落下運動を調べる。 ローレンツ対称性の破れパラメータが、ブラックホール内部領域に接近する粒子の自由落下速度にどのように影響するかを調べる。 さらに、このパラメータが、異なる系における観測者による信号の放出と検出に及ぼす影響を解析する。 さらに、この時空における潮汐力の動径成分と角度成分の修正を検討し、その結果をライスナー・ノルドストローム・ブラックホールで得られた結果と比較する。 最後に、2つの異なる条件下で測地線偏差方程式を解析的に解き、荷電KR計量におけるローレンツ対称性の破れパラメータの微妙な影響を特定し、それを自発的対称性の破れを伴う他の2つの時空計量と比較する。 これらの知見は、自発的ローレンツ対称性の破れのモデルが荷電ブラックホールの時空における重力ダイナミクスにどのように影響するかについて有用な洞察を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Perturbations of the Kerr black hole are notoriously difficult to describe in the metric formalism and are usually studied in terms of perturbations of the Weyl scalars. In this work, we focus on the algebraically special linear perturbations (ASLP) of the Kerr geometry and show how one can describe this subsector of the perturbations solely using the metric formulation. To that end, we consider the most general twisting algebraically special solution space of vacuum General Relativity. By linearizing around the Kerr solution, we obtain two coupled partial differential wave equations describing the dynamics of the Kerr ASLP. We provide an algorithm to solve them analytically in the small spin approximation up to third order, providing the first exact solution of this kind in the metric formulation. Then, we use this framework to study the stationary zero modes of the Kerr geometry. We present the exact analytical form of the shifts in mass and spin together with the required change of coordinates needed to identify them. Finally, we also provide for the first time closed expressions for the solution-generating perturbations generating the NUT and acceleration charges, thus deforming the Kerr solution to the linearized Kerr-NUT and spinning C-metric. These results provide a first concrete and rare example of perturbations of the Kerr black hole which can be treated entirely in the metric formulation. They can serve as a useful testbed to search for hidden symmetries of the Kerr perturbations. | カーブラックホールの摂動は計量形式論で記述するのが非常に困難であることで知られており、通常はワイルスカラーの摂動として研究される。 本研究では、カー幾何学の代数的特殊線型摂動（ASLP）に焦点を当て、この摂動のサブセクターを計量形式論のみを用いてどのように記述できるかを示す。 そのために、真空一般相対論の最も一般的なねじれ代数的特殊解空間を考える。 カー解の周りを線型化することで、カーASLPのダイナミクスを記述する2つの結合偏微分波動方程式を得る。 我々は、これらを小スピン近似で3次まで解析的に解くアルゴリズムを提供し、計量形式論におけるこの種の最初の厳密解を与える。 次に、この枠組みを用いてカー幾何学の定常零モードを研究する。 質量とスピンのシフトの正確な解析形式と、それらを識別するために必要な座標変換を示す。 最後に、我々は初めて、NUTと加速電荷を生成する解生成摂動の閉じた表現式を与え、カー解を線形化されたカーNUTと回転C計量へと変形する。 これらの結果は、計量定式化で完全に扱えるカーブラックホールの摂動の、具体的かつ稀有な最初の例を提供する。 これらは、カー摂動の隠れた対称性を探索するための有用なテストベッドとして役立つ可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Galaxy observations suggest there is about one merger of supermassive black hole binaries (SMBHB) throughout the observable universe in a year. Here, we introduce the methodology to search for gravitational waves from these events with Pulsar Timing Arrays (PTAs). Modelling the inspiral, the merger, the ringdown, and the gravitational wave memory components of the signal in simulated data, we demonstrate a proof of principle for detection and parameter estimation. We study a few representative SMBHB mergers with chirp masses spanning $10^{8} - 10^{10}~M_\odot$ at distances from a few Mpc to 100~Mpc to asses their detectability in PTA observations. Assuming the fixed binary inclination angle of $90^{\circ}$ corresponding to the maximum displacement memory signal, these signals appear distinct for a PTA with 25 pulsars timed for 13 years with 100 ns precision. We demonstrate the capabilities of PTAs to constrain chirp masses and distances of detected merging binaries, as well as to place limits. The sky position uncertainties of the order of $1^{\circ}$, which we find in this optimistic example, could potentially enable electromagnetic follow-up and multi-messenger observations of SMBHB mergers. Finally, we show that the measurement uncertainties on the parameters of simulated merging binaries depend weakly on the presence of the gravitational wave background with Hellings-Downs correlations in our simulated data. | 銀河観測によると、観測可能な宇宙全体では、年間約1回の超大質量ブラックホール連星（SMBHB）の合体が起きている。 本稿では、パルサー・タイミング・アレイ（PTA）を用いて、これらのイベントからの重力波を探索する方法論を紹介する。 シミュレーションデータを用いて、信号のインスパイラル、合体、リングダウン、そして重力波メモリ成分をモデル化し、検出とパラメータ推定の原理実証を示す。 数Mpcから100Mpcの距離にある、チャープ質量が$10^{8} - 10^{10}~M_\odot$に及ぶ代表的なSMBHB合体を研究し、PTA観測における検出可能性を評価する。 最大変位記憶信号に対応する連星傾斜角$90^{\circ}$を固定すると、これらの信号は、100ns精度で13年間測定された25個のパルサーを含むPTAにおいて明確に区別できる。 我々は、PTAが、検出された合体連星のチャープ質量と距離を制限し、限界を設定する能力を示す。 この楽観的な例で発見された$1^{\circ}$オーダーの天空位置の不確実性は、SMBHB合体の電磁気追跡観測とマルチメッセンジャー観測を可能にする可能性がある。 最後に、シミュレートされた合体連星のパラメータの測定不確実性は、シミュレートされたデータにおいてヘリングス・ダウンズ相関を持つ重力波背景の存在に弱く依存することを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper explores cosmological scenarios in a scalar-tensor theory of gravity, including both a non-minimal coupling with scalar curvature of the form $R\phi^2$ and a non-minimal derivative coupling of the form $G^{\mu\nu}\phi_{,\mu}\phi_{,\nu}$ in the presence of a scalar field potential with the monomial dependence $V(\phi) = V_0\phi^n$. Critical points of the system were obtained and analyzed. In the absence of a scalar field potential, stability conditions for these points were determined. Using methods of dynamical systems theory, the asymptotic behavior of the model was analyzed. It was shown that in the case of $V(\phi)\equiv0$ or $n < 2$, a quasi-de Sitter asymptotic behavior exists, corresponding to an early inflationary universe. This asymptotic behavior in the approximation $V_0 \rightarrow 0,\ \xi \rightarrow 0$ coincides with the value $H = \frac{1}{\sqrt{9|\eta|}}$ obtained in works devoted to cosmological models with non-minimal kinetic coupling. For $|\xi|\ \rightarrow \infty$, this asymptotic behavior tends to the value $H = \frac{1}{\sqrt{3|\eta|}}$. Moreover, unstable regimes with phantom expansion $w_{eff} < -1$ were found for the early dynamics of the model. For the late dynamics, the following stable asymptotic regimes were obtained: a power-law expansion with $w_{eff} \ge 1$, an expansion with $w_{eff} =\frac{1}{3}$ ($V(\phi)\equiv0$), at which the effective Planck mass tends to zero, and an exponential expansion with $w_{eff} = 0$ as $n = 2$. In this case, the asymptotic value of the Hubble parameter depends only on $V_0 = \frac{1}{2}m^2$ and $\xi$. Numerical integration of the model dynamics was performed for specific values of the theory parameters. The results are presented as phase portraits. | 本論文では、スカラー-テンソル重力理論における宇宙論的シナリオを探求する。 これには、$R\phi^2$ の形のスカラー曲率を持つ非最小結合と、$G^{\mu\nu}\phi_{,\mu}\phi_{,\nu}$ の形の非最小微分結合の両方が含まれる。 これらの結合は、単項式依存性 $V(\phi) = V_0\phi^n$ を持つスカラー場ポテンシャルが存在する場合に生じる。 システムの臨界点が求められ、解析された。 スカラー場ポテンシャルがない場合、これらの点の安定条件が決定された。 力学系理論の手法を用いて、モデルの漸近的挙動が解析された。 $V(\phi)\equiv0$ または $n < 2$ の場合、初期インフレーション宇宙に対応する準ド・ジッター漸近的挙動が存在することが示された。 近似$V_0 \rightarrow 0,\ \xi \rightarrow 0$におけるこの漸近的挙動は、非最小運動学的結合を持つ宇宙論モデルに関する研究で得られた値$H = \frac{1}{\sqrt{9|\eta|}}$と一致する。 $|\xi|\ \rightarrow \infty$の場合、この漸近的挙動は値$H = \frac{1}{\sqrt{3|\eta|}}$に近づく。 さらに、このモデルの初期ダイナミクスにおいて、ファントム膨張$w_{eff} < -1$となる不安定領域が見出された。 後期ダイナミクスについては、以下の安定な漸近領域が得られた：$w_{eff} \ge 1$ のべき乗展開、有効プランク質量がゼロに近づく $w_{eff} = \frac{1}{3}$ ($V(\phi)\equiv0$) の展開、そして $n = 2$ のとき $w_{eff} = 0$ となる指数展開。 この場合、ハッブルパラメータの漸近値は $V_0 = \frac{1}{2}m^2$ と $\xi$ のみに依存する。 モデルダイナミクスの数値積分は、理論パラメータの特定の値に対して実行された。 結果は位相ポートレートとして示されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Einstein-bumblebee gravity is one of the simplest vector-tensor theories that realizes spontaneous Lorentz symmetry breaking. In this work, we first construct an exact dyonic Reissner-Nordstr\"om-like black hole solution in four dimensions, carrying both electric and magnetic charges and admitting general topological horizons. We then study its thermodynamic properties, and employ the Wald formalism to compute the conserved mass and entropy, thereby establishing the first law of black hole thermodynamics. Furthermore, we generalize these results to Taub-Newman-Unti-Tamburino case and higher dimensions case. | アインシュタイン-バンブルビー重力は、自発的なローレンツ対称性の破れを実現する最も単純なベクトルテンソル理論の一つです。 本研究では、まず、電荷と磁荷の両方を持ち、一般的な位相地平を許容する、4次元の正確なダイオニック・ライスナー-ノルドストローム型ブラックホール解を構築します。 次に、その熱力学的性質を調べ、ワルド形式を用いて保存質量とエントロピーを計算し、ブラックホール熱力学の第一法則を確立します。 さらに、これらの結果をタウブ-ニューマン-アンティ-タンブリーノの場合および高次元の場合に一般化します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| While the majority of gravitational wave (GW) events observed by the LIGO and Virgo detectors are consistent with mergers of binary black holes (BBHs) on quasi-circular orbits, some events are also consistent with non-zero orbital eccentricity, indicating that the binaries could have formed via dynamical interactions. Moreover, there may be GW events which show support for spin-precession, eccentricity, or both. In this work, we study the interplay of spins and eccentricity on the parameter estimation of GW signals from BBH mergers. We inject eccentric signals with no spins, aligned spins, and precessing spins using hybrids, TEOBResumS-DALI, and new Numerical Relativity (NR) simulations, respectively, and study the biases in the posteriors of source parameters when these signals are recovered with a quasi-circular precessing-spin waveform model, as opposed to an aligned-spin eccentric waveform model. We find significant biases in the source parameters, such as chirp mass and spin-precession ($\chi_p$), when signals from highly-eccentric BBHs are recovered with a quasi-circular waveform model. Moreover, we find that for signals with both eccentricity and spin-precession effects, Bayes factor calculations confirm that an eccentric, aligned-spin model is preferred over a quasi-circular precessing-spin model. Our study highlights the complex nature of GW signals from eccentric, precessing-spin binaries and the need for readily usable inspiral-merger-ringdown eccentric, spin-precessing waveform models for unbiased parameter estimation. | LIGOとVirgo検出器によって観測された重力波（GW）イベントの大部分は、準円軌道上の連星ブラックホール（BBH）の合体と一致するが、一部のイベントは軌道離心率がゼロでないことも一致しており、連星が力学的相互作用によって形成された可能性があることを示唆している。 