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| Original Text | 日本語訳 |
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| On 2023 November 23 the two LIGO observatories both detected GW231123, a gravitational-wave signal consistent with the merger of two black holes with masses $137^{+23}_{-18}\, M_\odot$ and $101^{+22}_{-50}\, M_\odot$ (90\% credible intervals), at luminosity distance 0.7-4.1 Gpc and redshift of $0.40^{+0.27}_{-0.25}$, and a network signal-to-noise ratio of $\sim$20.7. Both black holes exhibit high spins, $0.9^{+0.10}_{-0.19}$ and $0.80^{+0.20}_{-0.52}$ respectively. A massive black hole remnant is supported by an independent ringdown analysis. Some properties of GW231123 are subject to large systematic uncertainties, as indicated by differences in inferred parameters between signal models. The primary black hole lies within or above the theorized mass gap where black holes between 60-130 $M_\odot$ should be rare due to pair instability mechanisms, while the secondary spans the gap. The observation of GW231123 therefore suggests the formation of black holes from channels beyond standard stellar collapse, and that intermediate-mass black holes of mass $\sim$200 $M_\odot$ form through gravitational-wave driven mergers. | 2023年11月23日、2つのLIGO観測所は共に、質量$137^{+23}_{-18}\, M_\odot$と$101^{+22}_{-50}\, M_\odot$（90\%信頼区間）を持つ2つのブラックホールの合体と一致する重力波信号GW231123を検出した。 光度距離は0.7-4.1 Gpc、赤方偏移は$0.40^{+0.27}_{-0.25}$、ネットワーク信号対雑音比は$\sim$20.7であった。 両方のブラックホールはそれぞれ$0.9^{+0.10}_{-0.19}$と$0.80^{+0.20}_{-0.52}$という高いスピンを示している。 大質量ブラックホール残骸の存在は、独立したリングダウン解析によって裏付けられています。 GW231123のいくつかの特性は、信号モデル間で推定されたパラメータの差異が示すように、大きな系統的不確実性にさらされています。 主ブラックホールは、理論上の質量ギャップ内またはその上に位置し、60～130 $M_\odot$のブラックホールは対不安定性メカニズムにより稀であるはずですが、副ブラックホールはギャップを横切っています。 したがって、GW231123の観測は、標準的な恒星の崩壊を超えた経路からブラックホールが形成され、質量$\sim$200 $M_\odot$の中質量ブラックホールが重力波駆動による合体によって形成されることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Bayesian inference requires determining the posterior distribution, a task that becomes particularly challenging when the dimension of the parameter space is large and unknown. This limitation arises in many physics problems, such as Mixture Models (MM) with an unknown number of components or the inference of overlapping signals in noisy data, as in the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) Global Fit problem. Traditional approaches, such as product-space methods or Reversible-Jump Markov Chain Monte Carlo (RJMCMC), often face efficiency and convergence limitations. This paper presents samsara, a Continuous-Time Markov Chain Monte Carlo (CTMCMC) framework that models parameter evolution through Poisson-driven birth, death, and mutation processes. samsara is designed to sample models of unknown dimensionality. By requiring detailed balance through adaptive rate definitions, CTMCMC achieves automatic acceptance of trans-dimensional moves and high sampling efficiency. The code features waiting time weighted estimators, optimized memory storage, and a modular design for easy customization. We validate samsara on three benchmark problems: an analytic trans-dimensional distribution, joint inference of sine waves and Lorentzians in time series, and a Gaussian MM with an unknown number of components. In all cases, the code shows excellent agreement with analytical and Nested Sampling results. All these features push samsara as a powerful alternative to RJMCMC for large- and variable-dimensional Bayesian inference problems. | ベイズ推論では事後分布を決定する必要があり、パラメータ空間の次元が大きく未知の場合、特に困難になります。 