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| Original Text | 日本語訳 |
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| The infrared singularities of scattering amplitudes have historically contributed to much development in understanding fundamental structures in physics. However, the fate of the leading soft singularities of amplitudes in non-trivial background fields has remained largely unknown. In this paper, we derive the leading soft theorems for photons, gluons and gravitons on generic plane wave backgrounds in gauge theory and gravity. The results differ from the flat space results through dependence on the initial conditions of the soft mediator. We also consider the special case of self-dual plane wave backgrounds, and match onto the flat space results when the background is treated perturbatively. | 散乱振幅の赤外線特異点は、歴史的に物理学における基本構造の理解に大きく貢献してきた。 しかしながら、非自明な背景場における振幅の主要なソフト特異点の運命は、ほとんど解明されていない。 本論文では、ゲージ理論と重力における一般的な平面波背景上の光子、グルーオン、重力子の主要なソフト定理を導出する。 結果は、ソフトメディエーターの初期条件への依存性により、平坦空間の結果とは異なる。 また、自己双対平面波背景の特殊なケースも考慮し、背景を摂動論的に扱った場合の平坦空間の結果と整合させる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider the emergence of large-scale cosmological expansion in scalar-tensor theories of gravity. This is achieved by modelling sub-horizon regions of space-time as weak-field expansions around Minkowski space, and then subsequently joining many such regions together to create a statistically homogeneous and isotropic cosmology. We find that when the scalar field can be treated perturbatively, the cosmological behaviour that emerges is well modelled by the Friedmann solutions of the theory. When non-perturbative screening mechanisms occur this result no longer holds, and in the case of scalar fields subject to the chameleon mechanism we find significant deviations from the expected Friedmann behaviour. In particular, the screened mass no longer contributes to the Klein-Gordon equation, suppressing deviations from general relativistic behaviour. | 我々は、スカラー-テンソル重力理論における大規模宇宙膨張の出現を考察する。 これは、時空のサブホライズン領域をミンコフスキー空間の周りの弱場膨張としてモデル化し、その後、そのような領域を多数結合して統計的に均質かつ等方的な宇宙論を構築することによって達成される。 スカラー場を摂動論的に扱うことができる場合、出現する宇宙論的振る舞いは理論のフリードマン解によってよくモデル化されることがわかった。 非摂動的な遮蔽機構が生じる場合、この結果はもはや成り立たず、カメレオン機構を受けるスカラー場の場合、予想されるフリードマン挙動からの大きな逸脱が見られる。 特に、遮蔽された質量はもはやクライン-ゴルドン方程式に寄与せず、一般相対論的振る舞いからの逸脱を抑制する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we introduce a general method to prove the non-degeneracy of the Hessian in the spinfoam vertex amplitude for quantum gravity and apply it to the spinfoam models with a cosmological constant ($\Lambda$-SF models). By reformulating the problem in terms of the transverse intersection of some submanifolds in the phase space of flat ${\rm SL}(2,\mathbb{C})$ connections, we demonstrate that the Hessian is non-degenerate for critical points corresponding to non-degenerate, geometric 4-simplices in de Sitter or anti-de Sitter space. Non-degeneracy of the Hessian is an important necessary condition for the stationary phase method to be applicable. With a non-degenerate Hessian, this method not only confirms the connection of the $\Lambda$-SF model to semiclassical gravity, but also shows that there are no dominant contributions from exceptional configurations as in the Barrett-Crane model. Given its general nature, we expect our criterion to be applicable to other spinfoam models under mild adjustments. | 本論文では、量子重力におけるスピンフォーム頂点振幅におけるヘッセ行列の非退化を証明するための一般的な手法を導入し、それを宇宙定数を持つスピンフォーム模型（$\Lambda$-SF模型）に適用する。 平坦${\rm SL}(2,\mathbb{C})$接続の位相空間におけるいくつかの部分多様体の横断交差を用いて問題を再定式化することにより、ド・ジッター空間または反ド・ジッター空間における非退化な幾何学的4次元単体に対応する臨界点において、ヘッセ行列が非退化であることを示す。 ヘッセ行列の非退化は、定常位相法を適用するための重要な必要条件である。 非退化ヘッシアンを用いると、この方法は$\Lambda$-SFモデルと半古典重力との関連性を確認するだけでなく、Barrett-Craneモデルのように例外的な構成からの支配的な寄与がないことも示します。 その汎用性を考慮すると、この基準は、わずかな調整を加えることで他のスピンフォームモデルにも適用できると期待されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove an infinite sequence of inequalities among scalar polynomial invariants of symmetric rank-2 tensors of Segre type A1, A3, and B. In particular, these inequalities apply to the Ricci tensor and the energy-momentum tensor. We use one of them to generalize the known relation between the second Ricci invariant and the Kretschmann scalar. | Segre型A1、A3、Bの対称階数2テンソルのスカラー多項式不変量の間には、無限の不等式列が存在することを証明する。 特に、これらの不等式はリッチテンソルとエネルギー運動量テンソルに適用される。 これらの不等式の一つを用いて、第二リッチ不変量とクレッチマンスカラーとの間の既知の関係を一般化する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We utilize various computational techniques in flat and curved backgrounds to calculate the classical gravitational Compton amplitude up to the second post-Minkowskian order. Our novel result supports the use of worldline quantum field theory in non-trivial background spacetimes to obtain new theoretical insights that can both enhance computational efficiency and provide useful cross-checks of results, particularly in the context of classical binary black hole mergers. | 我々は、平坦背景および曲面背景における様々な計算手法を用いて、ポストミンコフスキー秩序までの古典的重力コンプトン振幅を計算した。 この新しい結果は、非自明な背景時空における世界線量子場理論の適用を支持するものであり、特に古典的な連星ブラックホール合体の文脈において、計算効率を向上させ、結果の有用なクロスチェックを提供する新たな理論的知見を得るものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study the cosmological evolution of a viscous dark energy model within the framework of $f(Q, C)$ gravity, utilizing a two-fluid approach. The model incorporates non-metricity and boundary contributions to the total action, represented by the scalar quantities $Q$ and $C$. The viscosity in the dark energy fluid is modeled to understand the impact of bulk viscosity on cosmic expansion and the late-time acceleration of the universe. We derive the field equations using the modified FLRW metric and analyze the behavior of key cosmological parameters, including the energy density, pressure, and the equation of state (EoS) parameter. The effective EoS parameter is also studied in the context of cosmic evolution. We impose observational constraints on the Hubble parameter $H(z)$ using recent datasets from DESI-Y1, SDSS-IV, Pantheon+ (without SHOES calibration), and cosmic chronometer measurements. The analysis shows that the model effectively describes the universe's expansion history and predicts a transition from deceleration to acceleration, consistent with observational data. This model also provides an alternative explanation for cosmic acceleration without the need for a cosmological constant. | 本論文では、二流体アプローチを用いて、$f(Q, C)$重力理論の枠組みの中で粘性ダークエネルギーモデルの宇宙論的進化を研究する。 このモデルは、スカラー量$Q$と$C$で表される非計量性と境界寄与を全作用に組み込んでいる。 ダークエネルギー流体の粘性は、宇宙膨張と後期宇宙加速に対するバルク粘性の影響を理解するためにモデル化される。 修正FLRW計量を用いて場の方程式を導出し、エネルギー密度、圧力、状態方程式（EoS）パラメータなど、主要な宇宙論パラメータの挙動を解析する。 有効EoSパラメータについても、宇宙進化の観点から研究する。 我々は、DESI-Y1、SDSS-IV、Pantheon+（SHOES較正なし）、そして宇宙クロノメータ観測による最近のデータセットを用いて、ハッブルパラメータ$H(z)$に観測的制約を課す。 解析の結果、このモデルは宇宙の膨張史を効果的に記述し、観測データと整合的に減速から加速への移行を予測する。 このモデルはまた、宇宙定数を必要とせずに宇宙の加速を説明する別の方法も提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The GEFF - the Gradient Expansion Formalism Factory - is a new Python package designed to study gauge-field production during inflation. The package provides a framework to implement and use the gradient expansion formalism (GEF), a numerical technique devised to study the nonlinear dynamics associated with inflationary gauge-field generation. The GEF has already been applied in the context of axion inflation, and with the GEFF package, one can build on these results. The GEFF gives users access to ready-to-use model files for two scenarios of axion inflation: pure axion inflation, with the inflaton coupled to a pure Abelian gauge sector, and fermionic axion inflation, which assumes that the Standard Model (SM) hypercharge field is coupled to the inflaton, resulting in the production SM fermions via the Schwinger effect. The GEFF provides the user with methods to solve GEF equations, including an integrated error estimator and self-correction algorithm. Furthermore, users can implement their own GEF models, e.g., variations of axion inflation or related scenarios. The package also comes with tools to study the production of primordial gravitational waves induced by gauge fields. This is a starting guide for the GEFF, providing a high-level introduction to the GEF, installation instructions, and the basics for using this package. | GEFF（Gradient Expansion Formalism Factory）は、インフレーション中のゲージ場生成を研究するために設計された新しいPythonパッケージです。 このパッケージは、インフレーションゲージ場生成に関連する非線形ダイナミクスを研究するために考案された数値解析手法である勾配展開形式（GEF）を実装および使用するためのフレームワークを提供します。 GEFは既にアクシオンインフレーションの文脈に適用されており、GEFFパッケージを用いることで、これらの結果を基に構築することができます。 GEFFは、インフレーションが純粋なアーベルゲージセクターに結合した純粋アクシオンインフレーションと、標準模型（SM）のハイパーチャージ場がインフレーションに結合し、シュウィンガー効果によってSMフェルミオンが生成されると仮定したフェルミオンアクシオンインフレーションの2つのアクシオンインフレーションシナリオについて、すぐに使用できるモデルファイルへのアクセスを提供します。 GEFFは、統合された誤差推定器と自己修正アルゴリズムを含む、GEF方程式を解くための手法をユーザーに提供します。 さらに、ユーザーは独自のGEFモデル（例えば、アクシオンインフレーションのバリエーションや関連シナリオなど）を実装できます。 このパッケージには、ゲージ場によって誘起される原始重力波の生成を研究するためのツールも付属しています。 これはGEFFの入門ガイドであり、GEFの高レベルな入門、インストール手順、そしてこのパッケージの使用に関する基本事項を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The $H_0$ tension has become one of the most significant challenges in modern cosmology. The recent DESI DR2 data has shown a significant preference for dynamical dark energy, yet this has further exacerbated the $H_0$ tension. In this work, we explore the potential of new interacting dark energy models ($\widetilde{\Lambda}$CDM and $e\widetilde{\Lambda}$CDM) to alleviate the $H_0$ tension. We perform observational constraints using the latest baryon acoustic oscillation data from DESI DR2, cosmic microwave background (CMB) data from Planck and Atacama Cosmology Telescop, and type Ia supernova data from DESY5 and PantheonPlus, as well as the SH0ES data. From our analysis, we observe the dynamical scale parameter of the cosmological constant, $\delta_{\Lambda} = -0.410^{+0.140}_{-0.120}$, in the $e\widetilde{\Lambda}$CDM model using the CMB+DESI+SH0ES data, which deviates from $\Lambda$CDM at the $3.2\sigma$ level. Due to the anti-correlation between $\delta_{\Lambda}$ and $H_0$, a negative $\delta_{\Lambda}$ results in a higher inferred $H_0$. Consequently, we obtain $H_0 = 71.90 \pm 1.00~\mathrm{km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}}$, reducing the $H_0$ tension to $0.8\sigma$. Even without SH0ES, the CMB+DESI data alone still alleviate the $H_0$ tension to $1.7\sigma$. Overall, the $e\widetilde{\Lambda}$CDM model not only deviates from the $\Lambda$CDM model but also demonstrates a significant capability to alleviate the $H_0$ tension. | $H_0$張力は、現代宇宙論における最も重要な課題の一つとなっている。 最近のDESI DR2データは、動的ダークエネルギーが著しく優先することを示しているが、これは$H_0$張力をさらに悪化させている。 本研究では、新しい相互作用ダークエネルギーモデル（$\widetilde{\Lambda}$CDMおよび$e\widetilde{\Lambda}$CDM）が$H_0$張力を軽減する可能性を探求する。 DESI DR2の最新の重粒子音響振動データ、プランク宇宙論望遠鏡およびアタカマ宇宙論望遠鏡の宇宙マイクロ波背景放射（CMB）データ、DESY5およびPantheonPlusのIa型超新星データ、そしてSH0ESデータを用いて観測的制約を行う。 解析の結果、CMB+DESI+SH0ESデータを用いた$e\widetilde{\Lambda}$CDMモデルにおいて、宇宙定数の力学的スケールパラメータ$\delta_{\Lambda} = -0.410^{+0.140}_{-0.120}$が観測され、$\Lambda$CDMから$3.2\sigma$レベルで逸脱する。 $\delta_{\Lambda}$と$H_0$の間には逆相関関係があるため、負の$\delta_{\Lambda}$は推定される$H_0$を高くする。 結果として、$H_0 = 71.90 \pm 1.00~\mathrm{km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}}$となり、$H_0$張力は$0.8\sigma$に減少する。 SH0ESがない場合でも、CMB+DESIデータのみで $H_0$張力を$1.7\sigma$まで緩和できます。 全体として、 $e\widetilde{\Lambda}$CDMモデルは$\Lambda$CDMモデルから逸脱するだけでなく、 $H_0$張力を大幅に緩和する能力も示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Primordial black holes (PBHs) are one of the most important tracers of cosmic history. In this work, we investigate the formation of PBHs around the time of the QCD phase transition from a broadly peaked inflationary scalar power spectrum, which naturally produces an extended PBH mass function. This scenario yields two distinct stochastic gravitational wave backgrounds (SGWB): (i) scalar-induced, second-order tensor perturbations generated at PBH formation, and (ii) a merger-driven SGWB from the subsequent PBH binary population. Using Bayesian analysis, we examine both SGWB channels with the data from the NANOGrav 15-year dataset and the first three observing runs of LVK. We also forecast continuous-wave signals from mini extreme mass ratio inspirals (mini-EMRIs) for direct comparison with NANOGrav and LVK constraints. Our parameter scans identify regions of the parameter space where the combined SGWB is detectable in future ground-based and space-based detectors. A broad PBH mass distribution naturally gives rise to mini-EMRIs, which future ground-based observatories, such as LVK A+, ET, and CE, can detect. For a large part of the PBH parameter space, the SGWB of astrophysical origin masks the primordial SGWB in the frequency band of ground-based detectors. Thus, for extended PBH mass distributions, we find that the detection of mini-EMRIs is a more robust channel for probing the PBH parameter space than the corresponding SGWB. | 原始ブラックホール（PBH）は、宇宙史の最も重要なトレーサーの一つです。 本研究では、QCD相転移の前後におけるPBHの形成を、広くピークを持つインフレーションスカラーパワースペクトルから調査します。 このスペクトルは、PBHの質量関数を自然に拡張します。 このシナリオは、2つの異なる確率的重力波背景（SGWB）をもたらします。 (i) PBH形成時に生成されるスカラー誘起の2次テンソル摂動、および(ii) その後のPBH連星種族からの合体駆動SGWBです。 ベイズ解析を用いて、NANOGravの15年間のデータセットとLVKの最初の3回の観測ランのデータを用いて、両方のSGWBチャネルを検証します。 また、NANOGravおよびLVKの制約と直接比較するために、ミニ極限質量比インスパイラル（ミニEMRI）からの連続波信号を予測します。 我々のパラメータスキャンは、将来の地上および宇宙ベースの検出器で複合SGWBが検出可能なパラメータ空間の領域を特定します。 PBHの広い質量分布は自然にミニEMRIを生み出し、LVK A+、ET、CEなどの将来の地上観測所で検出できるようになります。 PBHパラメータ空間の大部分では、天体起源のSGWBが地上検出器の周波数帯域における原始的SGWBを覆い隠します。 したがって、PBHの質量分布が広い場合、ミニEMRIの検出は、対応するSGWBよりもPBHパラメータ空間を調査するためのより堅牢なチャネルであることがわかりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper presents OCTOPUS, a relativistic ray-tracing algorithm developed within a Fortran-based, OpenMP-accelerated framework, designed for asymptotically flat, spherically symmetric curved spacetimes. The code efficiently and accurately computes key relativistic features -- including the black hole event horizon, photon rings, critical curves, and innermost stable circular orbits -- and simulates black hole shadows, redshift factor distributions, accretion disk images, toroidal images, as well as gravitational lensing, light curves, and gravitational radiation from hot-spots. OCTOPUS provides an automated, modular solution for qualitative studies of black hole observables and multi-messenger correlations between electromagnetic and gravitational signals in curved spacetime. Its implementation requires only the metric potential and its first-, second-, and third-order radial derivatives as input, ensuring low user barriers while remaining highly extensible and adaptable. Using a Schwarzschild black hole surrounded by a Dehnen-type dark matter halo, we thoroughly validate the algorithm's precision, efficiency, and functionality, and investigate how dark matter halo parameters affect observational signatures. Our results demonstrate that increasing the scale and density of the dark matter halo strengthens the spacetime's gravitational field, an effect clearly reflected in black hole images and supported by hot-spot light curve signatures. A future version of OCTOPUS, with expanded capabilities for axisymmetric spacetimes, is planned for release. | 本論文では、漸近平坦で球対称な曲がった時空を対象に設計された、FortranベースのOpenMPアクセラレーションフレームワーク内で開発された相対論的光線追跡アルゴリズムOCTOPUSを紹介します。 このコードは、ブラックホールの事象の地平線、光子リング、臨界曲線、最内周の安定円軌道などの主要な相対論的特徴を効率的かつ正確に計算し、ブラックホールの影、赤方偏移因子分布、降着円盤像、トロイダル像、さらには重力レンズ効果、光度曲線、ホットスポットからの重力放射をシミュレートします。 OCTOPUSは、曲がった時空におけるブラックホール観測量や電磁信号と重力信号間のマルチメッセンジャー相関の定性的研究のための、自動化されたモジュール型ソリューションを提供します。 その実装には、計量ポテンシャルとその1次、2次、3次のラジアル微分のみを入力として必要とするため、ユーザー障壁が低く、高い拡張性と適応性を維持できます。 デーネン型暗黒物質ハローに囲まれたシュワルツシルトブラックホールを用いて、アルゴリズムの精度、効率性、機能性を徹底的に検証し、暗黒物質ハローのパラメータが観測シグネチャーにどのように影響するかを調査します。 結果は、暗黒物質ハローのスケールと密度が増加すると時空の重力場が強化されることを示しており、この効果はブラックホール画像に明確に反映され、ホットスポットの光曲線シグネチャーによって裏付けられています。 軸対称時空への機能を拡張したOCTOPUSの将来バージョンのリリースが計画されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Whether gravity must be quantized remains one of the biggest open problems in fundamental physics. Classical-quantum hybrid theories have recently attracted attention as a possible framework in which gravity is treated classically yet interacts consistently with quantum matter. Schemes based on completely positive dynamics satisfy most formal consistency requirements and enable a systematic treatment of quantum backreaction, but they also give rise to features that challenge conventional physical intuition, such as the breakdown of conservation laws. To illustrate this issue, we consider a qubit interacting with a classical particle and demonstrate that the corresponding hybrid system violates angular momentum conservation despite the rotational symmetry of the underlying equations of motion. This provides an explicit example of a fully closed, rotationally invariant classical-quantum system with completely positive dynamics that violates a conservation law. | 重力を量子化すべきかどうかは、基礎物理学における最大の未解決問題の一つです。 古典量子ハイブリッド理論は、重力を古典的に扱いながらも量子物質と整合的に相互作用する可能性のある枠組みとして、近年注目を集めています。 完全正値ダイナミクスに基づく枠組みは、形式的な整合性の要件のほとんどを満たし、量子反作用の体系的な取り扱いを可能にしますが、保存則の破綻など、従来の物理的直感に反する特徴も生じます。 この問題を説明するために、我々は古典粒子と相互作用する量子ビットを考察し、対応するハイブリッド系が、基礎となる運動方程式の回転対称性にもかかわらず、角運動量保存則を破ることを示します。 これは、保存則に違反する完全正値ダイナミクスを持つ、完全に閉じた回転不変な古典量子系の明確な例を示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In spherical symmetry, gravitational collapse of dust may give rise to the so-called shell-crossing singularities, beyond which spacetime can be extended using weak solutions to the integrated version of the equations of motion. We argue that the paradigm of weak solutions is ill-suited for dynamical extension beyond shell crossings through shock waves because it is based implicitly on an assumption that turns out to be unphysical for the shock and leads to the unwanted prospect of shock waves of dust particles moving faster than light. | 球対称性において、ダストの重力崩壊は、いわゆる殻交差特異点を引き起こす可能性があり、その特異点を超えて時空を拡張することができます。 運動方程式の積分版の弱解を用いて。 我々は、弱解のパラダイムは、衝撃波による殻交差を超えた力学的拡張には不向きであると主張する。 なぜなら、それは暗黙のうちに、衝撃波に対しては非物理的であることが判明した仮定に基づいており、光速を超えるダスト粒子の衝撃波という望ましくない可能性につながるからである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Third-generation ground-based gravitational wave detectors are expected to observe $\mathcal{O}(10^5)$ of overlapping signals per year from a multitude of astrophysical sources that will be computationally challenging to resolve individually. On the other hand, the stochastic background resulting from the entire population of sources encodes information about the underlying population, allowing for population parameter inference independent and complementary to that obtained with individually resolved events. Parameter estimation in this case is still computationally challenging, as computing the power spectrum involves sampling $\sim 10^5$ sources for each set of hyperparameters describing the binary population. In this work, we build on recently developed importance sampling techniques to compute the SGWB efficiently and train neural networks to interpolate the resulting background. We show that a multi-layer perceptron can encode the model information, allowing for significantly faster inference. We test the network assuming an observing setup with CE and ET sensitivities, where for the first time we include the intrinsic variance of the SGWB in the inference, as in this setup it presents a dominant source of measurement noise. | 第三世代の地上型重力波検出器は、多数の天体源から年間$\mathcal{O}(10^5)$個の重なり合う信号を観測すると予想されており、これらの源は個別に分解するには計算的に困難です。 一方、源集団全体から得られる確率的背景は、基礎となる集団に関する情報をエンコードするため、個別に分解されたイベントから得られるものとは独立かつ補完的な集団パラメータの推論が可能になります。 この場合のパラメータ推定は、パワースペクトルの計算に連星集団を記述するハイパーパラメータの各セットごとに$\sim 10^5$個の源をサンプリングする必要があるため、依然として計算的に困難です。 本研究では、最近開発された重要度サンプリング手法を用いてSGWBを効率的に計算し、結果として得られる背景を補間するニューラルネットワークを学習します。 多層パーセプトロンがモデル情報をエンコードできることを示し、推論を大幅に高速化します。 我々は、CEとETの感度を持つ観測セットアップを想定してネットワークをテストします。 このセットアップでは、SGWBの固有分散が測定ノイズの主な発生源となるため、初めてSGWBの固有分散を推論に含めます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Functions of bound Kerr geodesic motion play a central role in many calculations in relativistic astrophysics, ranging from gravitational-wave generation to self-force and radiation-reaction modeling. Although these functions can be expressed as a Fourier series using the geodesic fundamental frequencies, reconstructing them in coordinate time is challenging due to the coupling of the radial and polar motions. In this paper, we compare two strategies for performing such reconstructions and their ability to estimate high-order coordinate-time derivatives of the orbital functional. The first method maps Fourier coefficients from Mino to coordinate time; the second method fits a sampled time series of the function to a truncated coordinate-time Fourier series. While the latter method is prone to overfitting, it yields more accurate reconstructions and derivatives than the mapping, but completely misrepresents the harmonic content of the orbital functional. For the purpose of accurate coordinate-time derivative estimation, we propose a hybrid method: fit for the Mino-time coefficients, differentiate with respect to Mino time, then convert to coordinate time. Applied to the mass quadrupole of a generic Kerr geodesic, this hybrid method recovers the sixth derivative with a fractional residual $\sim10^{-6}$ using only two harmonics. For orbital functionals that depend explicitly on the geodesic orbit expressed in Boyer--Lindquist coordinates, we also provide a recursive procedure for computing coordinate-time derivatives using exact analytic expressions. These results offer a general framework for accurately evaluating high-order time derivatives along Kerr geodesic worldlines, with direct relevance to applications such as extreme-mass-ratio inspiral kludge waveform modeling, where such derivatives are key ingredients for precise gravitational-wave predictions. | カー測地線運動の束縛関数は、重力波生成から自己力および放射反応モデリングに至るまで、相対論的天体物理学における多くの計算において中心的な役割を果たしている。 これらの関数は測地線の基本周波数を用いてフーリエ級数として表すことができるが、動径運動と極運動の結合のため、座標時間で再構成することは困難である。 