さらに、スピン歳差運動、離心率、またはその両方を支持する重力波イベントが存在する可能性がある。 本研究では、BBH合体からの重力波信号のパラメータ推定におけるスピンと離心率の相互作用を研究する。 我々は、ハイブリッド、TEOBResumS-DALI、そして新しい数値相対論シミュレーションを用いて、スピンのない偏心信号、整列スピンのある偏心信号、そして歳差運動するスピンのある偏心信号をそれぞれ注入し、これらの信号を整列スピン偏心波形モデルではなく準円形歳差運動スピン波形モデルで復元した場合の、ソースパラメータの事後分布におけるバイアスを調べた。 高度に偏心したBBHからの信号を準円形波形モデルで復元した場合、チャープ質量やスピン歳差運動（$\chi_p$）などのソースパラメータに大きなバイアスが生じることがわかった。 さらに、偏心とスピン歳差運動の両方の効果を持つ信号については、ベイズ因子計算によって、偏心整列スピンモデルが準円形歳差運動スピンモデルよりも優れていることが確認された。 本研究は、偏心した歳差運動する連星からの重力波信号の複雑な性質と、偏りのないパラメータ推定のために、容易に利用可能なインスパイラル・マージャー・リングダウン偏心・歳差運動波形モデルの必要性を浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| On a large class of asymptotically flat spacetimes which includes radiative perturbations of Minkowski space, we define a distinguished global Feynman propagator for massive Klein-Gordon fields by means of the microlocal approach to non-elliptic Fredholm theory, working in the de,sc-pseudodifferential algebra due to Sussman. We extend the limiting absorption principle (the "$i\varepsilon$ prescription" for the Feynman propagator) to this setting. Motivated by the complicated Hamilton flow structure arising in this problem, we also prove a new localized radial point estimate in the spirit of Haber-Vasy which, under appropriate nondegeneracy assumptions, allows one to propagate microlocal regularity into a single radial point belonging to a larger radial set which can be a source, sink, or saddle for the Hamilton flow. | ミンコフスキー空間の放射摂動を含む漸近平坦時空の大きなクラスにおいて、非楕円フレドホルム理論へのミクロ局所的アプローチを用いて、サスマンによるde,sc擬微分代数において、質量を持つクライン＝ゴルドン場に対する優れた大域的ファインマン伝播関数を定義する。 我々は、極限吸収原理（ファインマン伝播関数に対する「$i\varepsilon$ 処方箋」）をこの設定に拡張する。 この問題で生じる複雑なハミルトンフロー構造に着目し、我々はハーバー＝ヴァージーの精神に基づく新たな局所的ラジアル点推定も証明する。 これは、適切な非退化仮定の下で、ハミルトンフローのソース、シンク、またはサドルとなり得る、より大きなラジアル集合に属する単一のラジアル点にミクロ局所的規則性を伝播することを可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the formation and behaviour of bound states formed outside the horizon of a black hole in the presence of quintessence matter. Calculating the Regge and Wheeler potential for general metric function, we find that the presence of quintessence influences significantly the metric function and the Hawking temperature. We show that large black holes radiate less in the presence of quintessence matter and it seems to live longer, while small black holes radiate more in comparison with the model in the absence of quintessence. Bound states emerge at large enough quintessence parameter $|w|$ or angular momentum. | 我々は、クインテッセンス物質が存在するブラックホールの地平線の外側に形成される束縛状態の形成と挙動を研究する。 一般的な計量関数に対するレッジェ・ホイーラーポテンシャルを計算すると、クインテッセンスの存在が計量関数とホーキング温度に大きく影響することが分かった。 クインテッセンス物質が存在する場合、大きなブラックホールの放射は少なくなり、寿命が長くなるように見える一方、小さなブラックホールの放射は、クインテッセンスが存在しないモデルと比較して大きくなることを示す。 束縛状態は、クインテッセンスパラメータ$|w|$または角運動量が十分に大きいときに出現する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave detection requires sophisticated signal processing to identify weak astrophysical signals buried in instrumental noise. Traditional matched filtering approaches face computational challenges with diverse signal morphologies and non-stationary noise. This work presents a deep learning methodology integrating Continuous Wavelet Transform (CWT) preprocessing with Long Short-Term Memory (LSTM) autoencoder architecture for gravitational wave detection. The CWT provides optimal time-frequency decomposition capturing chirp evolution and transient characteristics essential for compact binary coalescence identification. We first develop the model using synthetic datasets incorporating binary black hole merger signals with masses ranging from 10 to 80 solar masses. These signals are then embedded in colored Gaussian noise representative of Advanced LIGO sensitivity. The trained model demonstrates strong performance metrics. We then apply the CWT-LSTM model to gravitational wave data from multiple LIGO observing runs. We use 1639 clean noise samples for training the anomaly detection model, while the test dataset contained a mix of 114 confirmed gravitational wave events and 410 noise samples. The model demonstrates strong performance with an AUC of 1.000 and Average Precision (AP) of 1.000, achieving a precision of 1.0 at the optimal threshold with a recall of 1.0. The reconstruction error distribution shows clear separation between noise and gravitational wave signals, with noise samples clustering around lower reconstruction error values and signals around higher reconstruction error values. This unsupervised approach enables discovery of signals with unknown morphologies that could provide complementary "blind search" capability for detecting exotic astrophysical sources and novel physics beyond current theoretical models. | 重力波検出には、機器ノイズに埋もれた微弱な天体信号を識別するための高度な信号処理が必要です。 従来の整合フィルタリング手法は、多様な信号形態と非定常ノイズに対する計算上の課題に直面しています。 本研究では、連続ウェーブレット変換（CWT）前処理と長短期記憶（LSTM）オートエンコーダアーキテクチャを統合した、重力波検出のためのディープラーニング手法を提示します。 CWTは、コンパクトな連星合体の識別に不可欠なチャープの発展と過渡特性を捉える最適な時間周波数分解を提供します。 まず、質量が太陽の10倍から80倍の連星ブラックホール合体信号を組み込んだ合成データセットを用いてモデルを開発します。 これらの信号は、Advanced LIGOの感度を表す色付きガウスノイズに埋め込まれます。 学習済みモデルは強力な性能指標を示します。 次に、CWT-LSTMモデルを複数のLIGO観測ランから得られた重力波データに適用します。 異常検出モデルの学習には1639個のクリーンノイズサンプルを使用し、テストデータセットには114件の確認済み重力波イベントと410個のノイズサンプルを混合して使用しました。 モデルはAUC1.000、平均適合率（AP）1.000という優れた性能を示し、最適な閾値で適合率1.0、再現率1.0を達成しました。 再構成誤差の分布は、ノイズと重力波信号が明確に分離しており、ノイズサンプルは再構成誤差の低い値に、信号は再構成誤差の高い値に集まっています。 この教師なしアプローチにより、形態が未知の信号を発見することが可能になり、現在の理論モデルを超えるエキゾチックな天体物理学的源や新しい物理学を検出するための補完的な「ブラインドサーチ」機能を提供できるようになります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We exploit the holographic realization of a conformal theory coupled to an external bath realized via a double trace deformation and its gravity dual in terms of transparent boundary conditions in order to map out some basic dissipative properties of this simple open holographic system. In particular, we determine the energy transmission coefficient across the boundary, discover a novel duality relating weak and strong coupling to the external bath, and quantify the dissipation in the system by working out the quasi normal modes. | 我々は、二重トレース変形とその重力双対を介して実現される外部浴と結合した共形理論のホログラフィック実現を透明境界条件の観点から利用し、この単純な開放型ホログラフィック系のいくつかの基本的な散逸特性を明らかにする。 特に、境界を越えたエネルギー透過係数を決定し、外部浴との弱結合と強結合を関連付ける新たな双対性を発見し、準基準モードを解析することで系における散逸を定量化する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational-wave detectors use state-of-the-art quantum technologies to reduce the noise induced by vacuum fluctuations, via injection of squeezed states of light. Future detectors, such as Einstein Telescope, may require the use of two filter cavities or a 3-mirror coupled filter cavity to achieve a complex rotation of the squeezing ellipse, in order to reduce the quantum noise over the whole detector bandwidth. In this work, we compare the theoretical feasibility and performances of these two optical layouts and their resilience with respect to different degradation sources (optical losses, mismatching, locking precision), analytically and numerically. We extend previous analysis on squeezing degradation and find that the coupled cavity scheme provides similar or better performances than the two-cavity option, in terms of resilience with respect to imperfections and optical losses. We further highlight the role of mode-mismatch phases in limiting squeezing. Finally, we propose a possible two-step implementation scheme for Einstein Telescope using a single filter cavity that can be possibly upgraded into a coupled filter cavity. | 重力波検出器は、最先端の量子技術を用いて、光のスクイーズド状態を注入することで、真空揺らぎによって引き起こされるノイズを低減します。 アインシュタイン望遠鏡のような将来の検出器では、検出器の全帯域にわたって量子ノイズを低減するために、スクイーズ楕円を複雑に回転させる2つのフィルター空洞、または3枚のミラーを結合したフィルター空洞の使用が必要になる可能性があります。 本研究では、これら2つの光学レイアウトの理論的な実現可能性と性能、そして様々な劣化要因（光損失、不整合、同期精度）に対する耐性を、解析的および数値的に比較します。 スクイーズ劣化に関するこれまでの解析を拡張し、不完全性と光損失に対する耐性に関して、結合空洞方式は2つの空洞方式と同等かそれ以上の性能を示すことを明らかにしました。 さらに、スクイーズを制限する上でのモード不整合位相の役割についても明らかにします。 最後に、我々は、結合型フィルタ空洞にアップグレード可能な単一のフィルタ空洞を用いた、アインシュタイン望遠鏡のための2段階の実装スキームを提案する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate quasi-universal relations in neutron stars linking standard observables, such as tidal deformability ($\Lambda$) and normalized moment of inertia ($\bar{I}$), with normalized curvature scalars in general relativity. These curvature scalars include the Ricci scalar ($\mathcal{R}$), the Ricci tensor contraction ($\mathcal{J}$), the Weyl scalar ($\mathcal{W}$), and the Kretschmann scalar ($\mathcal{K}$). We systematically examine both piecewise polytropic and color-flavor-locked equations of state, finding: (1) significant correlations between both local (central and surface) and global (volume-averaged) curvature scalars with $\bar{I}$ and $\Lambda$; (2) especially strong correlations between surface and volume-averaged curvature scalars and both $\bar{I}$ and $\Lambda$; (3) a near equation-of-state-independent maximum for the normalized Ricci scalar, suggesting a link to the trace anomaly; and (4) new universal relations involving normalized central and volume-averaged pressure and energy density, which also correlate strongly with $\bar{I}$ and $\Lambda$. Using constraints from GW170817 and low-mass X-ray binaries, we demonstrate that $\Lambda$ measurements directly constrain both scalar curvature quantities and the interior properties of canonical-mass neutron stars. These findings agree with the literature on equation-of-state-dependent Bayesian inference estimates. Our identified relations thus provide an equation-of-state-insensitive connection between stellar observables, spacetime geometry, and the microphysics of compact stars. | 我々は、潮汐変形能 ($\Lambda$) や正規化慣性モーメント ($\bar{I}$) などの標準観測量と、一般相対論における正規化曲率スカラーを結び付ける中性子星における準普遍関係を調査する。 