この制限は、成分数が未知の混合モデル（MM）や、ノイズの多いデータにおける重複信号の推論（レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）のグローバルフィット問題など）など、多くの物理学的問題で発生します。 積空間法や可逆ジャンプ・マルコフ連鎖モンテカルロ（RJMCMC）などの従来のアプローチは、効率性と収束性の限界に直面することがよくあります。 本論文では、ポアソン駆動型の誕生、死、突然変異プロセスを通じてパラメータの進化をモデル化する連続時間マルコフ連鎖モンテカルロ（CTMCMC）フレームワークであるSamsaraを紹介します。 Samsaraは、次元数が未知のモデルをサンプリングするように設計されています。 適応的なレート定義を通じて詳細なバランスを要求することで、CTMCMCは次元間の動きを自動的に受け入れ、高いサンプリング効率を実現します。 このコードは、待ち時間重み付け推定量、最適化されたメモリストレージ、そして容易なカスタマイズを可能にするモジュール設計を特徴としています。 Samsaraを3つのベンチマーク問題で検証しました。 解析的多次元分布、時系列における正弦波とローレンツ分布の結合推論、そして成分数が未知数のガウス分布です。 いずれの場合も、コードは解析的およびネストサンプリングの結果と優れた一致を示しました。 これらの機能により、Samsaraは大規模および可変次元のベイズ推論問題において、RJMCMCの強力な代替手段となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In Nature, 646, 813 (2025), Aziz and Howl claim that classical (unquantised) gravity produces entanglement. We show that their model does not produce entanglement. Even if the model produced entanglement, it would be mediated by the quantised matter interaction, and not gravity. Hence entanglement mediated by gravity remains an unambiguous witness of gravity's quantum features. | Nature, 646, 813 (2025) において、アジズとハウルは、古典的（量子化されていない）重力がエンタングルメントを生成すると主張している。 我々は、彼らのモデルがエンタングルメントを生成しないことを示す。 たとえモデルがエンタングルメントを生成するとしても、それは重力ではなく、量子化された物質相互作用によって媒介される。 したがって、重力によって媒介されるエンタングルメントは、重力の量子的特徴の明白な証拠であり続ける。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze the dynamics of two one-form topological matter fields minimally coupled to first-order gravity in three-dimensional spacetime using the Dirac Hamiltonian formalism. Working in the full phase space, we systematically identify the complete set of constraints of the system, classify them into first- and second-class, and compute their Poisson bracket algebra. The constraint analysis confirms the absence of physical degrees of freedom, consistent with the system's topological character. Furthermore, we construct the generating functional for gauge transformations and demonstrate that, with appropriate gauge parameter mappings, these transformations recover the full diffeomorphism and Poincar\'e symmetries of the theory. Finally, we explicitly compute the Dirac brackets, establishing the symplectic structure of the reduced phase space. | 我々は、ディラック・ハミルトニアン形式を用いて、3次元時空における1階重力に最小結合した2つの1形式位相的物質場のダイナミクスを解析する。 完全な位相空間において、系の完全な拘束条件を系統的に同定し、それらを第一種と第二種に分類し、それらのポアソン括弧代数を計算する。 拘束条件解析は、系の位相的特徴と整合的に、物理的自由度が存在しないことを確認する。 さらに、ゲージ変換の生成汎関数を構築し、適切なゲージパラメータ写像を用いることで、これらの変換によって理論の完全な微分同相写像とポアンカレ対称性が回復されることを示す。 最後に、ディラック括弧を明示的に計算し、縮約された位相空間のシンプレクティック構造を確立する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we present two brane-world-type solutions in a two-dimensional (2D) dilaton gravity model with singular space-time backgrounds. By employing a first-order superpotential formalism, we first construct the 2D analogues of the thick brane solution previously given by Gremm and analyze the corresponding linear scalar perturbations. We show that for a model with canonical scalar matter fields, the effective potential of the linear perturbation equation is a singular P\"oschl--Teller~II type, which does not admit bound states. However, for a model with non-canonical scalar fields, the effective potential becomes an exactly solvable P\"oschl--Teller~I potential, which has an infinite tower of normalizable bound states. We also present a second analytic solution inspired by the work of Girardello \emph{et al.