本稿では、このような再構成を行う2つの戦略と、軌道汎関数の高次座標時間微分を推定する能力を比較する。 最初の方法は、ミノから座標時間にフーリエ係数をマッピングする。 2番目の方法は、関数のサンプリングされた時系列を切り捨てられた座標時間フーリエ級数にフィッティングする。 後者の方法は過剰適合を起こしやすいが、マッピングよりも正確な再構成と微分を与えるが、軌道汎関数の調和成分を完全に誤って表現する。 正確な座標時間微分推定のために、我々はハイブリッド法を提案する。 すなわち、ミノ時間係数をフィッティングし、ミノ時間に関して微分し、座標時間に変換する。 このハイブリッド法を一般的なカー測地線の質量四重極に適用すると、2つの高調波のみを用いて、分数残差$\sim10^{-6}$で6次微分を復元する。 ボイヤー-リンドキスト座標で表される測地線軌道に明示的に依存する軌道汎関数については、正確な解析的表現を用いて座標時間微分を計算するための再帰的手順も提供する。 これらの結果は、カー測地線世界線に沿った高次時間微分を正確に評価するための一般的な枠組みを提供し、極限質量比インスパイラルクルージ波形モデリングなどの応用に直接関連しており、このような微分は正確な重力波予測の重要な要素となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the cosmological dynamics induced by nonlinear electrodynamics in a homogeneous and isotropic universe, focusing on the role of primordial electromagnetic fields with random spatial orientations. Building upon a generalization of the Tolman-Ehrenfest averaging procedure, we derive a modified energy-momentum tensor consistent with the spacetime symmetries, incorporating the influence of the dual invariant G and its statistical contributions. A specific nonlinear electrodynamics model with quadratic corrections to Maxwell's Lagrangian is considered, giving rise to what we define as a quasi-magnetic universe, interpolating between purely magnetic and statistically null field configurations. We analyze the resulting cosmological dynamics through qualitative methods. By casting the equations into autonomous dynamical systems, we identify the equilibrium points, determine their stability, and study the behavior of solutions under various spatial curvatures. Our findings reveal the existence of bouncing and cyclic solutions, regions where energy conditions are violated, and scenarios of accelerated expansion. Special attention is given to two limiting cases, both of which exhibit qualitatively distinct phase portraits and energy-condition behavior. This work provides a comprehensive framework for understanding the influence of nonlinear electromagnetic fields in the early universe and opens avenues for exploring their observational consequences | 我々は、均質かつ等方的な宇宙において、非線形電磁力学によって誘起される宇宙論的ダイナミクスを、ランダムな空間配向を持つ原始電磁場の役割に焦点を当てて研究する。 トールマン・エーレンフェスト平均化手順の一般化に基づき、双対不変量Gの影響とその統計的寄与を組み込んだ、時空対称性と整合する修正エネルギー運動量テンソルを導出する。 マクスウェルのラグランジアンに二次補正を加えた特定の非線形電磁力学モデルを考察し、純粋に磁気的な場と統計的に零な場の配置の間を補間する、いわゆる準磁気宇宙を構築する。 得られた宇宙論的ダイナミクスを定性的な手法で解析する。 方程式を自律力学系に投影することで、平衡点を特定し、その安定性を決定し、様々な空間曲率下での解の挙動を研究する。 我々の発見は、跳ね返り解と循環解の存在、エネルギー条件が破れる領域、そして加速膨張のシナリオを明らかにした。 特に、質的に異なる位相像とエネルギー条件の挙動を示す2つの極限ケースに注目する。 本研究は、初期宇宙における非線形電磁場の影響を理解するための包括的な枠組みを提供し、その観測的帰結を探る道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A very pressing question in contemporary physics is the identity of Dark Matter (DM). Primordial Black Holes (PBHs) are one of the most well-motivated DM candidates. Light PBHs have been constrained by either the non-detection of their Hawking radiation itself, or by the non-observation of any measurable effects of this radiation on astrophysical and cosmological observables. We constrain the PBH contribution to the DM density by non-detection of their Hawking radiation's effect on the intergalactic medium (IGM) temperature evolution. We use the latest deductions of IGM temperature from Lyman-$\alpha$ forest observations. We put constraints on the fraction of DM as PBHs with masses $5 \times 10^{15}$ g - $10^{17}$ g, separately for spinning and non-spinning BHs. We derive constraints by dealing with the heating effects of the astrophysical reionization sources on the IGM in two ways. In one way, we completely neglect this heating due to astrophysical sources, thus giving us weaker constraints, but completely robust to the reionization history of the universe. In the second way, we utilise some modelling of the ionization and temperature history, and use it to derive more stringent constraints. We find that for non-spinning PBHs of mass $10^{16}$ g, the current measurements can constrain the PBH-density to be $\lesssim$ 0.1\% of the total DM. We find that these constraints are competitive, and hence provide a new observable to probe the nature of PBH DM. The systematics affecting Lyman-$\alpha$ forest measurements are different from other constraining observations, and thus this is a complementary probe. | 現代物理学における喫緊の課題は、暗黒物質（DM）の正体である。 原始ブラックホール（PBH）は、最も有力なDM候補の一つである。 軽いPBHは、ホーキング放射自体が検出されていないこと、あるいはこの放射が天体物理学的および宇宙論的観測量に及ぼす測定可能な影響が観測されていないことのいずれかによって制限されてきた。 我々は、PBHのDM密度への寄与を、ホーキング放射が銀河間物質（IGM）の温度進化に及ぼす影響が検出されていないことに基づいて制限する。 ライマン・アルファ・フォレスト観測によるIGM温度の最新の推定値を用いる。 DMのうち、質量が$5 \times 10^{15}$ g - $10^{17}$ gのPBHの割合について、自転するBHと自転しないBHについてそれぞれ制限を与える。 我々は、天体再電離源によるIGMへの加熱効果を2つの方法で扱うことで、制約条件を導出する。 1つ目の方法では、天体再電離源によるこの加熱を完全に無視することで、より弱い制約条件を得るが、宇宙の再電離履歴に対しては完全にロバストである。 2つ目の方法では、電離と温度履歴のモデル化を活用し、より厳しい制約条件を導出する。 その結果、質量が10の16乗gの非自転PBHの場合、現在の測定結果からPBH密度を全DMの0.1%未満に制限できることがわかった。 これらの制約条件は競合的であり、PBH DMの性質を探るための新たな観測量となることがわかった。 Lyman-$\alpha$フォレスト測定に影響を与える系統的性質は、他の制約観測とは異なるため、これは相補的なプローブとなる。 |
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| In the framework of $f(Q)$ gravity, where gravity emerges from non-metricity $Q$, we explore the cosmological implications of its non-minimal coupling to matter. Inspired by the recent success of Chaplygin gas models in explaining dark energy, we consider a background fluid composed of baryonic matter, radiation, and a family of Chaplygin gas variants namely Generalized Chaplygin Gas (GCG), Modified Chaplygin Gas (MCG), and Variable Chaplygin Gas (VCG). We constrain these models with three recent observational datasets: Observational Hubble Data (OHD), Baryonic Acoustic Oscillation (BAO) measurements, and Quasi-Stellar Objects (QSO) data. For the QSO dataset, we propose an analytical expression for errors in comoving distance to circumvent the reliance on Monte Carlo simulations. Using kinematic diagnostics such as the deceleration and jerk parameters and Om diagnostic, we assess deviations of the proposed models from $\Lambda$CDM. Our joint analysis of the three datasets reveals that the transition redshift from a decelerated to an accelerated expansion of the universe for the GCG, MCG and VCG models is $0.620^{+0.018}_{-0.017}$, $0.537^{+0.017}_{-0.017}$ and $0.470^{+0.012}_{-0.012}$ respectively, indicating a departure from $\Lambda$CDM. | $f(Q)$ 重力の枠組みにおいて、重力は非計量性 $Q$ から生じ、物質との非最小結合が宇宙論に及ぼす影響を探る。 ダークエネルギーの説明におけるチャプリギン気体モデルの最近の成功に着想を得て、バリオン物質、放射線、そしてチャプリギン気体の変種族、すなわち一般化チャプリギン気体 (GCG)、修正チャプリギン気体 (MCG)、可変チャプリギン気体 (VCG) からなる背景流体を考察する。 これらのモデルを、観測ハッブル宇宙望遠鏡データ (OHD)、バリオン音響振動 (BAO) 測定、および準恒星天体 (QSO) データという3つの最近の観測データセットで制約する。 QSOデータセットについては、モンテカルロシミュレーションへの依存を回避するために、共動距離の誤差に関する解析的表現を提案する。 減速パラメータやジャークパラメータ、Om診断などの運動学的診断を用いて、提案モデルの$\Lambda$CDMからの逸脱を評価した。 3つのデータセットを統合解析した結果、GCG、MCG、VCGモデルの宇宙の減速膨張から加速膨張への遷移赤方偏移はそれぞれ$0.620^{+0.018}_{-0.017}$、$0.537^{+0.017}_{-0.017}$、$0.470^{+0.012}_{-0.012}$であり、$\Lambda$CDMからの逸脱を示している。 |
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| The experimental verification of the quantum nature of gravity represents a milestone in quantum gravity research. Recently, interest has grown for testing it via gravitationally induced entanglement (GIE). Here, we propose a space-based interferometer inspired by the LISA Pathfinder (LPF). Our design employs two kg-scale gold-platinum test masses which, unlike in the LPF, are surrounded by a shield below 1 K and positioned side-by-side with a centimeter-scale separation. This configuration enables the detection of GIE through simultaneous measurements of differential and common-mode motions. To estimate the integration time required for GIE detection, we simulate quantum measurements of these modes, considering noise sources such as gas damping, black-body radiation, and cosmic-ray collisions. Our results show that GIE can be demonstrated with a few modifications to the LPF setup. | 重力の量子的性質の実験的検証は、量子重力研究における画期的な出来事です。 近年、重力誘起エンタングルメント（GIE）を介した検証への関心が高まっています。 本研究では、LISA Pathfinder（LPF）に着想を得た宇宙ベースの干渉計を提案します。 私たちの設計では、2つのkgスケールの金白金テストマスを使用します。 これらのテストマスは、LPFとは異なり、1K以下のシールドで囲まれ、センチメートルスケールの間隔で並んで配置されています。 この構成により、差動モードとコモンモードの運動を同時に測定することでGIEを検出できます。 GIEの検出に必要な積分時間を推定するために、ガス減衰、黒体放射、宇宙線衝突などのノイズ源を考慮し、これらのモードの量子測定をシミュレートします。 その結果、LPFのセットアップにいくつかの変更を加えるだけでGIEを実証できることが示されました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze the conformal Einstein equation with a positive cosmological constant to extract fall-off conditions of the gravitational fields. The fall-off conditions are consistent with a finite, non-trivial presymplectic current on the future boundary of de Sitter. Hence our result allows a non-zero gravitational flux across the boundary of the de Sitter. We present an explicit gauge-free computation to show that the Gibbons-Hawking boundary term, counterterm in the action, and fall-off condition of gravitational field in conformal Einstein equation are crucial to reproduce the finite symplectic flux. | 我々は、正の宇宙定数を持つ共形アインシュタイン方程式を解析し、重力場の減衰条件を抽出する。 この減衰条件は、ド・ジッターの未来境界上の有限で非自明なプレシンプレクティックカレントと整合する。 したがって、我々の結果は、ド・ジッター境界を横切る非ゼロの重力フラックスを許容する。 我々は、共形アインシュタイン方程式におけるギボンズ-ホーキング境界項、作用における反項、および重力場の減衰条件が、有限のシンプレクティックフラックスを再現するために重要であることを示すために、ゲージフリー計算を明示的に提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The comprehension of universal thermodynamic behaviors in the supercritical region is crucial for examining the characteristics of black hole systems under high temperature and pressure. This study is devoted to the analysis of characteristic lines and crossover behaviors within the supercritical region. By making use of the free energy, we introduce three key thermodynamic quantities: scaled variance, skewness, and kurtosis. Our results demonstrate that the Widom line, associated with the maximal scaled variance, can effectively differentiate between small and large black hole-like subphases, each displaying distinct thermodynamic behaviors within the supercritical region. Furthermore, by utilizing quasinormal modes, we identify the Frenkel line, offering a dynamic perspective to distinguish between small and large black hole-like subphases. These contribute to a deeper comprehension of black hole subphases in the supercritical region, thus illuminating new facets of black hole thermodynamics. | 超臨界領域における普遍的な熱力学的挙動を理解することは、高温高圧下におけるブラックホール系の特性を解明する上で極めて重要である。 本研究では、超臨界領域における特性線とクロスオーバー挙動の解析に焦点を当てる。 自由エネルギーを用いることで、スケール分散、歪度、尖度という3つの重要な熱力学的量を導入する。 本研究の結果は、最大スケール分散に関連するウィドム線が、超臨界領域においてそれぞれ異なる熱力学的挙動を示す、小さなブラックホール型サブフェーズと大きなブラックホール型サブフェーズを効果的に区別できることを示している。 さらに、準正規モードを用いることでフレンケル線を特定し、小さなブラックホール型サブフェーズと大きなブラックホール型サブフェーズを区別するための動的な視点を提供する。 