これらの曲率スカラーには、リッチスカラー ($\mathcal{R}$)、リッチテンソル収縮 ($\mathcal{J}$)、ワイルスカラー ($\mathcal{W}$)、およびクレッチマンスカラー ($\mathcal{K}$) が含まれる。 我々は、区分的ポリトロープ状態方程式とカラーフレーバー固定状態方程式の両方を系統的に調べ、以下のことを明らかにした。 (1) 局所的 (中心および表面) および大域的 (体積平均) 曲率スカラーと $\bar{I}$ および $\Lambda$ との間に有意な相関があること。 (2) 表面平均曲率スカラーと体積平均曲率スカラー、および $\bar{I}$ と $\Lambda$ との間に特に強い相関があること。 (3) 正規化リッチスカラーが状態方程式に依存しないほぼ最大値を示し、トレース異常との関連を示唆していること。 (4) 正規化中心平均圧力と体積平均圧力、およびエネルギー密度を含む新しい普遍的な関係式があり、これらも $\bar{I}$ と $\Lambda$ と強く相関していること。 GW170817 と低質量 X 線連星からの制約を用いて、$\Lambda$ の測定がスカラー曲率量と正準質量中性子星の内部特性の両方を直接制約することを実証した。 これらの知見は、状態方程式に依存するベイズ推定に関する文献と一致する。 このように、我々が特定した関係は、状態方程式に依存しない、恒星の観測量、時空幾何学、そしてコンパクト星の微視的物理学の間の関係を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate a theory of time-symmetric action-at-a-distance electrodynamic or gravitational interactions where the four-forces depend only on the electric charges, the rest masses, the position four-vectors, and the four-velocities of the two interacting particles, but not on their four-accelerations or higher derivatives. The goal is to prove that the principle of action and reaction is obeyed due to the fact that, for a given pair of corresponding infinitesimal segments along the worldlines of the two particles, the impulse of the advanced four-force and the impulse of the retarded four-force are equal in magnitude but opposite in direction. For two particles at relative rest, we derive this result as the outcome of a symmetry operation in flat conformal space. We start by assuming a positive spacetime interval between the two interacting particles, and we perform a conformal inversion (an improper inversion in a hypersphere), after which the two particles exchange their position and time coordinates and their rest masses. Then we perform an improper reflection across the axis connecting the two particles, after which the two particles recover their initial four-velocities, up to a minus sign. Two improper coordinate transformations are needed together in order to obtain a resulting positive Jacobian determinant. In the final step we go to the limit of a null spacetime interval between the endpoints of the corresponding infinitesimal segments. When the two interacting particles are at rest, or move with the same velocity, the initial and the final physical parameters that determine the four-forces are identical. Due to symmetry, the principle of action and reaction emerges. We make the conjecture that another, undetermined yet, symmetry operation must also apply, in order for the principle of action and reaction to hold even for particles moving with different velocities. | 我々は、時間対称な遠隔作用電磁力学的相互作用、あるいは重力相互作用の理論を研究する。 この理論では、四元力は相互作用する二つの粒子の電荷、静止質量、位置の四元ベクトル、そして四元速度のみに依存し、四元加速度や高次微分には依存しない。 目標は、二つの粒子の世界線に沿った対応する微小セグメントの与えられたペアにおいて、前進四元力の力積と後退四元力の力積が大きさは等しいが方向が反対であるという事実により、作用反作用の原理が満たされることを証明することである。 相対的に静止している二つの粒子に対して、我々はこの結果を平坦共形空間における対称操作の結果として導く。 まず、相互作用する2つの粒子間に正の時空間隔があると仮定し、共形反転（超球面における非固有反転）を行います。 その後、2つの粒子は位置座標、時間座標、および静止質量を交換します。 次に、2つの粒子を結ぶ軸を挟んで非固有反射を行い、その後、2つの粒子は負の符号を除いて初期の4元速度に戻ります。 結果として得られる正のヤコビ行列式を得るには、2つの非固有座標変換を一緒に行う必要があります。 最終段階では、対応する微小セグメントの端点間の時空間隔がゼロの極限まで到達します。 相互作用する2つの粒子が静止している、または同じ速度で運動している場合、4元力を決定する初期および最終的な物理パラメータは同一です。 対称性により、作用反作用の原理が出現します。 我々は、異なる速度で運動する粒子に対しても作用反作用の原理が成り立つためには、 別の、まだ決定されていない対称操作も適用されなければならないと推測する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper investigates the bounds on the minimum orbital period for test objects around d-dimensional charged black holes in asymptotically flat spacetimes. We find numerically that the minimum orbital period decreases as the charge of the black hole increases. Thus, the upper limit is reached for an uncharged black hole, while the lower limit is attained for a maximally charged one. We then analytically derive the upper and lower bounds for the minimum orbital period. These results improve our understanding of dynamics around d-dimensional black holes and impose constraints on candidate gravity theories. | 本論文では、漸近平坦時空におけるd次元荷電ブラックホールの周りの試験物体の最小軌道周期の限界を調査する。 数値的に、ブラックホールの荷電が増加するにつれて最小軌道周期が減少することを見いだした。 したがって、荷電のないブラックホールでは上限に達し、最大荷電のブラックホールでは下限に達する。 次に、最小軌道周期の上限と下限を解析的に導く。 これらの結果は、d次元ブラックホール周りのダイナミクスに関する理解を深め、候補となる重力理論に制約を課す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore the modified thermodynamics of a Hayward-Anti de Sitter (H-AdS) black hole in atypical conditions, incorporating a string fluid, Hayward regularisation, and quantum entropy corrections. Our analysis reveals a first-order phase transition between small and large black hole phases, characterised by a swallowtail behaviour in the Gibbs free energy profiles. It is found that the key parameters - string fluid strength, Hayward regularisation scale, and quantum correction coefficients significantly influence the critical temperature and phase stability of the H-AdS system. It is further noticed that a large black hole phase is stabilised by these modifications, with quantum corrections smoothing the transition. This model offers a valuable framework to study quantum gravity effects on black hole thermodynamics with potential implications in analysing black hole evolution and astrophysical observations. | 我々は、弦流体、ヘイワード正則化、量子エントロピー補正を組み込んだ非定型条件におけるヘイワード-反ド・ジッター（H-AdS）ブラックホールの修正された熱力学を探求する。 解析の結果、ギブス自由エネルギープロファイルにおける燕尾型挙動を特徴とする、小型ブラックホール相と大型ブラックホール相の間の一次相転移が明らかになった。 主要なパラメータである弦流体の強度、ヘイワード正則化スケール、量子補正係数が、H-AdS系の臨界温度と相安定性に大きく影響することが判明した。 さらに、これらの修正によって大型ブラックホール相が安定化され、量子補正によって転移が滑らかになることも確認された。 このモデルは、ブラックホールの進化の解析や天体物理学的観測において重要な示唆を持つ、量子重力がブラックホールの熱力学に与える影響を研究するための貴重な枠組みを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, thanks to the development of artificial intelligence (AI) there is increasing scientific attention in establishing the connections between theoretical physics and AI. Traditionally, these connections have been focusing mostly on the relation between string theory and image processing and involve important theoretical paradigms such as holography. Recently G. Bianconi has formulated the Gravity from Entropy (GfE) approach to quantum gravity in which gravity is derived from the geometric quantum relative entropy (GQRE) between two metrics associated with the Lorentzian spacetime. Here it is demonstrated that the famous Perona-Malik algorithm for image processing is the gradient flow that maximizes the GfE action in its simple warm-up scenario. Specifically, this algorithm is the outcome of the maximization of the GfE action calculated between two Euclidean metrics: the one of the support of the image and the one induced by the image. As the Perona-Malik algorithm is known to preserve sharp contours, this implies that the GfE action, does not in general lead to uniform images upon iteration of the gradient flow dynamics as it would be intuitively expected from entropic actions maximising classical entropies. Rather, the outcome of the maximization of the GfE action is compatible with the preservation of complex structures. These results provide the geometrical and information theory foundations for the Perona-Malik algorithm and might contribute to establish deeper connections between GfE, machine learning and brain research. | 近年、人工知能（AI）の発展により、理論物理学とAIの関連性を確立することに科学的な関心が高まっています。 伝統的に、これらの関連性は主に弦理論と画像処理の関係に焦点を当てており、ホログラフィーなどの重要な理論的パラダイムを含んでいます。 最近、G. Bianconiは量子重力に対するエントロピーからの重力（GfE）アプローチを定式化しました。 このアプローチでは、重力はロレンツ時空に関連する2つの計量間の幾何学的量子相対エントロピー（GQRE）から導出されます。 ここでは、画像処理のための有名なPerona-Malikアルゴリズムが、単純なウォームアップシナリオにおいてGfE作用を最大化する勾配フローであることが実証されています。 具体的には、このアルゴリズムは、2つのユークリッド計量、つまり画像のサポートの計量と画像によって誘導される計量の間で計算されたGfE作用の最大化の結果です。 Perona-Malikアルゴリズムは 鮮明な輪郭を保存することが知られているため、これは、GfE作用が、古典エントロピーを最大化するエントロピー作用から直感的に予想されるように、勾配フローダイナミクスの反復処理において一般的に均一な画像をもたらすわけではないことを意味します。 むしろ、GfE作用の最大化の結果は、複雑な構造の保存と両立します。 これらの結果は、Perona-Malikアルゴリズムの幾何学的および情報理論の基礎を提供し、GfE、機械学習、脳研究の間のより深いつながりを確立することに貢献する可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Variationality of the equation of conformal geodesics is an important problem in geometry with applications to general relativity. Recently it was proven that, in three dimensions, this system of equations for un-parametrized curves is the Euler-Lagrange equations of a certain conformally invariant functional, while the parametrized system in three dimensions is not variational. We demonstrate that variationality fails in higher dimensions for both parametrized and un-parametrized conformal geodesics, indicating that variational principle may be the selection principle for the physical dimension. | 共形測地線の方程式の変分性は、一般相対論への応用を含む幾何学における重要な問題です。 最近、3次元において、このパラメータ化されていない曲線の方程式系は、ある共形不変汎関数のオイラー・ラグランジュ方程式であることが証明されました。 一方、3次元のパラメータ化された系は変分的ではありません。 