}, but with non-canonical scalar field. In this case, the linear perturbation equation is a Schr\"odinger equation with the Eckart potential, which is also exactly solvable. | 本研究では、特異時空背景を持つ2次元(2D)ディラトン重力模型において、2つのブレーン世界型解を提示する。 一次超ポテンシャル形式を用いて、まずGremmによって以前に与えられた厚いブレーン解の2次元類似体を構築し、対応する線形スカラー摂動を解析する。 標準的なスカラー物質場を持つ模型の場合、線形摂動方程式の有効ポテンシャルは特異なP\"oschl--Teller~II型であり、束縛状態を許容しないことを示す。 しかし、非標準的なスカラー場を持つ模型の場合、有効ポテンシャルは厳密に解けるP\"oschl--Teller~I型ポテンシャルとなり、正規化可能な束縛状態の無限の塔を持つ。 また、Girardello らの研究にヒントを得た、非正準スカラー場を用いた2つ目の解析解も提示する。 この場合、線形摂動方程式はエッカートポテンシャルを持つシュレーディンガー方程式であり、これも厳密に解ける。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves induced by primordial density perturbations provide a powerful probe of the Universe's thermal history, which may include an early matter-dominated (eMD) era predicted by well-motivated particle-physics models. The induced GWs can be significantly enhanced when the Universe undergoes a sudden transition from an eMD era to an era with pressure, such as a radiation or kination era. This enhancement arises from the growth of density perturbations during the eMD era and their rapid oscillations during the era with pressure. This phenomenon is called the poltergeist mechanism. In this review, we explain the essence of the poltergeist mechanism and explore concrete scenarios in which such an enhancement can occur. | 原始密度擾乱によって誘起される重力波は、宇宙の熱史を探る強力な手がかりとなる。 この熱史には、十分に根拠のある素粒子物理学モデルによって予測される初期物質優勢時代（eMD時代）が含まれる可能性がある。 誘起される重力波は、宇宙がeMD時代から放射時代やキネーション時代などの圧力時代へと突然遷移すると、著しく増大する可能性がある。 この増大は、eMD時代における密度擾乱の増大と、圧力時代における密度擾乱の急速な振動によって生じる。 この現象はポルターガイスト機構と呼ばれている。 本レビューでは、ポルターガイスト機構の本質を説明し、このような増大が起こり得る具体的なシナリオを探求する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a general formalism linking modified entropy functions directly to a modified spacetime metric and, subsequently, to an effective matter sector of entropic origin. In particular, within the framework of general relativity, starting from the first law of black-hole thermodynamics we establish an explicit correspondence between the entropy derivative and the metric function, which naturally leads to an emergent stress-energy tensor representing an anisotropic effective fluid. This backreaction effect of horizon entropy may resolve possible inconsistencies recently identified in black hole physics with modified entropies. As specific examples, we apply this procedure to a wide class of modified entropies, such as Barrow, Tsallis-Cirto, Renyi, Kaniadakis, logarithmic, power-law, loop-quantum-gravity, and exponential modifications, and we derive the associated effective matter sectors, analyzing their physical properties and energy conditions. | 我々は、修正エントロピー関数を修正時空計量に直接結び付け、ひいてはエントロピー起源の有効物質セクターに結び付ける一般的な形式論を提示する。 特に、一般相対論の枠組みにおいて、ブラックホール熱力学の第一法則から出発して、エントロピー微分と計量関数との間の明示的な対応関係を確立し、これにより自然に異方性有効流体を表す応力エネルギーテンソルが出現する。 この地平線エントロピーの反作用効果は、最近ブラックホール物理学において修正エントロピーに関して特定された矛盾を解決する可能性がある。 具体的な例として、我々はこの手順を、バロー、ツァリス・キルト、レニイ、カニアダキス、対数、べき乗、ループ量子重力、指数関数といった広範な修正エントロピーに適用し、関連する有効物質セクターを導出し、それらの物理的性質とエネルギー条件を解析する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We clarify how the weak-interaction-driven bulk viscosity $\zeta$ and the bulk relaxation time $\tau_\Pi$ of neutrino-transparent $npe$ matter depend on the nuclear symmetry energy. We show that, at saturation density, the equation-of-state dependence of these transport quantities is fully determined by the experimentally constrained nuclear symmetry energy $S$ and its slope $L$. Variations of $L$ can change the bulk viscosity by orders of magnitude, which can affect both the dissipative and the conservative tidal response of neutron stars. This suggests that both conservative and dissipative effects encoded in the gravitational-wave signatures of binary neutron star inspirals may help constrain nuclear symmetry energy properties. | ニュートリノ透過性物質$npe$の弱い相互作用駆動によるバルク粘性$\zeta$とバルク緩和時間$\tau_\Pi$が、核対称性エネルギーにどのように依存するかを明らかにする。 