これらは、超臨界領域におけるブラックホール型サブフェーズのより深い理解に貢献し、ブラックホール熱力学の新たな側面を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove a large-data semi-global existence theorem and the dynamical formation of trapped surfaces for the Einstein-massless Vlasov system in 3+1 dimensions, without any symmetry assumptions. The analysis critically hinges on a finely calibrated hierarchy of estimates for the Weyl curvature, Ricci coefficients, and velocity moments of the distribution function, designed to capture the delicate interaction between the geometric and kinetic structures of the coupled system. The presence of the Vlasov field introduces significant analytic challenges, both in terms of integrability and regularity. These are circumvented through a refined renormalization of the Ricci coefficients, a strategic restriction of the need for the elliptic estimates to a minimal number of Ricci coefficients, and a precise commutator calculus adapted to the geometry of the mass-shell of the tangent bundle of the dynamical spacetime. The results constitute the first large-data, symmetry-free construction of dynamical black hole formation in the context of kinetic matter. Beyond its immediate application to the Einstein-Vlasov system in regimes of strong gravitational interaction and absence of symmetry, we anticipate that this framework will prove useful in a broader context, including, for instance, simplified approaches to the proof of nonlinear stability of Minkowski spacetime with massless Vlasov matter | 我々は、3+1次元のアインシュタイン零質量ヴラソフ系について、対称性を仮定することなく、大規模データ半大域存在定理と捕捉面の動的形成を証明する。 この解析は、結合系の幾何学的構造と運動学的構造の繊細な相互作用を捉えるために設計された、ワイル曲率、リッチ係数、および分布関数の速度モーメントに対する評価値の精密に較正された階層構造に大きく依存している。 ヴラソフ場の存在は、積分可能性と正則性の両面において、解析的に重大な課題をもたらす。 これらの課題は、リッチ係数の洗練された繰り込み、楕円推定の必要性を最小限のリッチ係数数に制限すること、そして動的時空の接束の質量殻の幾何学に適合した精密な交換子計算によって回避される。 この結果は、運動物質の文脈における動的ブラックホール形成の、大規模データを用いた対称性のない初めての構築となる。 強い重力相互作用と対称性の欠如の領域におけるアインシュタイン-ブラソフ系への直接的な適用に加えて、この枠組みは、例えば、質量のないブラソフ物質を含むミンコフスキー時空の非線形安定性の証明に対する簡略化されたアプローチなど、より広い文脈で有用であることが期待される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The thermodynamic inconsistency observed in regular black holes is resolved through the framework of reduced thermodynamic phase spaces. We demonstrate that regular black holes are essentially induced from singular black holes by adding an extra requirement, which imposes a constraint among black hole parameters. This constraint reduces the thermodynamic phase space, rendering the standard form of the first law of black hole thermodynamics inapplicable. Accordingly, we propose a novel methodology to study the thermodynamic properties of regular black holes. Thermodynamic quantities must be defined in the full, unconstrained thermodynamic phase space of the underlying singular black holes, only afterward is the constraint imposed to derive the consistent and meaningful thermodynamic quantities of the regular black holes. Crucially, this framework extends beyond regular black holes and applies universally to any black hole with this kind of constraint. | 通常のブラックホールで観測される熱力学的不整合は、縮約された熱力学的位相空間の枠組みを通して解決される。 我々は、通常のブラックホールは、ブラックホールパラメータ間に制約を課す追加の要件を加えることによって、本質的に特異ブラックホールから誘導されることを示す。 この制約は熱力学的位相空間を縮約し、ブラックホール熱力学の第一法則の標準的な形を適用できなくなる。 したがって、我々は通常のブラックホールの熱力学的特性を研究するための新しい方法論を提案する。 熱力学的量は、基礎となる特異ブラックホールの完全で制約のない熱力学的位相空間において定義されなければならず、その後に初めて、通常のブラックホールの整合した意味のある熱力学的量を導出するための制約が課される。 重要なのは、この枠組みは通常のブラックホールを超えて拡張され、この種の制約を持つあらゆるブラックホールに普遍的に適用されることである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The tidal deformation of compact objects, characterised by their Love numbers, provides insights into the internal structure of neutron stars and black holes. While bosonic tidal Love numbers vanish for black holes in general relativity, it has been recently revealed that fermionic tidal perturbations can induce non-zero Love numbers for Kerr black holes. In this paper, we investigate the response of the Reissner-Nordstr\"om black hole to the fermionic Weyl field. As a result, we find that the corresponding fermionic tidal Love numbers are also non-vanishing for the Reissner-Nordstr\"om black holes except for the extremal ones, which highlights the universal distinct behavior of the fermionic tidal Love numbers compared to the bosonic counterparts. | コンパクト天体の潮汐変形はラブ数によって特徴付けられ、中性子星やブラックホールの内部構造に関する知見を提供します。 一般相対論では、ブラックホールのボソン潮汐ラブ数はゼロですが、最近、フェルミオン潮汐摂動によってカーブラックホールのラブ数がゼロ以外の値になることが明らかにされました。 本論文では、ライスナー・ノルドストロームブラックホールのフェルミオンワイル場に対する応答を調査します。 その結果、対応するフェルミオン潮汐ラブ数は、極限値を除いてライスナー・ノルドストロームブラックホールに対してもゼロではないことがわかりました。 これは、ボソン潮汐ラブ数と比較して、フェルミオン潮汐ラブ数が普遍的に異なる挙動を示すことを浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black holes (BHs) with synchronized bosonic hair challenge the Kerr paradigm, linking superradiance from ultralight fields -- creating gravitational atoms -- to bosonic stars across parameter space. In the ''very hairy'' regime, where a small horizon lies inside a bosonic star containing most of the energy, they deviate sharply from Kerr, but their dynamics remain unexplored. We show that for such solutions the horizon gets naturally ejected from the center of its scalar environment, and observe a similar dynamics in a cousin model of BHs with resonant scalar hair, albeit with a different fate. This dynamical splitting is likely to be generic for sufficiently hairy BHs in the broader class of models with synchronized or resonant hair, but possible exceptions may exist. | 同期したボソン毛を持つブラックホール（BH）は、カーのパラダイムに挑戦するものであり、 超軽量場（重力原子を生成する）からの超放射を、パラメータ空間を越えてボソン星に結び付けている。 「非常に毛深い」領域では、エネルギーの大部分を含むボソン星の内部に小さな地平線が存在するが、BHはカーのパラダイムから大きく逸脱するが、そのダイナミクスは未解明のままである。 我々は、そのような解の場合、地平線がそのスカラー環境の中心から自然に放出されることを示し、共鳴スカラー毛を持つBHの類似モデルにおいて、異なる運命を辿るものの、同様のダイナミクスを観測する。 この力学的分裂は、同期または共鳴毛を持つより広いクラスのモデルにおいて、十分に毛深いBHに共通する可能性が高いが、例外が存在する可能性もある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Generic solutions are studied in Einstein-scalar gravity in an ansatz that can interpolate between de Sitter and Anti-de Sitter regimes. The scalar potential is arbitrary. All solutions are determined by their end-points in the scalar field space. All such end-points are classified. This provides a complete classification and characterization of the full space of regular solutions. It is shown that there are no regular (Centaur) solutions that interpolate between an AdS boundary and a dS interior, within our ansatz, when $d>2$. This no-go theorem persists in the presence of multiple scalar fields with a non-trivial field space metric. The Gubser classification of regular solutions is also upgraded to include cases that are not Lorentz invariant and do not contain AdS boundaries. | ド・ジッター領域と反ド・ジッター領域の間を補間できる仮説において、アインシュタイン・スカラー重力における一般解を研究する。 スカラーポテンシャルは任意である。 すべての解は、スカラー場空間におけるそれらの端点によって決定される。 そのような端点はすべて分類される。 これにより、正則解の全空間の完全な分類と特徴付けが提供される。 $d>2$のとき、我々の仮説の範囲内で、AdS境界とdS内部の間を補間する正則（ケンタウロス）解は存在しないことが示される。 この不可避定理は、非自明な場空間計量を持つ複数のスカラー場が存在する場合でも成立する。 正則解のGubser分類も、ローレンツ不変でなくAdS境界を含まない場合を含むようにアップグレードされている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave (GW) astronomy has been hailed as a gateway to discovering unexpected phenomena in the universe. Over the last decade there have been close to one hundred GW observations of compact-binary mergers. While these signals are largely consistent with mergers of binary black holes, binary neutron stars, or black hole-neutron star systems, some events suggest the intriguing possibility of binaries involving exotic compact objects (ECOs). Identifying and characterising an ECO merger would require accurate ECO waveform models. Using large numbers of numerical relativity simulations to develop customised models for ECO mergers akin to those used for binary black holes, would be not only computationally expensive but also challenging due to the limited understanding of the underlying physics. Alternatively, key physical imprints of the ECO on the inspiral or merger could in principle be incorporated phenomenologically into waveform models, sufficient to quantify generic properties. In this work we present a first application of this idea to assess the detectability and distinguishability of ECO mergers, and we propose a phenomenological approach that can iteratively incorporate features of ECO mergers, laying the groundwork for an effective exotic compact object identifier in compact binary coalescences. Using Bayesian parameter estimation on the data for the GW event GW150914, we find the inferred compactness to be consistent with that expected for black holes, within this framework. The efficacy of the identifier can be refined by adding information from numerical relativity simulations involving fundamental fields. Conversely, such an identifier framework can help focus future numerical relativity and modeling efforts for exotic objects. | 重力波（GW）天文学は、宇宙における予期せぬ現象を発見するための入り口として高く評価されてきました。 過去10年間で、コンパクト連星合体のGW観測は100件近くに上ります。 これらの信号は、連星ブラックホール、連星中性子星、またはブラックホール-中性子星系の合体とほぼ一致していますが、いくつかの事象は、エキゾチックコンパクト天体（ECO）を含む連星の興味深い可能性を示唆しています。 ECO合体を特定し、その特性を明らかにするには、正確なECO波形モデルが必要です。 連星ブラックホールに使用されるモデルと同様のECO合体用のカスタムモデルを、多数の数値相対論シミュレーションを用いて開発することは、計算コストが高いだけでなく、基礎となる物理の理解が限られているため困難です。 あるいは、ECOがインスパイラルまたは合体に及ぼす重要な物理的影響は、原理的には波形モデルに現象論的に組み込むことができ、一般的な特性を定量化するのに十分な可能性があります。 本研究では、このアイデアを初めてECO合体の検出可能性と識別可能性の評価に適用し、ECO合体の特徴を反復的に組み込むことができる現象論的アプローチを提案する。 これにより、コンパクト連星合体における効果的なエキゾチックコンパクト天体識別器の基礎が築かれる。 重力波イベントGW150914のデータにベイズパラメータ推定を用いたところ、この枠組みにおいて、推定されたコンパクト性はブラックホールに期待されるものと一致することがわかった。 識別器の有効性は、基本場を含む数値相対論シミュレーションからの情報を追加することでさらに改良できる。 逆に、このような識別器の枠組みは、将来のエキゾチック天体に関する数値相対論とモデリングの取り組みの焦点を絞るのに役立つ可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In curved space-time, a scalar field $\phi$ is generically expected to couple to curvature, via a coupling of the form $\xi\phi^2R$. Yet in the study of Hawking emission from regular black holes (RBHs), where scalar fields are often introduced as simple probes of the geometry, and the Ricci scalar is generically non-zero, this non-minimal coupling is almost always ignored. We revisit this assumption by studying scalar Hawking emission from four representative RBHs (the Bardeen, Hayward, Simpson-Visser, and D'Ambrosio-Rovelli space-times), within two benchmark cases: the conformal case $\xi=1/6$, and a large negative value $\xi=-10^4$ motivated by Higgs inflation. We compute the graybody factors and emission spectra, showing that the latter can be either enhanced or suppressed, even by several orders of magnitude. A crucial role is played by the sign of the term $\xi fR$, with $f(r)=-g_{tt}$ in Schwarzschild-like coordinates, as it determines whether the non-minimal coupling suppresses or enhances the geometric potential barrier. For the D'Ambrosio-Rovelli case with large negative $\xi$, the low-energy emission spectrum is enhanced by up to five orders of magnitude, since $\xi fR<0$ throughout the space-time, leading to a deep potential well which broadens the transmissive window. The deviations we find can be particularly relevant in the case where primordial RBHs are dark matter candidates, given the impact of the non-minimal coupling on their evaporation history. | 曲がった時空では、スカラー場 $\phi$ は一般に $\xi\phi^2R$ の形の結合を介して曲率と結合すると予想される。 しかし、通常のブラックホール（RBH）からのホーキング放射の研究では、スカラー場はしばしば幾何学の単純なプローブとして導入され、リッチスカラーは一般にゼロではないため、この非最小結合はほとんど常に無視される。 