我々は、パラメータ化された共形測地線とパラメータ化されていない共形測地線の両方において、高次元では変分性が成り立たないことを示し、変分原理が物理的次元の選択原理である可能性を示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We carefully investigate, extend, and shed new light on the McVittie exact solution of Einstein's gravity (EG) with the focus on the implications in the Universe we live in. It turns out that the only known exact solution of EG, which interpolates between an asymptotic homogeneous and isotropic Universe and a Schwarzschild black hole, is actually singular in 2M, namely, the curvature invariants diverge and the spacetime is geodetically incomplete in 2M. Very important: all energy conditions are satisfied except the dominant one (DEC), which is violated inside the radius 8M/3. Notice that 2M is not the event horizon, but a curvature singularity covered by an apparent horizon that, at the actual stage of the Universe, nearly coincides with 2M. Moreover, the curvature singularity is not analytic with respect to the dynamics of the Universe encoded in the Hubble function $H(t)$: for arbitrarily small but not zero $H^\prime(t)$, the curvature invariants are singular, while for $H^\prime(t)$ identically zero, they are regular. Therefore, we can not analytically decouple the black hole from the entire Cosmos, namely, we can not assume the Schwarzschild solution locally and the FRW metric at large scale without violating the analyticity of the metric. Since the spacetime does not exist for $r \leqslant$2M, and since the DEC is violated for r<8M/3, we are allowed to doubt the existence of black holes in our Universe as understood up to now. In particular, the violation of DEC seems catastrophic for the spacetime stability below 8M/3. We build and study a toy model for the gravitational collapse, generalizing the Vaidya to the McVittie-Vaidya metric. Although dynamical, the singularities remain in the same locations. Finally, in order to achieve the curvature smoothness and geodesic completion, we propose two solutions: one in Einstein's conformal gravity, and the other replacing M with M(r). | 我々は、アインシュタインの重力のマクヴィッティ厳密解（EG）を、我々が住む宇宙における意味合いに焦点を当てて、綿密に調査、拡張し、新たな光を当てる。 漸近的な均質かつ等方的な宇宙とシュワルツシルトブラックホールの間を補間するEGの唯一の既知の厳密解は、実際には2Mにおいて特異であることが判明した。 すなわち、2Mでは曲率不変量が発散し、時空は測地学的に不完全である。 非常に重要な点は、支配的なエネルギー条件（DEC）を除くすべてのエネルギー条件が満たされることである。 DECは半径8M/3内で破れている。 2Mは事象の地平線ではなく、宇宙の実際の段階では2Mとほぼ一致する見かけの地平線によって覆われた曲率特異点であることに注意されたい。 さらに、曲率特異点は、ハッブル関数$H(t)$に符号化された宇宙のダイナミクスに関して解析的ではない。 $H^\prime(t)$が任意に小さいが零ではない場合、曲率不変量は特異であるが、$H^\prime(t)$が常に零である場合、曲率不変量は正則である。 したがって、ブラックホールを宇宙全体から解析的に切り離すことはできない。 すなわち、計量の解析性を破ることなく、局所的にシュワルツシルト解を仮定し、大規模スケールではFRW計量を仮定することはできない。 時空は$r \leqslant$2Mでは存在せず、r<8M/3ではDECが破れるため、これまで理解されてきたように、我々の宇宙におけるブラックホールの存在を疑うことができる。 特に、DECの破れは、8M/3以下の時空安定性にとって破滅的であるように思われる。 我々は重力崩壊のトイモデルを構築し、研究する。 これは、ヴァイディア計量をマクヴィッティ-ヴァイディア計量に一般化するものである。 力学的ではあるが、特異点は同じ位置に留まる。 最後に、 曲率の滑らかさと測地線完備性を達成するために、我々は2つの解を提案する。 1つはアインシュタインの共形重力における解、もう1つはMをM(r)に置き換える解である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study thermodynamics and its applications of a family of static charged dilaton black holes in 2+1 dimensions found by Chan and Mann \cite{Chan:1994qa} and Xu \cite{Xu:2019pap}. There is a dimensionless parameter $N$ in the black hole solutions presented: it is related to the coupling constant for the dialton with the electromagnetic field and the gravitational field. Black hole horizons exists only for $ \frac{2}{3} \leq N < 2$. $N =1$ black hole is a solution to low energy string theory. Thermodynamics are studied in the canonical ensemble where charge is constant. The cosmological constant is considered a thermodynamical variable where the pressure $P = -\frac{\Lambda}{ 8 \pi}$. We computed the first law and the Smarr relations for the black hole and introduced two new thermodynamical parameters in order to satisfy the first law. We computed temperature, thermodynamic volume, specific heat capacities, Gibbs free energy and studied local and global stability of the black hole. Thermodynamic volume differs from the geometric volume. We noticed that thermodynamic behavior falls into two broad categories: For $\frac{2}{3} \leq N < 1$, small black holes are locally stable and large black holes are not. For $ 1 \leq N < 2$ the black hole is locally and globally stable for all values of the horizon radius. In order to demonstrate the two broad categories, we have presented $N =1, \frac{2}{3}$ and $N = \frac{6}{7}$ black holes in detail. There were no phase transitions for the above values of $N$. We have also studied the Joule-Thomson expansion and the Reverse Isoperimetric Inequality of these black holes. We made the observation that the charged dilaton black hole does not violate the Reverse Isoperimetric Inequality for certain values of the parameters of the theory. Finally, we have suggested future work. | 本論文では、ChanとMannによって発見された2+1次元の静的荷電ディラトンブラックホール族の熱力学とその応用について考察する。 \cite{Chan:1994qa}およびXu \cite{Xu:2019pap}。 提示されたブラックホール解には無次元パラメータ$N$が存在する。 これは、ディラトンと電磁場および重力場との結合定数に関係する。 ブラックホールの地平線は、$ \frac{2}{3} \leq N < 2$の場合にのみ存在する。 $N =1$ ブラックホールは低エネルギー弦理論の解である。 熱力学は、電荷が一定の正準集団で研究される。 宇宙定数は、圧力$P = -\frac{\Lambda}{ 8 \pi}$の熱力学変数とみなされる。 我々はブラックホールの第一法則とSmarrの関係式を計算し、第一法則を満たすために2つの新しい熱力学パラメータを導入した。 温度、熱力学的体積、比熱容量、ギブスの自由エネルギーを計算し、ブラックホールの局所的および大域的な安定性を調べた。 熱力学的体積は幾何学的体積とは異なる。 我々は熱力学的挙動が2つの大まかなカテゴリーに分類されることに気付いた。 $\frac{2}{3} \leq N < 1$の場合、小さなブラックホールは局所的に安定だが、大きなブラックホールは安定ではない。 $ 1 \leq N < 2$の場合、ブラックホールは地平線半径のすべての値に対して局所的にも大域的にも安定である。 この2つの大まかなカテゴリーを示すために、$N = 1、\frac{2}{3}$、および$N = \frac{6}{7}$のブラックホールを詳細に示した。 上記の$N$の値では相転移は見られなかった。 これらのブラックホールのジュール・トムソン展開と逆等周不等式についても研究しました。 荷電ディラトンブラックホールは、理論パラメータの特定の値に対して逆等周不等式に違反しないことを観察しました。 最後に、今後の研究課題を提案しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Many quantum gravitational frameworks, such as DBI inflation, k-essence, and effective field theories obtained by integrating out heavy modes, can lead to a non-trivial sound speed. Meanwhile, our universe can be described as an open system. Under the non-trivial sound speed, we employ the method of open quantum systems combined with Arnoldi iterations to study the Krylov complexity throughout the early universe, including the inflationary, radiation-dominated, and matter-dominated epochs. A key ingredient in our analysis is the open two-mode squeezed state formalism and the generalized Lanczos algorithm. To numerically compute the Krylov complexity, we are the first time to derive the evolution equations for the parameters $r_k$ and $\phi_k$ within an open two-mode squeezed state. Our results indicate that the Krylov complexity exhibits a similar trend in both the standard case and the case with non-trivial sound speed. To distinguish between these two scenarios, we also investigate the Krylov entropy for completeness. The evolution of the Krylov entropy shows a clear difference between the standard case and the non-trivial sound speed case. Furthermore, based on the behavior of the Lanczos coefficients, we find that the case of non-trivial sound speed behaves as a maximally chaotic system. However, our numerical results suggest that the Krylov complexity does not saturate to a constant value due to the huge expansion of spacetime background. This study offers a new perspective for exploring the early universe through the quantum information. | DBIインフレーション、k-エッセンス、そして重いモードを積分除去することで得られる有効場の理論など、多くの量子重力理論の枠組みは、非自明な音速を導きます。 一方、私たちの宇宙は開放系として記述できます。 非自明な音速の下で、私たちは開放量子系の方法とアーノルディ反復法を組み合わせて、インフレーション期、輻射優勢期、物質優勢期を含む初期宇宙全体にわたるクリロフ複雑性を研究します。 私たちの解析の重要な要素は、開放型2モードスクイーズド状態形式論と一般化ランチョスアルゴリズムです。 クリロフ複雑性を数値的に計算するために、私たちは初めて開放型2モードスクイーズド状態におけるパラメータ$r_k$と$\phi_k$の発展方程式を導出します。 我々の研究結果は、クリロフ複雑度が標準的な場合と非自明な音速の場合の両方で同様の傾向を示すことを示している。 これら2つのシナリオを区別するために、我々はクリロフエントロピーについても完全性を期すために調査した。 クリロフエントロピーの変化は、標準的な場合と非自明な音速の場合で明確な違いを示している。 さらに、ランチョス係数の挙動に基づいて、非自明な音速の場合は最大カオス系として振舞うことがわかった。 しかし、我々の数値結果は、時空背景の巨大な膨張のために、クリロフ複雑度が一定値に飽和しないことを示唆している。 本研究は、量子情報を通して初期宇宙を探査するための新たな視点を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| One prominent model for quasi-periodic eruptions (QPEs) is that they originate from extreme mass-ratio inspirals (EMRIs) involving stellar-mass objects orbiting around massive black holes and colliding with their accretion disks. We compute the gravitational wave signals from such a model, demonstrating that orbiter-disk interactions result in small frequency shifts and high-frequency tails due to the excitation of non-discrete modes. Interestingly, we show that QPE RX J1301.9+2747 could be detectable by future space-based gravitational wave detectors, provided a moderate eccentricity around $0.25$ and a mass exceeding $35\,M_\odot$ for the orbiter. Moreover, based on this QPE model, we show that the signal-to-noise ratio of the gravitational wave signals from QPEs, if detectable, will be sufficiently high to distinguish such systems from vacuum EMRIs and shed light on the origin of QPEs and environments around massive black holes. | 準周期的噴出（QPE）の有力なモデルの一つは、それが大質量ブラックホールの周りを周回し、その降着円盤に衝突する恒星質量天体による極端質量比インスパイラル（EMRI）に起因するというものである。 我々はこのようなモデルから重力波信号を計算し、軌道衛星と円盤の相互作用によって、非離散モードの励起により小さな周波数シフトと高周波テールが生じることを実証した。 興味深いことに、QPE RX J1301.9+2747は、軌道衛星の離心率が約0.25程度で質量が35M_\odotを超える場合、将来の宇宙設置型重力波検出器によって検出可能であることを示した。 さらに、このQPEモデルに基づいて、QPEからの重力波信号の信号対雑音比は、もし検出可能であれば、そのような系を真空EMRIと区別するのに十分に高く、QPEの起源と大質量ブラックホール周辺の環境を解明できることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Motivated by the profound connection between quantum mechanics and spacetime geometry, particularly the conjectured correspondence between wormholes and quantum entanglement as proposed in the ER=EPR framework, this study aims to investigate the influence of wormhole geometries on quantum information extraction. We examine the correlation-specifically mutual information (MI) and entanglement-extracted by two Unruh-DeWitt (UDW) detectors from the quantum vacuum field in the presence of a BTZ wormhole featuring a null-like throat, also known as an Einstein-Rosen bridge. First, we analyze how the detector's position relative to the wormhole throat and the throat's size affect the extracted MI. Our results indicate that the wormhole enhances MI extraction, with maximal MI achieved when the detectors are located at specific image-symmetric points connected by the wormhole. By analyzing the behavior of the nonlocal contribution term and the classical noise term, it is found that the correlations extracted contain genuine non-classical components. This work highlights the feasibility of extracting quantum correlations through null-like wormhole geometries and provides a novel perspective for probing the potential relationship between spacetime topology and the nonlocal characteristics of quantum mechanics. | 量子力学と時空幾何学の深い関連性、特にER=EPRの枠組みで提案されているワームホールと量子エンタングルメントの想定された対応関係に着目し、本研究ではワームホール幾何学が量子情報抽出に及ぼす影響を調査する。 