飽和密度において、これらの輸送量の状態方程式依存性は、実験的に制限された核対称性エネルギー$S$とその傾き$L$によって完全に決定されることを示す。 $L$の変化はバルク粘性を桁違いに変化させる可能性があり、これは中性子星の散逸的潮汐応答と保存的潮汐応答の両方に影響を及ぼす可能性がある。 これは、連星中性子星のインスパイラルの重力波シグネチャーに符号化された保存的効果と散逸的効果の両方が、核対称性エネルギー特性の制限に役立つ可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The background subtraction method has long served as a practical tool for computing the Euclidean action and thermodynamic quantities of black holes. While its equivalence to the Iyer-Wald formalism is well understood in pure gravity theories, its validity in matter-coupled theories remains less clear and has even been questioned in the literature. In this work, we revisit this issue and demonstrate that the equivalence between the Euclidean action method and the Iyer-Wald formalism persists in matter-coupled scenarios. We apply the resulting formulation to two representative examples of such theories, and in both cases, the Euclidean approach performs smoothly. We further identify situations where the method may encounter subtleties due to the special properties of certain matter fields. Our results clarify when background subtraction remains reliable beyond pure gravity and when additional care is necessary. | 背景差分法は、長年にわたり、ブラックホールのユークリッド作用と熱力学量を計算するための実用的なツールとして役立ってきました。 純粋重力理論においては、この法とIyer-Wald形式との同等性はよく理解されていますが、物質結合理論におけるその妥当性は依然として明確ではなく、文献においても疑問視されてきました。 本研究では、この問題を再検討し、ユークリッド作用法とIyer-Wald形式との同等性が物質結合シナリオにおいても維持されることを示します。 得られた定式化をそのような理論の代表的な2つの例に適用したところ、どちらの場合もユークリッド的アプローチはスムーズに動作しました。 さらに、特定の物質場の特殊な性質により、この方法が微妙な問題に遭遇する可能性のある状況を特定しました。 本研究の結果は、純粋重力理論を超えて背景差分法が信頼できる場合と、追加の注意が必要な場合を明確にします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves (GWs) can be distorted by intervening mass distributions while propagating, leading to frequency-dependent modulations that imprint a distinct signature on the observed waveforms. Bayesian inference for GW lensing with conventional sampling methods is costly, and the problem is exacerbated by the rapidly growing GW catalog. Moreover, assessing the statistical significance of lensed candidates requires thousands, if not millions, of simulations to estimate the background from noise fluctuations and waveform systematics, which is infeasible with standard samplers. We present a novel method, \texttt{DINGO-lensing}, for performing inference on lensed GWs, extending the neural posterior estimation framework \texttt{DINGO}. By comparing our results with those using conventional samplers, we show that the compute time of parameter estimation of lensed GWs can be reduced from weeks to seconds, while preserving accuracy both in the posterior distributions and the evidence ratios. We train our neural networks with LIGO detector noise at design sensitivity and a lens model that accommodates two overlapping chirps with opposite parity. We show that the lensing parameters are recovered with millisecond precision for the time delays. We also demonstrate that our network can identify signals diffracted by point masses, highlighting its flexibility for searches. By simulating thousands of lensed and nonlensed events, we determine how the detectability changes with different source properties. \texttt{DINGO-lensing} provides a scalable and efficient avenue for identifying and characterizing gravitationally lensed GW events in the upcoming observing runs. | 重力波（GW）は伝播中に介在する質量分布によって歪むことがあり、周波数依存の変調を引き起こし、観測波形に明確な特徴を刻み込みます。 