我々は、4つの代表的なRBH（バーディーン時空、ヘイワード時空、シンプソン・ヴィッサー時空、ダンブロジオ・ロヴェッリ時空）からのスカラーホーキング放射を、2つのベンチマークケース、すなわち共形ケース $\xi=1/6$ と、ヒッグスインフレーションに起因する大きな負の値 $\xi=-10^4$ について研究することで、この仮定を再検証する。 我々はグレイボディ因子と発光スペクトルを計算し、後者は数桁も増大または抑制される可能性があることを示した。 シュワルツシルト型座標系における$\xi fR$項（$f(r)=-g_{tt}$）の符号は、非極小結合が幾何学的ポテンシャル障壁を抑制するか増大させるかを決定するため、重要な役割を果たしている。 大きな負の$\xi$を持つダンブロジオ-ロヴェッリの場合、低エネルギー発光スペクトルは最大5桁増大する。 これは、時空全体にわたって$\xi fR<0$であるためであり、透過窓を広げる深いポテンシャル井戸につながる。 我々が発見した偏差は、非極小結合が蒸発履歴に与える影響を考えると、原始RBHが暗黒物質の候補である場合に特に重要となる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The holographic entropy bound is discussed in cosmology. Inspired by the work of Fischler and Susskind [hep-th/9806039], we aim to define a special class of spherical systems in cosmology, within which the entropy of matter remains compliant with the holographic entropy bound throughout the evolution of the universe, irrespective of the universe's components. It is found that if the entropy of matter per unit co-moving volume is bounded from above, such a special class of spherical systems indeed exists. Moreover, the matter contained within a unit co-moving volume can be replaced by a black hole of the same mass-energy. Provided that the entropy of the black hole consistently exceeds that of the matter it replaces, there is also a unified definition for these special spherical systems. | ホログラフィック・エントロピー限界は宇宙論において議論されている。 FischlerとSusskindの研究[hep-th/9806039]に着想を得て、我々は宇宙論における特別な球状系を定義することを目指す。 この系では、宇宙の構成要素に関わらず、物質のエントロピーは宇宙の進化の過程を通じてホログラフィック・エントロピー限界に従う。 単位共動体積あたりの物質のエントロピーが上限で制限されている場合、そのような特別な球状系が実際に存在することが判明している。 さらに、単位共動体積内に含まれる物質は、同じ質量エネルギーを持つブラックホールに置き換えることができる。 ブラックホールのエントロピーが、それが置き換える物質のエントロピーを一貫して上回る限り、これらの特別な球状系には統一的な定義が存在する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Probing the nature of dark matter (DM) remains an outstanding problem in modern cosmology. The 21 cm signal, as a sensitive tracer of neutral hydrogen during cosmic dawn, provides a unique means to investigate DM nature during this critical epoch. Annihilation and decay of DM particles, as well as Hawking radiation of primordial black holes (PBHs), can modify the thermal and ionization histories of the early universe, leaving distinctive imprints on the 21 cm power spectrum. Therefore, the redshifted 21 cm power spectrum serves as a powerful tool to investigate such DM processes. In this work, we systematically assess the potential of the upcoming Square Kilometre Array (SKA) to constrain DM and PBH parameters using the 21 cm power spectrum. Assuming $10,000$ hours of integration time, the SKA is projected to reach sensitivities of $\langle\sigma v\rangle \leq 10^{-28}\,{\rm cm}^{3}\,{\rm s}^{-1}$ and $\tau\geq 10^{28}\,{\rm seconds}$, for $10\,{\rm GeV}$ DM particles. It can also probe PBHs with masses of $10^{16}\,\mathrm{g}$ and abundances $f_{\mathrm{PBH}} \leq 10^{-6}$. These results indicate that the SKA could place constraints on DM annihilation, decay, and PBH Hawking radiation that are up to two to three orders of magnitude stronger than current limits. Furthermore, the SKA is expected to exceed existing bounds on sub-GeV DM and to probe Hawking radiation from PBHs with masses above $10^{17}\,{\rm g}$, which are otherwise inaccessible by conventional cosmological probes. Overall, the SKA holds great promise for advancing our understanding of both DM particles and PBHs, potentially offering new insights into the fundamental nature of DM. | 暗黒物質（DM）の性質を探ることは、現代宇宙論において依然として未解決の課題である。 宇宙の夜明け期における中性水素の高感度トレーサーである21cm信号は、この重要な時期におけるDMの性質を調査する独自の手段を提供する。 DM粒子の消滅と崩壊、そして原始ブラックホール（PBH）のホーキング放射は、初期宇宙の熱史と電離史を変化させ、21cmパワースペクトルに特徴的な痕跡を残す。 したがって、赤方偏移した21cmパワースペクトルは、このようなDM過程を調査するための強力なツールとなる。 本研究では、21cmパワースペクトルを用いて、今後建設予定のスクエア・キロメートル・アレイ（SKA）がDMとPBHパラメータを制限する可能性を体系的に評価する。 積分時間を10,000時間と仮定すると、SKAは10 GeVのDM粒子に対して、$\langle\sigma v\rangle \leq 10^{-28}\,{\rm cm}^{3}\,{\rm s}^{-1}$および$\tau\geq 10^{28}\,{\rm seconds}$の感度に達すると予測されています。 また、質量が$10^{16}\,\mathrm{g}$、存在比が$f_{\mathrm{PBH}} \leq 10^{-6}$のPBHも探査できます。 これらの結果は、SKAがDMの消滅、崩壊、およびPBHホーキング放射に対して、現在の限界よりも最大2～3桁強い制限を課すことができることを示しています。 さらに、SKAはサブGeVのDMに関する既存の限界を超え、従来の宇宙論的探査では到達不可能であった10^{17}\,{\rm g}$を超える質量を持つPBHからのホーキング放射を観測することが期待されています。 全体として、SKAはDM粒子とPBHの両方に関する理解を深める上で大きな可能性を秘めており、DMの根本的な性質に関する新たな知見をもたらす可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We examine Friedmann-Lema\^itre-Robertson-Walker cosmology, incorporating quantum gravitational corrections through the functional renormalization group flow of the effective action for gravity. We solve the Einstein equation with quantum improved coupling perturbatively including the case with non-vanishing classical cosmological constant (CC) which was overlooked in the literatures. We discuss what is the suitable identification of the momentum cutoff $k$ with time scale, and find that the choice of the Hubble parameter is suitable for vanishing CC but not so for non-vanishing CC. We suggest suitable identification in this case. The energy-scale dependent running coupling breaks the time translation symmetry and then introduces a new physical scale. | 我々は、重力に対する有効作用の関数繰り込み群フローを通して量子重力補正を組み込んだフリードマン・レマトル・ロバートソン・ウォーカー宇宙論を検証する。 文献では見落とされてきた、ゼロでない古典宇宙定数（CC）の場合を含め、量子改良結合を持つアインシュタイン方程式を摂動論的に解く。 運動量カットオフ$k$と時間スケールの適切な同一視について議論し、ハッブルパラメータの選択はゼロのCCには適しているが、ゼロでないCCには適していないことを明らかにした。 この場合の適切な同一視を提案する。 エネルギースケールに依存するランニング結合は、時間並進対称性を破り、新しい物理スケールを導入する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study two-dimensional turbulence driven by a scalar operator within the framework of the AdS/CFT correspondence, where the external driving source is used to sustain a quasi-steady turbulent state. We numerically construct dynamical and spatially inhomogeneous turbulent black holes in the asymptotically $\mathrm{AdS}_4$ spacetime by solving the full nonlinear equations of motion in the Bondi-Sachs formalism. The inverse energy cascade and the corresponding energy spectrum of both decaying and driven turbulence are analyzed. The scalar driving leads to a compressible energy dominated flow, and the corresponding scaling power laws agree well with previous simulations of two-dimensional turbulence in compressible fluids. Furthermore, we take a direct estimate of the fractal structure of the turbulent black hole, obtaining a fractal dimension $D\approx2.65$, which matches the result from simulating the boundary conformal fluid. | 我々は、AdS/CFT対応の枠組みにおいて、スカラー演算子によって駆動される2次元乱流を研究する。 この枠組みでは、外部駆動源を用いて準定常乱流状態を維持する。 ボンダイ・サックス形式における完全な非線形運動方程式を解くことにより、漸近的に$\mathrm{AdS}_4$時空に、力学的かつ空間的に不均質な乱流ブラックホールを数値的に構築する。 減衰乱流と駆動乱流の両方について、逆エネルギーカスケードと対応するエネルギースペクトルを解析する。 スカラー駆動は圧縮性エネルギー支配の流れをもたらし、対応するスケーリングべき乗則は、圧縮性流体における2次元乱流のこれまでのシミュレーションとよく一致する。 さらに、乱流ブラックホールのフラクタル構造を直接推定し、フラクタル次元$D\approx2.65$を得ました。 これは境界共形流体のシミュレーション結果と一致します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The present work explores the role of the dilaton charge $r_2$ and the plasma environment in explaining the observed images of M87* and Sgr A*. Dilaton charges are associated with Kerr-Sen black holes, the stationary, axi-symmetric black hole solution in the Einstein-Maxwell-dilaton-axion (EMDA) gravity which arise in the low energy effective action of superstring theories. We investigate the impact of the background spacetime (here dilaton charge and spin) and the plasma environment in modifying the shape and size of the black hole shadow. The theoretically derived shadow is compared with the observed images of M87* and Sgr A* which enable us to constrain the background spacetime in presence of the plasma environment. { Our analysis reveals that the shadow of M87* favors the Kerr scenario and rules out $r_2>0.48$, while the shadow of Sgr A* exhibits a marginal preference towards the Kerr-Sen scenario (although GR is allowed within 1-$\sigma$) and rules out $r_2>1$. Thus, large values of dilaton charge are disfavored for M87* and Sgr A* and this result holds good irrespective of the inhomogeneous plasma environment. Moreover, the shadows of M87* and Sgr A* rule out very dense inhomogeneous plasma environments surrounding these objects but the plasma density is further constrained from the electron number density and accretion rate estimates. As a consequence, with the current level of precision of the shadow related data we cannot distinguish between the Kerr and mildly charged Kerr-Sen black holes. } | 本研究では、M87*とSgr A*の観測画像を説明する上で、ディラトン電荷$r_2$とプラズマ環境の役割を探求する。 ディラトン電荷は、カー・セン・ブラックホール、すなわちアインシュタイン-マクスウェル-ディラトン-アクシオン（EMDA）重力における定常軸対称ブラックホール解と関連しており、超弦理論の低エネルギー有効作用から生じる。 本研究では、背景時空（ここではディラトン電荷とスピン）とプラズマ環境がブラックホールシャドウの形状とサイズを変化させる影響を調査する。 理論的に導出されたシャドウを、M87*とSgr A*の観測画像と比較することで、プラズマ環境の存在下における背景時空を制限することができる。 { 我々の解析によると、M87*の影はカーシナリオを支持し、$r_2>0.48$は排除される。 一方、Sgr A*の影はカー・センシナリオにわずかに有利（ただし、一般相対性理論は1-$\sigma$の範囲内で許容される）であり、$r_2>1$は排除される。 したがって、M87*とSgr A*では大きなディラトン電荷は不利であり、この結果は不均一なプラズマ環境とは無関係に成立する。 さらに、M87*とSgr A*の影は、これらの天体を取り囲む非常に高密度の不均一なプラズマ環境を排除するが、プラズマ密度は電子数密度と降着率の推定値によってさらに制限される。 結果として、影に関するデータの現在の精度では、カーブラックホールと弱電荷を持つカー・センブラックホールを区別することはできない。 } |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Kerr-Schild (KS) double copy is celebrated for producing exact gravitational spacetimes from gauge fields, yet the preservation of symmetry content remains largely unexplored. We investigate the fate of residual symmetries in the KS double copy, focusing on the Schwarzschild solution. On the gauge theory side, we derive the residual transformations that preserve the Abelian and non-Abelian KS ansatz\"e, finding they both form an infinite-dimensional Lie algebra parameterized by arbitrary null functions. On the gravity side, we analyze the resulting residual diffeomorphisms of the KS Schwarzschild metric. Restricting our focus to the Killing vector class of solutions, we find that the only surviving diffeomorphisms are the finite-dimensional global isometries of Schwarzschild, reducing the residual gauge algebra to the subalgebra generated by time translations and spatial rotations. This finding reveals a fundamental structural mismatch: the infinite-dimensional algebra of the gauge side admits no simple counterpart in this constrained gravitational sector. We formalize this by showing that the BRST operator for the residual symmetry is trivialized under the Killing condition. This result serves as a crucial consistency check, validating the kinematic algebraic collapse within a quantum field theoretic framework. This paper is the first of a two-part series. In the second paper, we complete this analysis by examining the more complex proper conformal Killing vector (CKV) class of solutions and formulating a unified BRST framework to definitively test the structural obstruction. | カー・シルト（KS）二重コピーは、ゲージ場から正確な重力時空を生成することで知られていますが、対称性の保存については、ほとんど未解明のままです。 本研究では、シュワルツシルト解に焦点を当て、KS二重コピーにおける残余対称性の運命を考察します。 ゲージ理論側では、アーベルおよび非アーベルKS仮説を保存する残差変換を導出し、どちらも任意のヌル関数によってパラメータ化された無限次元リー代数を形成することを発見した。 重力側では、KSシュワルツシルト計量の結果として得られる残差微分同相写像を解析する。 