ヌル状のスロート（アインシュタイン・ローゼン橋とも呼ばれる）を特徴とするBTZワームホールが存在する量子真空場から、2つのUnruh-DeWitt（UDW）検出器によって抽出される相関に特異的な相互情報量（MI）とエンタングルメントを調べる。 まず、ワームホールスロートに対する検出器の位置とスロートのサイズが、抽出されるMIにどのように影響するかを分析する。 結果は、ワームホールがMI抽出を強化し、検出器がワームホールによって接続された特定の像対称点に配置された場合に最大のMIが達成されることを示している。 非局所寄与項と古典的ノイズ項の挙動を解析することにより、抽出された相関には真の非古典的成分が含まれていることがわかった。 本研究は、ヌル状ワームホール幾何学を通して量子相関を抽出することの実現可能性を明らかにし、時空トポロジーと量子力学の非局所的特性との潜在的な関係を探るための新たな視点を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Observations of gravitational-wave signals emitted by compact binary inspirals provide unique insights into their properties, but their analysis requires accurate and efficient waveform models. Intermediate- and extreme-mass-ratio inspirals (I/EMRIs), with mass ratios $q \gtrsim 10^2$, are promising sources for future detectors such as the Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Modelling waveforms for these asymmetric-mass binaries is challenging, entailing the tracking of many harmonic modes over thousands to millions of cycles. The FastEMRIWaveforms (FEW) modelling framework addresses this need, leveraging precomputation of mode data and interpolation to rapidly compute adiabatic waveforms for eccentric inspirals into zero-spin black holes. In this work, we extend FEW to model eccentric equatorial inspirals into black holes with spin magnitudes $|a| \leq 0.999$. Our model supports eccentricities $e < 0.9$ and semi-latus recta $p < 200$, enabling the generation of long-duration IMRI waveforms, and produces waveforms in $\sim 100$ ms with hardware acceleration. Characterising systematic errors, we estimate that our model attains mismatches of $\sim 10^{-5}$ (for LISA sensitivity) with respect to error-free adiabatic waveforms over most of parameter space. We find that kludge models introduce errors in signal-to-noise ratios (SNRs) as great as $^{+60\%}_{-40\%}$ and induce marginal biases of up to $\sim 1\sigma$ in parameter estimation. We show LISA's horizon redshift for I/EMRI signals varies significantly with $a$, reaching a redshift of $3$ ($15$) for EMRIs (IMRIs) with only minor $(\sim10\%)$ dependence on $e$ for an SNR threshold of 20. For signals with SNR $\sim 50$, spin and eccentricity-at-plunge are measured with uncertainties of $\delta a \sim 10^{-7}$ and $\delta e_f \sim 10^{-5}$. This work advances the state-of-the-art in waveform generation for asymmetric-mass binaries. | コンパクト連星インスパイラルから放出される重力波信号の観測は、その特性に関する独自の知見をもたらしますが、その解析には正確で効率的な波形モデルが必要です。 質量比が$q \gtrsim 10^2$の中間質量比および極端質量比インスパイラル（I/EMRI）は、レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）などの将来の検出器にとって有望な情報源です。 これらの非対称質量連星の波形モデリングは困難であり、数千から数百万サイクルにわたる多数の高調波モードの追跡を必要とします。 FastEMRIWaveforms（FEW）モデリングフレームワークは、モードデータの事前計算と補間を利用して、ゼロスピンブラックホールへの偏心インスパイラルの断熱波形を迅速に計算することで、このニーズに対応します。 本研究では、FEWを拡張し、スピン大きさが$|a| \leq 0.999$であるブラックホールへの偏心赤道インスパイラルをモデル化する。 本モデルは、偏心度$e < 0.9$および半直腸$p < 200$をサポートし、長時間IMRI波形の生成を可能にし、ハードウェアアクセラレーションにより$\sim 100$ミリ秒で波形を生成する。 系統的誤差を特徴付けると、本モデルは、パラメータ空間の大部分において、誤差のない断熱波形に対して$\sim 10^{-5}$（LISA感度の場合）の不一致を達成すると推定される。 クルージュモデルは、信号対雑音比（SNR）に最大$^{+60\%}_{-40\%}$の誤差を導入し、パラメータ推定において最大$\sim 1\sigma$の周辺バイアスを引き起こすことがわかった。 LISAのI/EMRI信号に対する地平線赤方偏移は、$a$に応じて大きく変化し、EMRI（IMRI）では赤方偏移$3$（$15$）に達し、SNR閾値20の場合、$e$への依存性はわずか$(\sim10\%)$であることを示す。 SNR $\sim 50$の信号の場合、スピンとプランジ時の離心率は、$\delta a \sim 10^{-7}$および$\delta e_f \sim 10^{-5}$の不確かさで測定される。 この研究は、非対称質量連星の波形生成における最先端の技術を進歩させる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We use a Hamiltonian version of the semiclassical Einstein equation to study classical gravity coupled to a quantum scalar field with potential in spherical symmetry. The system is defined by effective constraints where the matter terms are replaced by their expectation values in a quantum state. For the static case, we find numerically that the resulting equations admit asymptotically flat, de Sitter, and anti-de Sitter boson star and regular black hole solutions. We also show that the Bardeen and Hayward nonsingular black hole proposals (and some generalizations thereof) are not solutions to our equations. | 我々は、半古典的アインシュタイン方程式のハミルトニアン版を用いて、球対称なポテンシャルを持つ量子スカラー場と結合した古典重力を研究する。 この系は、物質項を量子状態における期待値に置き換えた有効拘束条件によって定義される。 静的ケースでは、得られた方程式が漸近平坦解、ド・ジッター解、反ド・ジッターボソン解、および正則ブラックホール解を許容することを数値的に明らかにする。 また、バーディーンおよびヘイワードの非特異ブラックホール提案（およびそれらのいくつかの一般化）は、我々の方程式の解ではないことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This study delves into the intricate properties of a Schwarzschild black hole enveloped by King dark matter in an isotropic configuration. The thermodynamic characteristics of this black hole are meticulously analyzed, and the dynamics of massive and massless particles in its vicinity are investigated. In examining the trajectories of massless particles, the shadow cast in the presence of King dark matter is explored, revealing virtual ranges for the corresponding parameters. For the dynamics of massive particles, the radius of the innermost stable circular orbit, angular momentum, energy, and angular velocity of a test particle within the King dark matter framework surrounding the black hole are calculated. The effect of King dark matter on the accretion disk energy flux, effective radiation temperature, differential luminosity, and spectral luminosity are then investigated. The stability of the photon sphere in the presence of King dark matter is also studied, and finally, the thermodynamic potentials of this black hole are examined from a topological perspective. | 本研究では、等方的な配置でキング暗黒物質に包み込まれたシュワルツシルト・ブラックホールの複雑な特性を詳細に調査する。 このブラックホールの熱力学的特性を綿密に解析し、その近傍における質量の大きい粒子と質量の小さい粒子のダイナミクスを調査する。 質量の小さい粒子の軌道を調べることで、キング暗黒物質の存在下での影を調べ、対応するパラメータの仮想的な範囲を明らかにする。 質量の大きい粒子のダイナミクスについては、ブラックホールを取り囲むキング暗黒物質の枠組み内での試験粒子の最内側の安定円軌道の半径、角運動量、エネルギー、および角速度を計算する。 次に、キング暗黒物質が降着円盤のエネルギーフラックス、有効放射温度、微分光度、およびスペクトル光度に及ぼす影響を調査する。 キング暗黒物質の存在下における光子球の安定性も研究され、最後に、このブラックホールの熱力学的ポテンシャルが位相的な観点から調べられます。 |
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| In bouncing cosmological models, either classical or quantum, the big bang singularity is replaced by a regular bounce. A challenging question in such models is how to keep the shear under control in the contracting phase, as it is well-known that the shear grows as fast as $1/a^{6}$ toward the bounce, where $a$ is the expansion factor of the universe. A common approach is to introduce a scalar field with an ekpyrotic-like potential which becomes negative near the bounce, so the effective equation of state of the scalar field will be greater than one, whereby it dominates the shear and other matter fields in the bounce region. As a result, a homogeneous and isotropic universe can be produced. In this paper, we study how the ekpyrotic mechanism affects the inflationary phase in both loop quantum cosmology (LQC) and a modified loop quantum cosmological model (mLQC-I), because in these frameworks the inflation is generic without such a mechanism. After numerically studying various cases in which the potential of the inflaton consists of two parts, an inflationary potential and an ekpyrotic-like one, we find that, despite the fact that the influence is significant, by properly choosing the free parameters involved in the models, the ekpyrotic-like potential dominates in the bounce region, during which the effective equation of state is larger than one, so the shear problem is resolved. As the time continuously increases after the bounce, the inflationary potential grows and ultimately becomes dominant, resulting in an inflationary phase. This phase can last long enough to solve the cosmological problems existing in the big bang model. | 古典的宇宙論であれ量子宇宙論であれ、跳ね返り宇宙論モデルでは、ビッグバン特異点は通常の跳ね返りに置き換えられます。 このようなモデルにおける難題は、収縮期においてシアーをどのように制御するかということです。 なぜなら、シアーは跳ね返りに向かって最大$1/a^{6}$の速さで増加することがよく知られているからです。 ここで、$a$は宇宙の膨張係数です。 一般的なアプローチは、跳ね返り近傍で負になるエキピロティックなポテンシャルを持つスカラー場を導入することです。 こうすることで、スカラー場の有効状態方程式は1より大きくなり、跳ね返り領域におけるシアー場やその他の物質場を支配するようになります。 その結果、均質で等方的な宇宙が作り出されます。 本論文では、ループ量子宇宙論（LQC）と修正ループ量子宇宙論モデル（mLQC-I）の両方において、エクピロティック機構がインフレーション相にどのように影響するかを考察する。 なぜなら、これらの枠組みでは、インフレーションはそのような機構なしに一般的なものとなるからである。 インフレーションのポテンシャルがインフレーションポテンシャルとエクピロティック類似ポテンシャルの2つの部分からなる様々なケースを数値的に研究した結果、影響は大きいものの、モデルに含まれる自由パラメータを適切に選択することで、有効状態方程式が1より大きくなるバウンス領域ではエクピロティック類似ポテンシャルが優勢となり、シア問題が解決されることを見出した。 バウンス後の時間が継続的に増加するにつれて、インフレーションポテンシャルは増大し、最終的に優勢となり、インフレーション相に至る。 この相は、ビッグバンモデルに存在する宇宙論的問題を解くのに十分な長さ持続する可能性がある。 |