従来のサンプリング手法を用いた重力レンズ効果のベイズ推論はコストが高く、急速に増加する重力波カタログによって問題はさらに悪化します。 さらに、レンズ効果を受けた候補の統計的有意性を評価するには、ノイズ変動と波形の系統的変化から背景を推定するために数千、場合によっては数百万回のシミュレーションが必要であり、これは標準的なサンプラーでは実行不可能です。 本稿では、ニューラル事後推定フレームワーク\texttt{DINGO}を拡張し、レンズ効果を受けた重力波の推論を行うための新しい手法\texttt{DINGO-lensing}を紹介します。 従来のサンプラーを用いた結果と本研究の結果を比較することで、事後分布と証拠比の両方の精度を維持しながら、重力レンズ効果を受けた重力波のパラメータ推定の計算時間を数週間から数秒に短縮できることを示します。 設計感度のLIGO検出器ノイズと、逆パリティを持つ2つの重なり合うチャープを組み込んだレンズモデルを用いて、ニューラルネットワークを学習させます。 時間遅延に対して、レンズ効果パラメータがミリ秒単位の精度で復元されることを示します。 また、本ネットワークが点質点によって回折された信号を識別できることを実証し、探索におけるその柔軟性を強調します。 数千のレンズ効果を受けたイベントとレンズ効果を受けていないイベントをシミュレートすることにより、異なるソース特性によって検出可能性がどのように変化するかを調べます。 \texttt{DINGO-lensing}は、今後の観測において、重力レンズ効果を受けた重力波イベントを識別および特徴付けるためのスケーラブルで効率的な手段を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The processes of splitting and merging of black holes obey the composition law generated by the Tsallis-Cirto $\delta=2$ statistics. The same composition law expresses the full entropy of the Reissner-Nordstr\"om black hole via the entropies of its outer and inner horizons. He we apply this composition law to the entropy of the Kerr black hole. As distinct from Reissner-Nordstr\"om black hole, where the full entropy depends only on mass $M$ and does not depend on its charge $Q$, the entropy of Kerr black hole is the sum of contributions from its mass $M$ and angular momentum $J$, i.e. $S(M,J)=S(M,0) + 4\pi \sqrt{J(J+1)}$. Here $S(M,0)$ is the entropy of the Schwarzschild black hole. This demonstrates that when the Kerr black hole with $J\gg 1$ absorbs or emits a massless particle with spin $s_z=\pm 1/2$, its entropy changes by $|\Delta S| = 2\pi$. We also considered the quantization of entropy suggested by the toy model, in which the black hole thermodynamics is represented by the ensemble of the Planck-scale black holes -- Planckons. | ブラックホールの分裂と合体の過程は、Tsallis-Cirto $\delta=2$ 統計によって生成される構成法則に従います。 この構成法則は、Reissner-Nordstrom ブラックホールの全エントロピーを、その外層と内層のエントロピーを介して表します。 この構成法則を Kerr ブラックホールのエントロピーに適用します。 Reissner-Nordstrom ブラックホールでは全エントロピーが質量 $M$ のみに依存し、電荷 $Q$ には依存しませんが、Kerr ブラックホールのエントロピーは質量 $M$ と角運動量 $J$ の寄与の合計、すなわち $S(M,J)=S(M,0) + 4\pi \sqrt{J(J+1)}$ となります。 ここで、$S(M,0)$ はシュワルツシルトブラックホールのエントロピーです。 これは、$J\gg 1$のカーブラックホールが、スピン$s_z=\pm 1/2$の質量ゼロ粒子を吸収または放出すると、そのエントロピーが$|\Delta S| = 2\pi$だけ変化することを示しています。 また、ブラックホールの熱力学がプランクスケールのブラックホール（プランクオン）の集合で表されるおもちゃのモデルによって示唆されるエントロピーの量子化も考慮しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent data from multiple supernova catalogs and DESI, when combined with CMB, suggest a non-trivial evolution of dark energy (DE) at the $2.5-4\sigma$ CL. This evidence is typically quantified using the CPL parametrization of the DE equation-of-state parameter which corresponds to a first-order Taylor expansion around $a = 1$. However, this truncation is to some extent arbitrary and may bias our interpretation of the data, potentially leading us to mistake spurious features of the best-fit CPL model for genuine physical properties of DE. In this work, we apply the Weighted Function Regression (WFR) method to eliminate the subjectivity associated with the choice of truncation order. We assign Bayesian weights to the various orders and compute weighted posterior distributions of the quantities of interest. Using this model-agnostic approach, we reconstruct some of the most relevant background quantities, examining the robustness of our results against