キリングベクトルの解のクラスに焦点を絞ると、唯一残存する微分同相写像はシュワルツシルトの有限次元大域等長写像であり、残差ゲージ代数は時間並進と空間回転によって生成される部分代数に還元されることがわかった。 この発見は根本的な構造的不一致を明らかにする。 すなわち、ゲージ側の無限次元代数は、この制約付き重力セクターにおいて単純な対応物を持たなくなる。 これを定式化するために、残差対称性のBRST演算子はキリング条件の下で自明になることを示す。 この結果は重要な整合性チェックを行い、量子場の理論的枠組みの中で運動学的代数的崩壊を検証する。 本論文は2部構成のシリーズの第1部である。 第2部では、より複雑な真共形キリングベクトル（CKV）の解のクラスを検証し、統一的なBRSTフレームワークを定式化して構造的障害を明確に検証することにより、この分析を完了する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent studies have shown that a secondary potential barrier, forming a potential well outside the event horizon, can destabilize the Quasinormal Mode (QNM) spectrum of black holes. We find that spectral instability may persist even after the potential well vanishes, giving rise to a distinct family of spectrally unstable QNMs that differ from the spectrally stable modes localized near the potential peak and associated with the photon sphere. Nevertheless, time-domain simulations reveal that early-time ringdown waveforms remain dominated by stable modes, while unstable modes have only a subdominant contribution. These results highlight the robustness of black hole spectroscopy, as the observable ringdown signal is primarily governed by the most stable QNMs. | 最近の研究では、事象の地平線の外側にポテンシャル井戸を形成する二次ポテンシャル障壁が、ブラックホールの準正規モード（QNM）スペクトルを不安定化させることが示されています。 我々は、ポテンシャル井戸が消失した後もスペクトル不安定性が持続し、ポテンシャルピーク付近に局在し光子球に関連するスペクトル的に安定なモードとは異なる、スペクトル的に不安定なQNMの明確なファミリーが生じる可能性があることを発見しました。 しかしながら、時間領域シミュレーションでは、初期のリングダウン波形は依然として安定モードによって支配的であり、不安定モードはそれほど支配的ではないことが明らかになりました。 これらの結果は、観測可能なリングダウン信号が主に最も安定なQNMによって支配されているため、ブラックホール分光法の堅牢性を浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We introduce a technique to enhance the reliability of gravitational wave parameter estimation results produced by machine learning. We develop two independent machine learning models based on the Vision Transformer to estimate effective spin and chirp mass from spectrograms of gravitational wave signals from binary black hole mergers. To enhance the reliability of these models, we utilize attention maps to visualize the areas our models focus on when making predictions. This approach enables demonstrating that both models perform parameter estimation based on physically meaningful information. Furthermore, by leveraging these attention maps, we demonstrate a method to quantify the impact of glitches on parameter estimation. We show that as the models focus more on glitches, the parameter estimation results become more strongly biased. This suggests that attention maps could potentially be used to distinguish between cases where the results produced by the machine learning model are reliable and cases where they are not. | 機械学習によって生成される重力波パラメータ推定結果の信頼性を高める手法を紹介します。 Vision Transformerをベースにした2つの独立した機械学習モデルを開発し、連星ブラックホール合体からの重力波信号のスペクトログラムから実効スピン質量とチャープ質量を推定します。 これらのモデルの信頼性を高めるために、モデルが予測を行う際に焦点を当てる領域を視覚化するために注目マップを利用します。 このアプローチにより、両方のモデルが物理的に意味のある情報に基づいてパラメータ推定を実行していることを実証できます。 さらに、これらの注目マップを活用することで、グリッチがパラメータ推定に与える影響を定量化する手法を示します。 モデルがグリッチに焦点を当てるほど、パラメータ推定結果のバイアスが強くなることを示します。 これは、注目マップを使用することで、機械学習モデルによって生成された結果が信頼できる場合とそうでない場合を区別できる可能性があることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The horizon of a black hole, the "surface of no return," is characterized by its rotation frequency $\Omega_H$ and surface gravity $\kappa$. A striking signature is that any infalling object appears to orbit at $\Omega_H$ due to frame dragging, while its emitted signals decay exponentially at a rate set by $\kappa$ as a consequence of gravitational redshift. Recent theoretical work predicts that the merger phase of gravitational waves from binary black hole coalescences carries direct imprints of the remnant horizon's properties, via a "direct wave" component that (i) oscillates near $2\Omega_H$, reflecting the horizon's frame dragging and the quadrupole nature of the gravitational radiation, and (ii) decays at an increasing rate characterized by $\kappa$, with additional screening from the black hole's potential barrier. In this paper, we report observational evidence for the direct wave in GW250114 with a matched-filter signal-to-noise ratio of $14.0^{+0.2}_{-0.1}$ ($13.5^{+0.1}_{-0.2}$) in the LIGO Hanford (Livingston) detector. The measured properties are in full agreement with theoretical predictions. These findings establish a new observational channel to directly measure frame-dragging effects in black hole ergospheres and explore (near-)horizon physics in dynamical, strong-gravity regimes. | ブラックホールの地平線、すなわち「帰還不能面」は、その自転周波数$\Omega_H$と表面重力$\kappa$によって特徴付けられる。 顕著な特徴は、落下する物体はフレームドラッグによって$\Omega_H$を周回するように見える一方で、放射される信号は重力赤方偏移の結果として$\kappa$で決まる速度で指数関数的に減衰することである。 最近の理論的研究は、連星ブラックホールの合体から生じる重力波の合体位相は、残存地平線の特性を直接的に反映すると予測している。 これは、(i) 地平線のフレームドラッグと重力放射の四重極特性を反映して$2\Omega_H$付近で振動し、(ii) ブラックホールのポテンシャル障壁による遮蔽を受けながら、$\kappa$で特徴付けられる速度で減衰する「直接波」成分を介して行われる。 本論文では、LIGOハンフォード（リビングストン）検出器において、整合フィルタ信号対雑音比が$14.0^{+0.2}_{-0.1}$（$13.5^{+0.1}_{-0.2}$）であるGW250114の直接波の観測的証拠を報告する。 測定された特性は理論予測と完全に一致する。 これらの発見は、ブラックホールエルゴスフィアにおけるフレームドラッグ効果を直接測定し、力学的強重力領域における（近）地平線物理を探求するための新たな観測経路を確立するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a cosmological analysis of an exponential $f(Q)$ gravity model, within the dynamical systems formalism. Following the method introduced by B\"ohmer \textit{et al} [Universe \textbf{9} no.4, 166 (2023)], the modified Friedmann modified equations are successfully reduced to an autonomous system. Given the exponential form of $f(Q)$, the equilibrium conditions result in transcendental equations, which we approximate to identify the critical points. We therefore perform a general stability analysis of these points in terms of the model parameters. Finally, we extend the model by including a linear dark energy-dark matter interaction, where the equilibrium points are found with their stability properties. The model exhibits the three main domination epochs in the Universe, as well as a non-trivial impact on the late-time de Sitter attractor. | 指数関数型$f(Q)$重力モデルの宇宙論的解析を力学系形式論に基づいて行う。 B\"ohmer \textit{et al} [Universe \textbf{9} no.4, 166 (2023)] によって導入された手法に従い、修正フリードマン修正方程式を自律系に縮減することに成功した。 指数関数型$f(Q)$が与えられた場合、平衡条件は超越方程式となり、これを近似して臨界点を特定する。 そこで、モデルパラメータを用いてこれらの点の一般的な安定性解析を行う。 最後に、線形暗黒エネルギー-暗黒物質相互作用をモデルに含めることで拡張し、平衡点とその安定性特性を求める。 このモデルは、宇宙における3つの主要な支配期と、後期ド・ジッター・アトラクターへの非自明な影響を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a proof of the reverse isoperimetric inequality -- a central conjecture in extended black hole thermodynamics -- for black holes in Einstein gravity with $D \geq 4$, employing a two-pronged geometric-analytic method. Our analysis shows that the reversal of the usual isoperimetric inequality originates from the structure of curved backgrounds governed by Einstein's equations, thereby underscoring the fundamental role of gravity in the reverse isoperimetric property of AdS black hole horizons. | 我々は、拡張ブラックホール熱力学における中心的な予想である逆等周不等式の証明を、アインシュタイン重力場のブラックホールにおいて$D \geq 4$の場合に、幾何学的・解析的手法を二つ組み合わせて提示する。 我々の解析は、通常の等周不等式の逆転が、アインシュタイン方程式に支配される曲面背景の構造に起因していることを示し、AdSブラックホール地平線の逆等周特性における重力の根本的な役割を強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study information paradox of four dimensional covariant black holes inspired by loop quantum gravity (LQG) with two well motivated solutions. We first prepare the spacetime in the Hartle-Hawking state, compute the radiation entropy and recover a linear growth at late time. When considering the mass loss and incorporating greybody factors, we show that for Solution~1 the LQG parameter $\zeta$ leaves temperature and Planckian factor of the spectrum unchanged but enhances the near-horizon barrier, leading to a faster evaporation rate as $M$ decreases. This behavior contrasts sharply with Solution~2, which has slow evaporation rate at small $M$ and admits a non-singular continuation suggestive of a remnant or a black-to-white-hole transition. We then apply the island prescription on the eternal background and find that quantum extremal surfaces exist in solution 1 geometries; $\zeta$ primarily shifts the island boundary and suppresses the late time entropy growth, preserving unitarity. Our results highlight that covariance-respecting LQG black hole do not exhibit a universal late time behavior. | ループ量子重力（LQG）に着想を得た4次元共変ブラックホールの情報パラドックスを、2つの明確な解決策を用いて考察する。 まず、ハートル・ホーキング状態の時空を準備し、放射エントロピーを計算し、時間経過とともに線形成長を回復する。 質量損失を考慮し、灰色体因子を組み込むと、解決策1において、LQGパラメータ$\zeta$はスペクトルの温度とプランク因子を変化させないが、地平線近傍障壁を増大させ、Mが減少するにつれて蒸発速度が速くなることを示す。 この挙動は、小さなMで蒸発速度が遅く、残留ブラックホールまたはブラックホールからホワイトホールへの遷移を示唆する非特異接続を許容する解決策2とは著しく対照的である。 次に、永遠背景に島処方を適用し、解決策1の幾何学において量子極限面が存在することを明らかにする。 $\zeta$ は主に島境界をシフトさせ、後期エントロピーの成長を抑制し、ユニタリー性を維持する。 我々の結果は、共分散を尊重する LQGブラックホールが普遍的な後期挙動を示さないことを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a bulk viscous unified dark matter scenario based on a nonlinear extension of the full causal Israel-Stewart theory. This framework allows the viscous fluid to remain far from equilibrium, an essential feature for a physically consistent description of viscosity-driven accelerated expansion. We adopt the standard parametrization for the bulk viscosity, $\xi = \xi_{0} \rho_{m}^{s}$, treating $s$ as a free parameter, and study the model in a spatially flat Friedmann-Robertson-Walker background. By reformulating the cosmological equations as an autonomous dynamical system, we obtain both asymptotic analytical solutions and a numerical characterization of the phase space. At early times, the viscous component can mimic a stiff fluid, while at intermediate epochs it behaves like dark matter. With a suitable choice of dynamical variables, the system admits three distinct classes of late-time attractors. Two of them are separated by a basin-boundary saddle point: (i) a generic quintessence solution for $s = 1/2$, which encompasses a de Sitter-like behavior when $\xi_{0}$ satisfies a specific relation involving the nonlinear parameters; (ii) a global exact de Sitter attractor for $s < 1/2$; and (iii) a phantom-like solution that emerges for $s \ge 1/2$. In contrast to the generic $s \ne 1/2$ case, the $s = 1/2$ scenario exhibits a qualitatively different stability structure, allowing de Sitter and phantom attractors to coexist. All solutions respect entropy production, and cosmic acceleration emerges independently of $\xi_{0}$, relaxing the strong bounds $\xi_{0} \sim \mathcal{O}(1)$ required in Eckart-based viscous models. | 我々は、完全な因果的イスラエル・スチュワート理論の非線形拡張に基づく、バルク粘性統一暗黒物質シナリオを提案する。 この枠組みは、粘性流体が平衡状態から遠く離れた状態を維持することを可能にする。 これは、粘性駆動による加速膨張の物理的に整合した記述に不可欠な特徴である。 我々は、バルク粘性の標準的なパラメータ化 $\xi = \xi_{0} \rho_{m}^{s}$ を採用し、$s$ を自由パラメータとして扱い、空間的に平坦なフリードマン・ロバートソン・ウォーカー背景においてモデルを研究する。 宇宙論方程式を自律力学系として再定式化することにより、漸近解析解と位相空間の数値的特徴付けの両方を得る。 初期段階では、粘性成分は剛体流体を模倣することができるが、中間段階では暗黒物質のように振舞う。 適切な動的変数の選択により、この系は3つの異なるクラスの後期時間アトラクターを許容する。 そのうち2つは、ベイスン境界の鞍点によって区別される。 (i) $s = 1/2$ のときの一般的なクインテッセンス解。 これは、$\xi_{0}$ が非線形パラメータを含む特定の関係を満たすときに、ド・シッター的な挙動を示す。 (ii) $s < 1/2$ のときの大域的正確ド・シッター・アトラクター。 (iii) $s \ge 1/2$ のときに現れるファントム的な解。 