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| Within the framework of loop quantum cosmology (LQC), we investigate the effect of inverse volume corrections on the low scale spontaneously broken supersymmetric (SB SUSY) and exponential inflationary potentials. The LQC modifications to the Friedmann equations and cosmological perturbation parameters are employed to assess the observational viability of these models against recent data from the Atacama Cosmology Telescope (ACT). Our results indicate that in contrary to the standard model of inflation, in the presence of inverse volume corrections in LQC, the prediction of SB SUSY and exponential potentials in the $r-n_{\rm s}$ plane lie inside the 68\% confidence level interval of the ACT data. | ループ量子宇宙論（LQC）の枠組みにおいて、逆体積補正が低スケールの自発的に破れた超対称性（SB SUSY）および指数関数的インフレーションポテンシャルに与える影響を調査する。 フリードマン方程式と宇宙論的摂動パラメータに対するLQCの修正を用いて、これらのモデルの観測的妥当性をアタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）の最新データと比較評価した。 結果は、インフレーションの標準モデルとは対照的に、LQCにおいて逆体積補正が存在する場合、$r-n_{\rm s}$平面におけるSB SUSYおよび指数関数的ポテンシャルの予測がACTデータの68%信頼区間内に収まることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Developments in Carrollian gravity and holography necessitate the use of singular Carroll vector fields, a feature that cannot be accommodated within standard Carrollian geometry. We introduce Carrollian Lie algebroids as a framework to study such singular Carrollian geometries. In this approach, we define the Carroll distribution as the image of the kernel of the degenerate metric under the anchor map. The Carroll distribution is, in general, a singular Stefan--Sussmann distribution that will fluctuate between rank-1 and rank-0, and so captures the notion of a singular Carroll vector field. As an example, we show that an invariant Carrollian structure on a principal bundle leads to a Carrollian structure on the associated Atiyah algebroid that will, in general, have a singular Carroll distribution. Mixed null-spacelike hypersurfaces, under some simplifying assumptions, also lead to examples of Carrollian Lie algebroids. Furthermore, we establish the existence of compatible connections on Carrollian Lie algebroids, and as a direct consequence, we conclude that Carrollian manifolds can always be equipped with compatible affine connections. | キャロル重力とホログラフィーの発展は、標準的なキャロル幾何学では扱えない、特異なキャロルベクトル場の使用を必要とする。 我々は、そのような特異なキャロル幾何学を研究するための枠組みとして、キャロル・リー代数を導入する。 このアプローチでは、キャロル分布を、アンカー写像による退化計量の核の像として定義する。 キャロル分布は、一般に、ランク1とランク0の間を変動する特異なステファン-サスマン分布であり、特異なキャロルベクトル場の概念を捉えている。 例として、主バンドル上の不変キャロル構造が、関連するアティヤ代数上のキャロル構造につながり、それが一般に特異なキャロル分布を持つことを示す。 混合零空間的超曲面は、いくつかの単純化仮定の下で、キャロル・リー代数の例にもなります。 さらに、キャロル・リー代数上に適合接続が存在することを証明し、その直接的な帰結として、キャロル多様体は常に適合アフィン接続を備えることができると結論付けます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the scattering of electromagnetic and gravitational waves off a Reissner-Nordstr\"om black hole in the low-temperature regime where the near-horizon throat experiences large quantum fluctuations. We find that the black hole is transparent to electromagnetic and gravitational radiation of fixed helicity below a certain frequency threshold. This phenomenon arises because the angular momentum of the black hole is quantized, creating an energy gap between the spinless black hole state and the first excited spinning states. Radiation with angular momentum -- such as photons, gravitons, and partial waves of a massless scalar field, which we also study -- must supply enough energy to bridge this gap to be absorbed. Below this threshold, no absorption can occur, rendering the black hole transparent. For frequencies above the gap, the scarcity of black hole states continues to suppress the absorption cross-section relative to semiclassical predictions, making the black hole translucent rather than completely transparent. Notably, electromagnetic absorption is significantly stronger than gravitational absorption, beyond what differences in spin alone would suggest. | 低温領域において、ライスナー・ノルドストロームブラックホールからの電磁波および重力波の散乱を、近地平線のスロート部で大きな量子ゆらぎが生じる領域で調べた。 その結果、ブラックホールは、ある周波数閾値以下では、固定ヘリシティの電磁波および重力波に対して透明であることがわかった。 この現象は、ブラックホールの角運動量が量子化され、スピンレスブラックホール状態と最初の励起スピン状態との間にエネルギーギャップが生じるために生じる。 光子、重力子、質量のないスカラー場の部分波など、我々も研究対象としている角運動量を持つ放射は、このギャップを埋めるのに十分なエネルギーを供給して吸収されなければならない。 この閾値以下では吸収は起こらず、ブラックホールは透明になる。 ギャップ以上の周波数では、ブラックホール状態の少なさが、半古典的な予測に比べて吸収断面積を抑制し続け、ブラックホールは完全に透明ではなく半透明になる。 透明です。 特に、 電磁吸収は重力吸収よりもはるかに強く、 スピンの違いだけで推測できる範囲を超えています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the asymptotic symmetry structure of two--dimensional dilaton gravity in its $\mathcal{N}=1$ supersymmetric extension based on the $\mathfrak{osp}(1|2)$ Lie superalgebra. Within the BF theoretical framework, we analyze affine and superconformal boundary conditions for each case and systematically derive the associated asymptotic symmetry algebras. While the classical theory recovers the Virasoro algebra or its affine enhancement, the supersymmetric extension yields a classical $\mathcal{N}=1$ superconformal algebra, subject to dynamical symmetry breaking mechanisms induced by the dilaton supermultiplet. We find that the boundary behavior of the dilaton not only leads to a reduction of the full affine $\mathfrak{osp}(1|2)_k$ symmetry down to $\tt{O} \tt{S} p(1|2)$, but also introduces an abelian extension through commuting modes. These results reveal a novel interplay between symmetry breaking and symmetry extension in low-dimensional supergravity. Our construction generalizes previous analyses of $sl(2,\mathbb{R})$ dilaton gravity to the supersymmetric domain and offers a consistent foundation for investigating boundary dynamics beyond the Schwarzian regime. | 我々は、$\mathfrak{osp}(1|2)$ リー超代数に基づく $\mathcal{N}=1$ 超対称拡張における2次元ディラトン重力の漸近対称構造を研究する。 BF 理論の枠組みにおいて、それぞれの場合のアフィン境界条件と超共形境界条件を解析し、関連する漸近対称代数を体系的に導出する。 古典理論はヴィラソロ代数またはそのアフィン拡張を回復するが、超対称拡張は、ディラトン超多重項によって誘起される動的対称性の破れのメカニズムに従う古典的な $\mathcal{N}=1$ 超共形代数を与える。 ディラトンの境界挙動は、完全なアフィン$\mathfrak{osp}(1|2)_k$対称性を$\tt{O} \tt{S} p(1|2)$に縮減するだけでなく、可換モードを通じてアーベル拡大も導入することを発見した。 これらの結果は、低次元超重力における対称性の破れと対称性の拡大の間の新たな相互作用を明らかにする。 我々の 構成は、$sl(2,\mathbb{R})$ディラトン重力に関するこれまでの解析を超対称領域に一般化し、シュワルツ領域を超えた境界ダイナミクスを研究するための一貫した基盤を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In a relativistic framework, it is generally accepted that quantum steering of maximally entangled states provide greater advantages in practical applications compared to non-maximally entangled states. In this paper, we investigate quantum steering for four different types of Bell-like states of fermionic modes near the event horizon of a Schwarzschild black hole. In some parameter spaces, the peak of steering asymmetry corresponds to a transition from two-way to one-way steerability for Bell-like states under the influence of the Hawking effect. It is intriguing to find that the fermionic steerability of the maximally entangled states experiences sudden death with the Hawking temperature, while the fermionic steerability of the non-maximally entangled states maintains indefinite persistence at infinite Hawking temperature. In contrast to prior research, this finding suggests that quantum steering of non-maximally entangled states is more advantageous than that of maximally entangled states for processing quantum tasks in the gravitational background. This surprising result overturns the traditional idea of ``the advantage of maximally entangled steering in the relativistic framework" and provides a new perspective for understanding the Hawking effect of the black hole. | 相対論的枠組みにおいては、最大エンタングル状態の量子ステアリングは、非最大エンタングル状態と比較して、実用的応用においてより大きな利点をもたらすことが一般的に認められている。 本論文では、シュワルツシルトブラックホールの事象の地平線近傍における、4種類のベル型フェルミオン状態に対する量子ステアリングを調査する。 いくつかのパラメータ空間において、ステアリング非対称性のピークは、ホーキング効果の影響下にあるベル型状態の双方向ステアリング可能性から一方向ステアリング可能性への遷移に対応する。 最大エンタングル状態のフェルミオンステアリング可能性がホーキング温度で突然消失するのに対し、非最大エンタングル状態のフェルミオンステアリング可能性は無限大のホーキング温度でも無期限に持続するという発見は興味深い。 先行研究とは対照的に、この発見は、重力背景における量子タスクの処理において、最大もつれ状態よりも非最大もつれ状態の量子ステアリングの方が有利であることを示唆している。 この驚くべき結果は、「相対論的枠組みにおける最大もつれステアリングの利点」という従来の考えを覆し、ブラックホールのホーキング効果を理解するための新たな視点を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Matched filtering is a long-standing technique for the optimal detection of known signals in stationary Gaussian noise. However, it has known departures from optimality when operating on unknown signals in real noise and suffers from computational inefficiencies in its pursuit of near-optimality. A compelling alternative that has emerged in recent years to address this problem is deep learning. Although it has shown significant promise when applied to the search for gravitational waves (GWs) in detector noise, we demonstrate the existence of learning biases that hinder generalisation and lead to significant loss in detection sensitivity. Our work identifies the sources of a set of 11 interconnected biases present in the supervised learning of the GW detection problem and contributes mitigation tactics and training strategies to concurrently address them. In light of the identified biases, we demonstrate that existing detection sensitivity metrics are not reliable for machine-learning (ML) pipelines and discuss the trustworthiness of previous results. We use GW domain knowledge to build a bespoke ML based binary black hole search pipeline called Sage that addresses these biases. Via the injection study presented in the Machine Learning Gravitational-Wave Search Challenge, we show that Sage detects ~11.2% more signals than the benchmark PyCBC analysis at a false alarm rate of one per month in O3a noise. Moreover, we also show that it can detect ~48.29% more signals than the previous best-performing ML pipeline on the same dataset. We empirically prove that Sage can: [i] effectively handle out-of-distribution noise power spectral densities, [ii] strongly reject non-Gaussian transient noise artefacts, and [iii] achieve higher detection sensitivities using less data than network architectures of a similar size. All code and implementations are available at https://github.com/nnarenraju/sage. | 整合フィルタリングは、定常ガウスノイズ中の既知の信号を最適に検出するための長年用いられてきた手法です。 しかし、実ノイズ中の未知の信号を処理する場合、最適性からの逸脱が知られており、近似最適性を追求する際に計算効率が低下するという問題があります。 近年、この問題に対処するために登場した魅力的な代替手法として、深層学習があります。 深層学習は、検出器ノイズ中の重力波（GW）の探索に適用した場合に大きな可能性を示していますが、汎化を妨げ、検出感度の大幅な低下につながる学習バイアスの存在を明らかにしました。 本研究では、重力波検出問題の教師あり学習に存在する11個の相互に関連するバイアスの発生源を特定し、それらを同時に解決するための緩和策と学習戦略を提案します。 特定されたバイアスを踏まえ、既存の検出感度指標は機械学習（ML）パイプラインにおいて信頼できないことを示して、これまでの結果の信頼性について議論します。 我々は重力波ドメインの知識を用いて、これらのバイアスに対処するために、機械学習ベースのバイナリブラックホール探索パイプライン「Sage」を独自に構築しました。 機械学習重力波探索チャレンジで発表されたインジェクション研究により、SageはO3aノイズにおいて、ベンチマークであるPyCBC解析よりも約11.2%多くの信号を検出し、誤報率は月1回であることを示しています。 さらに、同じデータセットにおいて、Sageは以前の最高性能の機械学習パイプラインよりも約48.29%多くの信号を検出できることも示しています。 Sageは、[i] 分布外ノイズのパワースペクトル密度を効果的に処理し、[ii] 非ガウス性過渡ノイズアーティファクトを強力に除去し、[iii] 同規模のネットワークアーキテクチャよりも少ないデータ量で高い検出感度を達成できることを実証しました。 すべてのコードと実装は、https://github.com/nnarenraju/sage で入手できます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate observational constraints on cubic curvature corrections to general relativity by analyzing quasi-periodic oscillations (QPOs) in accreting black hole systems. In particular, we study Kerr black hole solution corrected by cubic curvature terms parameterized by $\beta_5$ and $\beta_6$. While $\beta_6$ corresponds to a field-redefinition invariant structure, the $\beta_5$ term can in principle be removed via a field redefinition. Nonetheless, since we work in the frame where the accreting matter minimally couples to the metric, $\beta_5$ is in general present. Utilizing the corrected metric, we compute the QPO frequencies within the relativistic precession framework. Using observational data from GRO J1655$-$40 and a Bayesian analysis, we constrain the coupling parameters to $-12.31<\frac{\beta_5}{(5 M_\odot)^4}<24.15$ and $-1.99<\frac{\beta_6}{(5 M_\odot)^4}<0.30$ at 2-$\sigma$. These bounds improve upon existing constraints from big-bang nucleosynthesis and the speed of gravitational waves. | 降着ブラックホール系における準周期振動（QPO）を解析することにより、一般相対論に対する3次曲率補正に対する観測的制限を調査する。 特に、$\beta_5$と$\beta_6$でパラメータ化された3次曲率項によって補正されたカーブラックホール解を研究する。 $\beta_6$は場の再定義不変構造に対応するが、$\beta_5$項は原理的には場の再定義によって除去できる。 しかしながら、降着物質が計量と最小結合する系で作業するため、$\beta_5$は一般に存在する。 補正された計量を用いて、相対論的歳差運動の枠組みの中でQPO周波数を計算する。 GRO J1655$-$40の観測データとベイズ解析を用いて、結合パラメータを2-$\sigma$において$-12.31<\frac{\beta_5}{(5 M_\odot)^4}24.15$および$-1.99<\frac{\beta_6}{(5 M_\odot)^4}0.30$に制限した。 これらの制限は、ビッグバン元素合成と重力波の速度から得られた既存の制限値よりも優れている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| On the largest scales, the universe appears to be almost homogeneous and isotropic, adhering to the cosmological principle. In contrast, on smaller scales inhomogeneities and anisotropy become increasingly prominent, reflecting the origin, emergence, and formation of structure in the universe. Moreover, a range of tensions between various cosmological observations may suggest it necessary to explore the consequences of departure from the ideal, uniform universe on the fundamental level. Thus, in this work, the foundation of spatially homogeneous yet anisotropic universes is studied. Specifically, when given a 3D Lie algebra of \emph{desired} Killing vector fields (as would be the case for a homogeneous yet anisotropic universe), we provide an explicit construction for the metric that has exactly those as its Killing vector fields. This construction is presented accessibly, in a directly-usable, algorithmic fashion. Some examples demonstrating the construction are worked out, including a constructive method to separate out (cosmic) time dependence in spatially homogeneous, anisotropic cosmologies. | 最も大きなスケールでは、宇宙はほぼ均質かつ等方的であり、宇宙論的原理に従っているように見える。 対照的に、より小さなスケールでは、宇宙における構造の起源、出現、そして形成を反映して、不均質性と異方性がますます顕著になる。 さらに、様々な宇宙論的観測間の様々な緊張関係は、理想的で均質な宇宙からの逸脱がもたらす結果を根本的に探求する必要があることを示唆しているかもしれない。 したがって、本研究では、空間的に均質でありながら異方的な宇宙の基礎を研究する。 具体的には、（均質でありながら異方的な宇宙の場合のように）所望のキリングベクトル場の3次元リー代数が与えられた場合、まさにそれらをキリングベクトル場として持つ計量の明示的な構成を与える。 この構成は、アクセスしやすく、直接利用可能なアルゴリズム的な方法で提示される。 構築を証明するいくつかの例が検討され、その中には、空間的に均質で異方的な宇宙論における（宇宙の）時間依存性を分離する構成的手法も含まれる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The macroscopic model for a neutron star (NS) as a liquid drop at the equilibrium is used to extend the Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) equations taking into account the gradient terms responsible for the system surface. The parameters of the Schwarzschild metric in the spherical case are found with these surface corrections to the known leading (zero) order of the leptodermic approximation $a/R<<1$, where $a$ is the NS effective-surface (ES) thickness, and $R$ is the effective NS radius. The energy density $\mathcal{E}$ is considered in a general form including the functions of the particle number density and of its gradient terms. The macroscopic gravitational component $\Phi(\rho)$ of the energy density is taken into account in the simplest form as expansion in powers of $\rho-\overline{\rho} $, where $\overline{\rho}$ is the saturation density, up to second order, in terms of its contributions to the separation particle energy and incompressibility. Density distributions $\rho$ across the NS ES in the normal direction to the ES, which are derived in the simple analytical form at the same leading approximation, was used for the derivation of the modified TOV (MTOV) equations by accounting for their NS surface corrections. The MTOV equations are analytically solved at first order and the results are compared with the standard TOV approach of the zero order. | 平衡状態にある中性子星（NS）の液滴としての巨視的モデルを用いて、系の表面積に関与する勾配項を考慮したトールマン・オッペンハイマー・フォルコフ（TOV）方程式を拡張する。 球面の場合のシュワルツシルト計量のパラメータは、これらの表面補正を用いて、既知のレプトデルミック近似の主要（零）次数$a/R<<1$で求められる。 ここで、$a$はNS有効表面（ES）厚、$R$はNS有効半径である。 エネルギー密度$\mathcal{E}$は、粒子数密度とその勾配項の関数を含む一般的な形で考察される。 エネルギー密度の巨視的重力成分$\Phi(\rho)$は、最も単純な形で$\rho-\overline{\rho}$のべき乗展開として考慮されます。 ここで、$\overline{\rho}$は、分離粒子エネルギーと非圧縮性への寄与を考慮した、2次までの飽和密度です。 NS ESを横切るESの法線方向の密度分布$\rho$は、同じ主要近似で単純な解析形式で導出され、NS面補正を考慮して修正TOV（MTOV）方程式を導出するために使用されました。 MTOV方程式は1次で解析的に解かれ、結果は標準的な0次TOVアプローチと比較されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work tries to establish the theoretical framework for gravitomagnetic-hydrodynamics (GMHD), revealing a fundamental correspondence between geometrodynamics and magnetohydrodynamic phenomena in general relativity. By introducing the gravitoelectromagnetic formalism to relativistic fluids, a set of leading-order GMHD equations is derived that govern the co-evolution of spacetime geometry and matter dynamics in the early Universe. This analysis reveals that, under high-temperature and high-density conditions such as those during the electroweak phase transition, the gravitomagnetic Reynolds number becomes large, leading to a strongly coupled fluid-spacetime system. This coupling supports the emergence of gravitational Alfven waves and a turbulent energy cascade. Our findings suggest that GMHD turbulence may leave imprints on the stochastic gravitational wave background, offering a new window into the nonlinear dynamics of the primordial Universe. | 本研究は、重力磁気流体力学（GMHD）の理論的枠組みを確立し、一般相対論における幾何学力学と磁気流体力学現象との間の根本的な対応関係を明らかにすることを目指しています。 相対論的流体に重力電磁気形式論を導入することにより、初期宇宙における時空幾何学と物質ダイナミクスの共進化を支配する一連の主要次GMHD方程式を導出します。 この解析により、電弱相転移のような高温高密度条件下では、重力磁気レイノルズ数が大きくなり、流体-時空系が強く結合することが明らかになりました。 この結合は、重力アルヴェン波と乱流エネルギーカスケードの出現を支えています。 私たちの研究結果は、GMHD乱流が 確率的重力波背景に痕跡を残し、 原始宇宙の非線形ダイナミクスを解明する新たな窓を開く可能性を示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Within general relativity, we study spherically symmetric configurations with wormhole topology consisting of spinor fields and a Maxwell electric field. For such a system, we construct complete families of regular asymmetric solutions describing wormholes connecting two identical Minkowski spacetimes. The physical properties of such systems are completely determined by the values of three input quantities: the throat parameter, the spinor frequency, and the coupling constant. Depending on the specific values of these parameters, the configurations may have essentially different characteristics, including negative ADM masses. | 一般相対論において、我々はスピノル場とマクスウェル電場からなるワームホール・トポロジーを持つ球対称構成を研究する。 このような系に対して、我々は2つの同一のミンコフスキー時空を接続するワームホールを記述する正則非対称解の完全な族を構築する。 このような系の物理的特性は、3つの入力量、すなわちスロートパラメータ、スピノル周波数、および結合定数の値によって完全に決定される。 これらのパラメータの具体的な値に応じて、構成は負のADM質量を含む本質的に異なる特性を持つ可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We model the motion of a small compact object on a nearly circular orbit around a spinning supermassive black hole, which is also interacting with a thin equatorial accretion-disk surrounding the latter, through tools from self-force and Hamiltonian perturbation theory. We provide an analytical and relativistically-accurate formalism to calculate the rate of energy and angular momentum exchanged at Lindblad resonances. We show that strong relativistic effects can potentially cause a reversal in the direction of the torque on the small compact object if the surface density gradient is not too large. We analytically explore the dependence of the torque reversal location on the spin of the supermassive black hole and demonstrate that the ratio of the reversal location to the innermost stable circular orbit is approximately insensitive to the spin of the supermassive black hole. Our results show that relativistic torques can be 1--2 order of magnitude larger than the Newtonian torque routinely used in the literature to model disk/small-compact-object interactions close to the supermassive black hole. Our results highlight the importance of including relativistic effects when modeling environmental effects in extreme mass-ratio inspirals. | 我々は、回転する超大質量ブラックホールの周りをほぼ円軌道で周回する小型コンパクト天体の運動を、自己力とハミルトン摂動論を用いてモデル化する。 