一般的な $s \ne 1/2$ の場合とは対照的に、$s = 1/2$ のシナリオは質的に異なる安定性構造を示し、ド・シッター・アトラクターとファントム・アトラクターが共存する。 すべての解はエントロピー生成を尊重し、宇宙の加速は $\xi_{0}$ とは独立に現れ、エッカートに基づく粘性モデルで要求される強境界 $\xi_{0} \sim \mathcal{O}(1)$ を緩和します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cosmic ray collisions at high center of mass energy could enable graviton and black hole production as expected in theories of low-scale quantum gravity, such as extra-dimensions, many species, or some versions of string theory. Here we propose three novel phenomenological tests of these theories. We first consider the collision of cosmic rays with ambient protons, electrons and photons in Active Galactic Nuclei (AGN), finding that high-energy neutrino data from the blazar TXS 0506+056 places a constraint on the fundamental scale of gravity of $M_f \gtrsim 0.3$ TeV, and future high-energy neutrino data could raise this bound to $M_f \gtrsim 200$ TeV. We then point out that collisions of pairs of cosmic rays could occur at a sizable rate in AGN where the accelerated cosmic rays are not collimated, or on supermassive black hole binaries. This consideration could potentially let us test unprecedented large fundamental scales of $M_f \gtrsim 2$ PeV. We further compute the corresponding thermal neutrino emission arising from the Hawking evaporation of black holes produced in cosmic ray collisions, finding a spectrum that clearly differs from that expected in meson decays. Finally, we speculate with an scenario which would produce high-energy neutrino and gamma-ray emission from regions in the sky where no multi-wavelength counterparts would be expected, via graviton propagation from a different brane, which then decays in our Universe. | 高重心エネルギーでの宇宙線衝突は、低スケール量子重力理論（例えば、余剰次元、多種粒子理論、あるいは弦理論のいくつかのバージョン）で予想されるように、重力子とブラックホールの生成を可能にする可能性がある。 本稿では、これらの理論に対する3つの新たな現象論的検証を提案する。 まず、活動銀河核（AGN）における宇宙線と周囲の陽子、電子、光子との衝突を考察し、ブレーザーTXS 0506+056からの高エネルギーニュートリノデータが、重力の基本スケール$M_f \gtrsim 0.3$ TeVに制限を与えることを明らかにした。 また、将来の高エネルギーニュートリノデータによって、この制限は$M_f \gtrsim 200$ TeVまで引き上げられる可能性がある。 次に、加速された宇宙線がコリメートされていないAGNや超大質量ブラックホール連星では、宇宙線対の衝突がかなりの頻度で発生する可能性があることを指摘する。 この考察により、$M_f \gtrsim 2$ PeVという前例のない大きな基本スケールを検証できる可能性がある。 さらに、宇宙線衝突で生成されるブラックホールのホーキング蒸発から生じる対応する熱ニュートリノ放射を計算し、中間子崩壊で予想されるものとは明らかに異なるスペクトルを発見した。 最後に、異なるブレーンからの重力子伝播によって、多波長のニュートリノとガンマ線が予想されない空の領域から高エネルギーニュートリノとガンマ線が放射され、それが私たちの宇宙で崩壊するというシナリオを推測する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| While the Einstein Telescope and Cosmic Explorer proposals for next-generation, ground-based detectors promise vastly improved sensitivities to gravitational-wave signals, only joint observations are expected to enable the full scientific potential of these facilities, making timing and coordination between the efforts crucial to avoid missed opportunities. This study investigates the impact of long-term delays on the scientific capabilities of next-generation detector networks. We use the Fisher information formalism to simulate the performance of a set of detector networks for large, fiducial populations of binary black holes, binary neutron stars, and primordial black-hole binaries. Bootstrapping the simulated populations, we map the expected observation times required to reach a number of observations fulfilling scientific targets for key sensitivity and localization metrics across various network configurations. We also investigate the sensitivity to stochastic backgrounds. We find that purely sensitivity-driven metrics such as the signal-to-noise ratio are not strongly affected by delays between facilities. This is contrasted by the localization metrics, which are very sensitive to the number of detectors in the network and, by extension, to delayed observation campaigns for a detector. Effectively, delays in one detector behave like network-wide interruptions for the localization metrics for networks consisting of two next-generation facilities. We examine the impact of a supporting, current-generation detector such as LIGO India operating concurrently with next-generation facilities and find such an addition will greatly mitigate the negative effects of delays for localization metrics, with important consequences on multi-messenger science and stochastic searches. | 次世代地上設置型検出器として提案されているアインシュタイン望遠鏡とコズミック・エクスプローラーは、重力波信号に対する感度を大幅に向上させると期待されていますが、これらの施設の科学的潜在能力を最大限に引き出すには共同観測が不可欠であり、機会損失を回避するためには、各取り組み間のタイミングと調整が不可欠です。 本研究では、長期遅延が次世代検出器ネットワークの科学的能力に与える影響を調査します。 フィッシャー情報量形式を用いて、大規模な基準集団である連星ブラックホール、連星中性子星、および原始ブラックホール連星を対象とした一連の検出器ネットワークの性能をシミュレートします。 シミュレートされた集団をブートストラップすることで、様々なネットワーク構成において、主要な感度と位置特定指標に関する科学的目標を達成する観測回数を達成するために必要な予想観測時間をマッピングします。 また、確率的背景に対する感度も調査します。 信号対雑音比などの純粋に感度主導の指標は、施設間の遅延の影響を強く受けないことが分かりました。 これとは対照的に、位置推定指標はネットワーク内の検出器の数、ひいては検出器の観測キャンペーンの遅延に非常に敏感です。 実質的に、1つの検出器の遅延は、2つの次世代施設からなるネットワークの位置推定指標にとって、ネットワーク全体の中断のように作用します。 LIGO Indiaのような補助的な現世代検出器が次世代施設と同時に稼働することの影響を検証し、そのような追加によって位置推定指標に対する遅延の悪影響が大幅に軽減され、マルチメッセンジャー科学や確率的探索に重要な影響を与えることがわかりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we study non-conformally Einstein gravitational instantons in four-dimensional Conformal Gravity, both in vacuum and in the presence of nonlinear conformal matter. First, the one-parameter extension of the Kerr-NUT-AdS metric is analyzed. We obtain their conserved charges by using the Noether-Wald formalism. It turns out that they receive corrections from the linear modes present in Conformal Gravity, which are properly identified. Then, we perform the analytic continuation into the Euclidean section and find the curve in parameter space along which this solution becomes regular and globally (anti)-self-dual. Using the Dunajski-Tod theorem, we show that the metric is not conformally Einstein. Then, the backreaction of nonlinear conformal matter is considered. In particular, we find new gravitational instantons in the presence of conformally coupled scalar fields and ModMax electrodynamics. We compute the partition function and conserved charges, which turn out to be finite by virtue of the conformal invariance of the theory. As a byproduct, we also obtain a generalization of the Riegert metric dressed with nonlinear conformal matter as a particular limit of these instantons. For all cases, we analyze the global properties, the curve in parameter space where the solutions are (anti)-self-dual, and the on-shell Euclidean action, among other features. | 本研究では、真空中および非線形共形物質が存在する4次元共形重力における非共形アインシュタイン重力インスタントンを研究する。 まず、Kerr-NUT-AdS計量の1パラメータ拡張を解析する。 Noether-Wald形式を用いて、それらの保存電荷を求める。 その結果、それらは共形重力に存在する線形モードからの補正を受けることがわかり、これらのモードは適切に同定されている。 次に、ユークリッド断面への解析接続を行い、この解が正則かつ大域的に（反）自己双対となるパラメータ空間の曲線を求める。 Dunajski-Todの定理を用いて、この計量が共形アインシュタインではないことを示す。 次に、非線形共形物質の反作用について考察する。 特に、共形結合スカラー場とModMax電磁気学の存在下で、新たな重力インスタントンを発見する。 分配関数と保存電荷を計算すると、理論の共形不変性により有限となることがわかった。 また、副産物として、これらのインスタントンの特定の極限として、非線形共形物質をまとったリーゲルト計量の一般化も得る。 すべての場合について、大域的特性、解が（反）自己双対となるパラメータ空間の曲線、オンシェルユークリッド作用などを解析する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this letter, we review the well known ambiguity in defining angular momentum (and mass dipole) fluxes in general relativity and we reinterpret recent works that resolve the ambiguity by defining invariant charges. We resolve the ambiguity by finding the conditions that fix a frame for supertranslation and for space-time translation. We also present an elementary method for measuring the angular momentum aspect and work out explicitly the supertranslation frame-fixing conditions for the metric created by point particles to first nontrivial order in the Newton constant. | 本稿では、一般相対論における角運動量（および質量双極子）フラックスの定義におけるよく知られた曖昧さを概説し、不変電荷を定義することでこの曖昧さを解決した最近の研究を再解釈する。 この曖昧さは、超並進と時空並進の座標系を固定する条件を見つけることで解決する。 また、角運動量の側面を測定するための基本的な方法を提示し、点粒子によって生成される計量がニュートン定数の第一非自明な順序に超並進座標系を固定する条件を明示的に導く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Direct detection of gravitons in gravitational experiments, including gravitational wave observatories, has been all but ruled out given the weak coupling between the gravitational field and matter. Here we propose an alternative: looking not for the presence but for the absence of graviton shot noise in gravitational wave data. Gravitational wave experiments detect very weak signals that correspond to a surprisingly small number of gravitons even at the relatively low frequencies that characterize signals from gravitational wave events. A detailed calculation, which also yields results that are consistent with the existing literature, demonstrates that graviton shot noise may be present at detectable levels in gravitational wave observations. The absence of elevated noise levels due to graviton shot noise, in turn, would indicate that gravity is not a quantum field theory with a conventional perturbative expansion at low energies. | 重力波観測所を含む重力実験における重力子の直接検出は、重力場と物質の結合が弱いことから、ほぼ不可能とされてきた。 本稿では代替案を提案する。 それは、重力波データにおける重力子ショットノイズの存在ではなく、その不在を探すことである。 重力波実験は、重力波イベントの信号を特徴付ける比較的低い周波数においてさえ、驚くほど少数の重力子に対応する非常に微弱な信号を検出する。 既存の文献とも整合する結果をもたらす詳細な計算は、重力波観測において重力子ショットノイズが検出可能なレベルで存在する可能性があることを示している。 重力子ショットノイズによるノイズレベルの上昇がないことは、重力が低エネルギーにおいて従来の摂動展開を伴う量子場理論ではないことを示唆する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work explores the set of coupled partial differential equations of the Einstein equations yielding vacuum solutions in the original Alcubierre warp drive metric with the cosmological constant. It is shown that under an appropriate ansatz they reveal a Burgers-type equation and a heat-type equation. These results indicate that the spacetime distortion carrying a mass particle at superluminal speeds, the Alcubierre warp bubble, may be interpreted as a geometric analog of a propagating shock front, which suggests a possible novel theoretical framework to deal with superluminal warp speeds. | 本研究では、宇宙定数を用いた元のアルクビエレ・ワープ・ドライブ計量における真空解を与えるアインシュタイン方程式の連立偏微分方程式群を探求する。 適切な仮定の下では、それらはバーガース型方程式と熱型方程式を示すことが示される。 これらの結果は、超光速で質量粒子を運ぶ時空歪み、すなわちアルクビエレ・ワープ・バブルが、伝播する衝撃波面の幾何学的類似物として解釈できることを示しており、超光速ワープ速度を扱うための新たな理論的枠組みの可能性を示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this article, we study the complexity growth rate for Banados Teitlboim Zanelli, Schwarzschild, Reissner Nordstrom, and Kerr black holes using complexity-volume (CV) and complexity-action (CA) dualities and verify that it is proportional to the product of the horizon temperature and entropy of the black holes as conjectured by Susskind. Furthermore, we explore the variation in the complexity growth rate $\delta \dot{\mathcal{C}}$ under various physical processes, including the Penrose process, superradiance, particle accretion, and Hawking radiation, and demonstrate that $\delta \dot{\mathcal{C}}$ exhibits non-trivial behavior. Under the Penrose process and superradiance, $\delta \dot{\mathcal{C}}$ always increases, and under particle accretion, $\delta \dot{\mathcal{C}}$ can increase, remain zero, or decrease depending upon the direction of angular momentum of an infalling particle. For the cases of particle accretion, where we find $\delta \dot{\mathcal{C}}$ to be negative, we argue that for a reliable estimate, one has to take into account the contribution of the horizon dynamics of the perturbed black hole to the growth of its complexity. | 本稿では、バナドス・テイトルボイム、ザネリ、シュワルツシルト、ライスナー・ノルドストロム、カーのブラックホールの複雑性成長率を、複雑性-体積（CV）双対性と複雑性-作用（CA）双対性を用いて研究し、それがサスキンドの予想通り、ブラックホールの地平線温度とエントロピーの積に比例することを証明します。 さらに、ペンローズ過程、超放射、粒子降着、ホーキング放射など、様々な物理過程における複雑性成長率$\delta \dot{\mathcal{C}}$の変化を調べ、$\delta \dot{\mathcal{C}}$が非自明な挙動を示すことを実証します。 ペンローズ過程と超放射の下では、$\delta \dot{\mathcal{C}}$ は常に増加しますが、粒子集積の下では、$\delta \dot{\mathcal{C}}$ は、落下粒子の角運動量の方向に応じて、増加、ゼロ、または減少する可能性があります。 粒子集積の場合、$\delta \dot{\mathcal{C}}$ が負となるため、信頼性の高い推定値を得るには、摂動を受けたブラックホールの地平線ダイナミクスがブラックホールの複雑さの増加に及ぼす影響を考慮する必要があると主張します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Light scalar fields acquire isocurvature fluctuations during inflation. While these fluctuations could lead to interesting observable signatures at small scales, they are strongly constrained on large scales by cosmic microwave background observations. When the mass of the scalar is much lighter than the inflationary Hubble scale, $m\ll H_I$, the spectrum of these fluctuations is flat. Meanwhile, if $m\gg H_I$, the fluctuations are suppressed. A blue-tilted isocurvature spectrum which exhibits enhanced structure on small scales but avoids observational constraints on large scales therefore requires a coincidence of scales $m\sim H_I$ for a free massive scalar. In this Letter, we show that if a scalar field possesses a nontrivial potential, its inflationary dynamics naturally cause this condition to be satisfied, and so a blue-tilted spectrum is generically expected for a large class of potentials. Specifically, if its potential $V$ exhibits a region which satisfies the slow-roll condition $V''<3H_I^2$, the scalar condensate will spend most of inflation close to the boundary of this region, so that its effective mass is typically close to $H_I$. The resulting blue tilt is inversely proportional to the number of $e$-folds of inflation prior to horizon crossing. If the scalar is long-lived, this mechanism leads to an attractor prediction for its relic abundance, which is insensitive to initial conditions of the scalar. In particular, a scalar field with quartic self-interactions can achieve the correct abundance to constitute all of the dark matter for a wide range of masses. We compute the relationship between the mass and self-coupling of quartic dark matter predicted by this mechanism. | 軽いスカラー場はインフレーション中に等曲率揺らぎを獲得する。 これらの揺らぎは小規模では興味深い観測可能な特徴をもたらす可能性があるが、大規模では宇宙マイクロ波背景放射の観測によって強く制限される。 スカラーの質量がインフレーションのハッブルスケール $m\ll H_I$ よりもはるかに軽い場合、これらの揺らぎのスペクトルは平坦になる。 一方、$m\gg H_I$ の場合、揺らぎは抑制される。 小規模では構造が強調されるものの大規模では観測的制約を回避する青傾斜等曲率スペクトルは、自由質量スカラーに対してスケールの一致 $m\sim H_I$ を必要とする。 本稿では、スカラー場が非自明なポテンシャルを持つ場合、そのインフレーションダイナミクスによってこの条件が自然に満たされ、したがって、多くのポテンシャルクラスにおいて青傾斜スペクトルが一般的に期待されることを示す。 具体的には、 そのポテンシャル$V$がスローロール条件$V''<3H_I^2$を満たす領域を示す場合、スカラー凝縮体はインフレーションの大部分をこの領域の境界付近で過ごすため、その有効質量は典型的には$H_I$に近くなります。 結果として生じる青方傾斜は、地平線を横切る前のインフレーションの$e$倍の数に反比例します。 スカラーが長寿命の場合、 このメカニズムは、スカラーの初期条件に依存しない、残存質量のアトラクター予測につながります。 特に、4次自己相互作用を持つスカラー場は、幅広い質量範囲の暗黒物質のすべてを構成するのに適切な質量を達成できます。 このメカニズムによって予測される4次暗黒物質の質量と自己結合の関係を計算します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves from binary black hole mergers provide a glimpse of gravitational dynamics in its most extreme observable regime, potentially enabling precision tests of general relativity (GR) and of the Kerr description of black holes. However, until recently, numerical simulations of black hole mergers have not been possible in theories beyond GR. While recent breakthroughs have overcome that obstacle, simulations covering the full, interesting range of binary parameters remain unfeasible. Here we present a new first-principles approach to this problem. We show how self-force theory can be used to model the merger and ringdown of black holes in a broad class of gravitational theories, assuming one object is much smaller than the other. We calculate self-force effects on the merger waveform for the first time, and we demonstrate how our formulation allows us to modularly compute beyond-GR effects and readily incorporate them into a fast merger-ringdown waveform model. | 連星ブラックホール合体から発生する重力波は、観測可能な最も極端な領域における重力ダイナミクスを垣間見せ、一般相対性理論（GR）やブラックホールのカー記述の精密検証を可能にする可能性がある。 しかしながら、最近まで、一般相対性理論を超える理論では、ブラックホール合体の数値シミュレーションは不可能であった。 近年のブレークスルーによりこの障害は克服されたが、連星系パラメータの興味深い全範囲をカバーするシミュレーションは依然として実現不可能である。 本稿では、この問題に対する新たな第一原理アプローチを提示する。 自己力理論を用いて、広範な重力理論において、一方の天体が他方よりもはるかに小さいと仮定し、ブラックホールの合体とリングダウンをモデル化するためにどのように使用できるかを示す。 合体波形に対する自己力効果を初めて計算し、提案する定式化によって一般相対性理論を超える効果をモジュール的に計算し、それらを高速な合体リングダウン波形モデルに容易に組み込むことができることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The strong lensing gravitational waves (GWs) due to intervening massive astrophysical systems between the source and an observer are an inevitable consequence of the general theory of relativity, which can produce multiple GW events in overlapping sky localization error. However, the confirmed detection of such a unique astrophysical phenomenon is challenging due to several sources of contamination, arising from detector noise to astrophysical uncertainties. Robust model-independent search techniques that can mitigate noise contamination were developed in the past. In this study, we explore the astrophysical uncertainty associated with incorrectly classifying a pair of unlensed GW events as a lensed event, and the associated False Alarm Rate (FAR) depending on the GW source properties. To understand the effect of unlensed astrophysical GW sources in producing false lensing detections, we have performed a model-independent test using the pipeline GLANCE on a simulated population of merging binary-black holes (BBHs). We find that $\sim$ 0.01\% of the event pairs can be falsely classified as lensed with a lensing threshold signal-to-noise ratio of 1.5, appearing at a time delay between the event pairs of $\sim$ 1000 days or more. We show the FAR distribution for the parameter space of GW source masses, delay time, and lensing magnification parameter over which the model-independent technique GLANCE can confidently detect lensed GW pair with the current LIGO detector sensitivity. In the future, this technique will be useful for understanding the FAR of the upcoming next-generation GW detectors, which can observe many more GW sources. | 重力波（GW）は、発生源と観測者の間に介在する巨大な天体物理系によって強いレンズ効果を受け、一般相対性理論の必然的な帰結であり、重なり合う天空位置推定誤差において複数の重力波事象を発生させる可能性がある。 しかし、このような特異な天体物理現象を確実に検出することは、検出器ノイズから天体物理学的不確実性に至るまで、様々な混入源があるため困難である。 ノイズ混入を軽減できる、モデルに依存しない堅牢な探索手法は過去に開発されている。 本研究では、重力波源の特性に応じて、レンズ効果のない2つの重力波事象をレンズ効果のある事象として誤って分類することに関連する天体物理学的不確実性と、それに関連する誤警報率（FAR）を調査する。 レンズ効果を受けていない天体重力波源がレンズ効果の誤検出を引き起こす影響を理解するために、我々は、合体する連星ブラックホール（BBH）の模擬集団に対して、パイプラインGLANCEを用いてモデルに依存しないテストを行った。 その結果、イベントペアの$\sim$ 0.01\%が、レンズ効果閾値S/N比1.5で、イベントペア間の時間遅延が$\sim$ 1000日以上で出現し、レンズ効果を受けていると誤って分類される可能性があることがわかった。 我々は、モデルに依存しない技術GLANCEが、現在のLIGO検出器の感度でレンズ効果を受けた重力波源ペアを確実に検出できる、重力波源質量、遅延時間、およびレンズ効果の倍率パラメータのパラメータ空間におけるFAR分布を示す。 将来、この技術は、より多くの重力波源を観測できる次世代重力波検出器のFARを理解するのに役立つだろう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Numerical relativity (NR) enables the study of physics in strong and dynamical gravitational fields and provides predictions for the gravitational-wave signals produced by merging black holes. Despite the impressive accuracy of modern codes, the resulting waveforms inevitably contain numerical uncertainties. Quantifying these uncertainties is important, especially for studies probing subdominant or nonlinear effects around the merger and ringdown. This paper describes a flexible Gaussian-process model for the numerical uncertainties in all the spherical-harmonic waveform modes across a state-of-the-art catalog of NR waveforms and a highly efficient procedure for sampling the posteriors of quasinormal mode models without the need for expensive Markov chain Monte Carlo. The Gaussian-process model is used to define a likelihood function which allows many Bayesian data analysis techniques - already widely used in the analysis of experimental gravitational wave data - to be applied to NR waveforms as well. The efficacy of this approach is demonstrated by applying it to the analysis of quasinormal modes in Cauchy-characteristic evolved waveforms. | 数値相対論（NR）は、強い重力場と力学的な重力場における物理学の研究を可能にし、ブラックホールの合体によって生成される重力波信号の予測を提供します。 最新のコードは優れた精度を誇りますが、結果として得られる波形には必然的に数値的な不確かさが含まれます。 これらの不確かさを定量化することは、特に合体やリングダウン周辺の準支配的または非線形効果を調べる研究において重要です。 本論文では、最先端のNR波形カタログ全体にわたるすべての球面調和波形モードにおける数値的な不確かさのための柔軟なガウス過程モデルと、高価なマルコフ連鎖モンテカルロを必要とせずに準正規モードモデルの事後分布をサンプリングするための非常に効率的な手順について説明します。 ガウス過程モデルは、多くのベイズデータ解析手法（実験重力波データの解析で既に広く用いられている）をNR波形にも適用することを可能にする尤度関数を定義するために使用される。 このアプローチの有効性は、コーシー特性発展波形における準正規モードの解析に適用することによって実証される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black hole ringdowns in extensions of General Relativity (GR) generically exhibit two distinct signatures: (1) theory-dependent shifts in the standard black-hole quasinormal modes, and (2) additional modes arising from extra fundamental fields --such as scalar, vector, or tensor degrees of freedom-- that can also contribute to the gravitational-wave signal. As recently argued, in general both effects are present simultaneously, and accurately modeling them is essential for robust tests of GR in the ringdown regime. In this work, we investigate the impact of extra field-induced modes, which are often neglected in standard ringdown analyses, on the interpretation of gravitational-wave signals. To provide some concrete examples, we focus on dynamical Chern-Simons and Einstein-scalar-Gauss-Bonnet theories, well-motivated extensions of GR, characterized respectively by a parity-odd and a parity-even coupling between a dynamical scalar field and quadratic curvature invariants. We show that including extra field-induced modes improves the bounds on these theories compared to standard spectroscopy and also allows for equally constraining complementary tests not based on quasinormal mode shifts. Our analysis highlights the relevance of incorporating extra field-induced modes in ringdown templates and assesses their potential to either bias or enhance constraints on GR deviations. | 一般相対論（GR）の拡張におけるブラックホールのリングダウンは、一般的に2つの異なる特徴を示す。 (1) 標準的なブラックホール準基準モードの理論依存的なシフト、(2) スカラー、ベクトル、テンソル自由度などの追加基本場から生じる追加モード（重力波信号にも寄与する可能性がある）。 最近議論されたように、一般的に両方の効果は同時に存在し、それらを正確にモデル化することは、リングダウン領域における一般相対論の堅牢な検証に不可欠である。 本研究では、標準的なリングダウン解析ではしばしば無視される追加場誘起モードが、重力波信号の解釈に与える影響を調査する。 具体的な例として、我々は、動的チャーン・サイモンズ理論とアインシュタイン・スカラー・ガウス・ボネ理論に焦点を当てる。 これらは、それぞれ動的スカラー場と二次曲率不変量との間のパリティ奇結合とパリティ偶結合を特徴とする、一般相対論の十分に根拠のある拡張である。 我々は、追加の場誘起モードを含めることで、標準的な分光法と比較してこれらの理論の境界が改善され、また、準正規モードシフトに基づかない、同等に制約のある補完的検定が可能になることを示す。 我々の解析は、リングダウンテンプレートに追加の場誘起モードを組み込むことの関連性を強調し、それらが一般相対論の偏差に対する制約にバイアスをかけるか強化するかの可能性を評価する。 |