このブラックホールは、後者を取り囲む薄い赤道降着円盤とも相互作用している。 リンドブラッド共鳴におけるエネルギーと角運動量の交換率を計算するための、解析的かつ相対論的に正確な形式論を提供する。 表面密度勾配がそれほど大きくない場合、強い相対論的効果によって、小型コンパクト天体にかかるトルクの方向が反転する可能性があることを示す。 我々は、トルク反転位置が超大質量ブラックホールのスピンに依存することを解析的に調べ、反転位置と最内側の安定円軌道の比が、超大質量ブラックホールのスピンにほぼ無関係であることを示す。 我々の研究結果は、相対論的トルクが、超大質量ブラックホール近傍のディスク／小型コンパクト天体相互作用をモデル化するために文献で日常的に用いられているニュートン力学的トルクよりも1～2桁大きくなる可能性があることを示している。 我々の研究結果は、極端な質量比のインスパイラルにおける環境効果をモデル化する際に、相対論的効果を考慮することの重要性を強調している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a formation pathway linking black holes (BHs) observed in gravitational-wave (GW) mergers, wide BH-stellar systems uncovered by Gaia, and accreting low-mass X-ray binaries (LMXBs). In this scenario, a stellar-mass BH binary undergoes isolated binary evolution and merges while hosting a distant, dynamically unimportant tertiary stellar companion. The tertiary becomes relevant only after the merger, when the remnant BH receives a GW recoil kick. Depending on the kick velocity and system configuration, the outcome can be: (i) a bright electromagnetic (EM) counterpart to the GW merger; (ii) an LMXB; (iii) a wide BH-stellar companion resembling the Gaia BH population; or (iv) an unbound, isolated BH. Modeling the three-body dynamics, we find that $\sim 0.02\%$ of LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) mergers may be followed by an EM counterpart within $\sim$10 days, produced by tidal disruption of the star by the BH. The flare is likely brightest in the optical-UV and lasts days to weeks; in some cases, partial disruption causes recurring flares with a period of $\sim$2 months. We further estimate that this channel can produce $\sim 1-10\%$ of Gaia BH systems in the Milky Way. This scenario provides the first physically motivated link between GW sources, Gaia BHs, and some X-ray binaries, and predicts a rare but robust pathway for EM counterparts to binary BH mergers, potentially detectable in LVK's O5 run. | 我々は、重力波（GW）合体で観測されるブラックホール（BH）、ガイア衛星によって発見された広域のBH-恒星系、そして集積する低質量X線連星（LMXB）を結びつける形成経路を提案する。 このシナリオでは、恒星質量のBH連星が孤立した連星進化を経て合体するが、その過程で遠方にあり、力学的に重要でない三次恒星を伴っている。 三次恒星は、合体後、残存BHが重力波反動の衝撃を受ける場合にのみ重要になる。 衝撃の速度と系の構成に応じて、結果は以下のようになる。 (i) 重力波合体の明るい電磁波（EM）対応物、(ii) LMXB、 (iii) ガイア衛星のBH種族に類似した広域のBH-恒星系、または(iv) 束縛されていない孤立したBH。 三体力学モデル化により、LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）合体の$\sim$0.02\%$に続いて、$\sim$10日以内に、BHによる恒星の潮汐破壊によって生成されるEMフレアが発生する可能性があることが分かりました。 このフレアは可視紫外線で最も明るく、数日から数週間持続する可能性があります。 場合によっては、部分的な破壊によって$\sim$2$ヶ月周期のフレアが繰り返し発生することがあります。 さらに、この経路によって、天の川銀河のGaia BH系の$\sim$1-10\%$が生成されると推定しています。 このシナリオは、重力波源、Gaia BH、およびいくつかのX線連星系との間に、物理的に根拠のある最初のリンクを提供するものであり、LVKのO5ランで検出される可能性のある、連星BH合体のEM対応物への稀ではあるものの堅牢な経路を予測しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent observational evidence of axially symmetric anisotropies in the local cosmic expansion rate motivates an investigation of whether they can be accounted for within the Lema\^itre-Tolman-Bondi (LTB) framework with an off-center observer. Within this setting, we compute the exact relativistic luminosity distance via the Sachs equation and compare it with the approximate expression obtained from the covariant cosmographic approach (including Hubble, deceleration, jerk and curvature parameters). This comparison allows us to identify the regimes in which the covariant cosmographic method remains reliable. In addition, we compare the LTB relativistic distance for small inhomogeneities with the corresponding result derived from linear perturbation theory (LPT) in the standard cosmological model. This analysis establishes a precise correspondence between the LTB and LPT approaches, offering a consistent dictionary for the interpretation of the observed anisotropies of the large-scale gravitational field. This analysis will be instrumental in interpreting expansion-rate anisotropies, facilitating investigations of the local Universe beyond the FLRW framework with a fully non-perturbative metric approach. | 局所宇宙膨張率における軸対称異方性に関する最近の観測的証拠は、オフセンター観測者を用いたLema\^itre-Tolman-Bondi (LTB) 枠組みにおいて、これらの異方性を説明できるかどうかの調査を促すものである。 この設定において、我々はSachs方程式を用いて正確な相対論的光度距離を計算し、それを共変宇宙論的アプローチ（ハッブル、減速、ジャーク、曲率パラメータを含む）から得られる近似式と比較する。 この比較により、共変宇宙論的方法が信頼性を維持する領域を特定することができる。 さらに、小さな不均一性に対するLTB相対論的距離を、標準宇宙論モデルにおける線形摂動論 (LPT) から導かれる対応する結果と比較する。 この解析は、LTBアプローチとLPTアプローチの間の正確な対応を確立し、大規模重力場の観測された異方性を解釈するための一貫した辞書を提供します。 この解析は、膨張率異方性の解釈に役立ち、FLRWの枠組みを超えた局所宇宙の完全な非摂動的な計量アプローチによる研究を促進するでしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate how matter density affects neutrino oscillations by considering a mass-varying neutrino scenario where the neutrino mass depends on a scalar field. This scalar field is non-minimally coupled to the Gauss-Bonnet (GB) invariant, causing its profile to be implicitly influenced by the surrounding matter distribution. Using data from solar neutrino experiments, we derive constraints on the model parameters, providing new insights into the properties of mass-varying neutrino within the Gauss-Bonnet scalar-tensor framework. | 我々は、ニュートリノの質量がスカラー場に依存する質量変動ニュートリノシナリオを考察することにより、物質密度がニュートリノ振動にどのような影響を与えるかを調べる。 このスカラー場はガウス・ボネ不変量（GB）と非最小結合しており、そのプロファイルは周囲の物質分布によって暗黙的に影響を受ける。 太陽ニュートリノ実験のデータを用いて、モデルパラメータへの制限を導出し、ガウス・ボネスカラーテンソル枠組みにおける質量変動ニュートリノの特性に関する新たな知見を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| For twisted particles in arbitrary gravitational fields, the problems of the rotation of intrinsic orbital angular momentum and the orbital Hall effect are solved in the general case. We need not use the Maxwell equations in curved spacetimes for a description of twisted photons. The exact general equation rigorously defining the OAM dynamics in any Riemannian spacetimes is derived. The general description of different manifestations of the orbital Hall effect for any twisted particles is also presented. Our short analysis shows that the results obtained can find important practical applications. | 任意の重力場中のねじれ粒子について、固有軌道角運動量回転と軌道ホール効果の問題は、一般的な場合において解決される。 ねじれ光子の記述に、曲がった時空におけるマクスウェル方程式を用いる必要はない。 任意のリーマン時空における軌道角運動量のダイナミクスを厳密に定義する正確な一般式が導出される。 また、任意のねじれ粒子に対する軌道ホール効果の様々な発現の一般的な記述も提示される。 簡単な解析により、得られた結果は重要な実用的応用が見出されることが示される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| New time-dependent metric tensors with spherical symmetry satisfying the Einstein-Maxwell equations in space-times with FLRW asymptotic behaviour are derived here for the first time. These geometries describe dynamical charged non-rotating black holes hosted by the perfect fluid of the asymptotic FLRW space-times. Their gravitational sources are the stress-energy tensors formed by a contribution of the perfect fluid and an electromagnetic one due to the Coulomb field produced by the time-dependent black-hole charge in the asymptotic FLRW background. The dynamics of these models is determined by the dynamical mass, which may be an arbitrary function of time, and two arbitrary real-valued parameters. The first one simulates the effect of a cosmological constant as in our $\kappa$-models we proposed recently [I. I. Cotaescu, Eur. Phys. J. C (2024) 84:819]. The second parameter relates surprisingly the dynamical black hole charge to the cubic root of the mass function. The role of these parameters is investigated analyzing simple examples of dynamical charged black holes in the matter-dominated universe. | FLRW漸近的挙動を示す時空において、アインシュタイン-マクスウェル方程式を満たす球対称性を持つ新しい時間依存計量テンソルが、本稿で初めて導出される。 これらの形状は、漸近的FLRW時空の完全流体にホストされた、回転しない動力学的荷電ブラックホールを記述する。 これらの重力源は、完全流体の寄与によって形成される応力エネルギーテンソルと、漸近的FLRW背景における時間依存ブラックホール荷電によって生成されるクーロン場による電磁テンソルである。 これらのモデルのダイナミクスは、任意の時間関数となり得る動力学的質量と、2つの任意の実数値パラメータによって決定される。 最初のパラメータは、最近提案した$\kappa$モデル（I. I. Cotaescu, Eur. Phys. J. C (2024) 84:819）と同様に、宇宙定数の効果をシミュレートする。 驚くべきことに、2番目のパラメータは、 動的ブラックホールの電荷と質量関数の3乗根を関連付けています。 これらのパラメータの役割は、 物質優勢宇宙における動的電荷ブラックホールの単純な例を解析することで調査されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a holographic prescription to compute real-time thermal correlators with arbitrary operator ordering. In field theory, these correlation functions are captured by a multi-fold Schwinger-Keldysh time contour. We propose a holographic dual for these contours, which generalizes the gravitational Schwinger-Keldysh geometry previously advocated in the literature. Our geometry consists of multiple AdS-black holes glued together at the future and past horizons, with matching conditions determined by unitarity and the KMS condition. As a proof of concept, we solve for a probe scalar field in this geometry and compute bulk-bulk and bulk-boundary propagators, in terms of which we evaluate the 4-point functions at tree-level. We show that in perturbation theory, the lowest-order diagrams that contribute non-trivially to the out-of-time order four-point function are exchange diagrams which explore the full four-fold geometry. Furthermore, these diagrams reduce to a simple factorized expression. We propose a conjecture on the structure of higher order observables and provide a partial proof by studying a subset of the contributing diagrams. | 我々は、任意の演算子順序を持つリアルタイム熱相関関数を計算するためのホログラフィック処方箋を提供する。 場の理論では、これらの相関関数は多重シュウィンガー・ケルディッシュ時間線によって捉えられる。 我々はこれらの線に対してホログラフィック双対を提案する。 これは、文献で以前に提唱された重力シュウィンガー・ケルディッシュ幾何学を一般化するものである。 我々の幾何学は、未来地平線と過去地平線で接着された複数のAdSブラックホールで構成され、マッチング条件はユニタリー性とKMS条件によって決定される。 概念実証として、この幾何学におけるプローブスカラー場を解き、バルク-バルクおよびバルク-境界伝播関数を計算する。 これを用いて、ツリーレベルで4点関数を評価する。 摂動論において、時間順序外の4点関数に非自明に寄与する最も低次のダイアグラムは、完全な4回分幾何学を探索する交換ダイアグラムであることを示す。 さらに、これらの図は単純な因数分解表現に帰着する。 我々は高階観測量の構造に関する予想を提案し、寄与する図のサブセットを研究することで部分的な証明を与える。 |