variations in the CMB and SNIa likelihoods. Furthermore, we extend our analysis by allowing for negative DE. Our results corroborate previous indications of dynamical DE, now confirmed for the first time using the WFR method. The combined analysis of CMB, BAO, and SNIa data favors a DE component that transitions from phantom to quintessence at redshift $z_{\rm cross}\sim 0.4$. The probability of phantom crossing lies between 96.21% and 99.97%, depending on the SNIa data set used, and hence a simple monotonic evolution of the DE density is excluded at the $\sim 2-4\sigma$ CL. Moreover, we find no significant evidence for a negative dark energy density below $z\sim 2.5-3$. Our reconstructions do not address the Hubble tension, yielding values of $H_0$ consistent with the Planck/$\Lambda$CDM range. If SH0ES measurements are not affected by systematic biases, the evidence for dynamical dark energy may need to be reassessed. [abridged] | 複数の超新星カタログとDESIからの最近のデータは、CMBと組み合わせると、暗黒エネルギー（DE）がCL 2.5-4σで非自明に進化することを示唆している。 この証拠は、通常、DE状態方程式パラメータのCPLパラメータ化を用いて定量化される。 これは、a = 1の周りの1次テイラー展開に対応する。 しかし、この打ち切りはある程度恣意的であり、データの解釈にバイアスをかけ、最適CPLモデルの誤った特徴をDEの真の物理的特性と誤認する可能性がある。 本研究では、打ち切り順序の選択に伴う主観性を排除するために、重み付き関数回帰（WFR）法を適用する。 様々な順序にベイズ重みを割り当て、関心のある量の重み付き事後分布を計算する。 このモデルに依存しないアプローチを用いて、最も関連性の高い背景量のいくつかを再構成し、CMBおよびSNIaの尤度の変動に対する結果の堅牢性を検証する。 さらに、負のDEを許容することで解析を拡張する。 我々の結果は、WFR法を用いて初めて確認された動的DEのこれまでの兆候を裏付けるものである。 CMB、BAO、およびSNIaデータを組み合わせた解析は、赤方偏移$z_{\rm cross}\sim 0.4$でファントムからクインテセンスへと遷移するDE成分を支持する。 ファントム交差の確率は、使用するSNIaデータセットに応じて96.21%から99.97%の間であり、したがって、$\sim 2-4\sigma$ CLではDE密度の単純な単調変化は排除される。 さらに、$z\sim 2.5-3$未満の負のダークエネルギー密度を示す有意な証拠は見つからない。 我々の再構成はハッブル張力を考慮しておらず、プランク/ラムダCDMの範囲と一致する$H_0$の値が得られる。 SH0ESの測定が系統的バイアスの影響を受けない場合、動的ダークエネルギーの証拠は再評価する必要があるかもしれない。 [要約] |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a detailed derivation of the Schwarzian modes in the full geometry of the Ba\~nados-Teitelboim-Zanelli (BTZ) black hole at finite temperature, establishing the precise conditions under which they emerge from the general solution. In addition, we demonstrate that the same modes can be recovered through a purely geometric Kerr-Schild construction. This equivalent approach offers a new geometric understanding of the Schwarzian sector and highlights the correspondence between perturbative and pure geometric approaches, additionally it provides a connection with double copy and double field theory. | 有限温度におけるバナドス・タイテルボイム・ザネリ（BTZ）ブラックホールの完全な幾何学におけるシュワルツモードの詳細な導出を行い、一般解からそれらが出現する正確な条件を確立する。 さらに、同じモードが純粋に幾何学的なカー・シルト構成によって回復できることを示す。 この等価なアプローチは、シュワルツセクターの新たな幾何学的理解をもたらし、摂動論的アプローチと純粋に幾何学的なアプローチとの対応関係を浮き彫りにする。 さらに、二重コピー理論や二重場理論との関連も提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we study the effective pressure of the $N$-dimensional FRW(Friedmann-Robertson-Walker) universe in Einstein gravity, Gauss-Bonnet gravity, and Lovelock gravity. The effective pressure is defined by $P_{eff}:=-\mathrm{d}E/\mathrm{d}V$, where $E=\rho V$ is the effective energy and $V$ is the volume of the FRW universe inside the apparent horizon. The effective pressure in Einstein gravity is always negative and its absolute value decreases with the horizon radius $R_A$. The effective pressure in Gauss-Bonnet gravity is different with the one in Einstein gravity only when $N\geq6$. In this case, if $\alpha>0$, the effective pressure is always negative, but if $\alpha<0$, it is not always negative and has a minimum. The effective pressure in Lovelock gravity can have multiple zero-points and extreme points. The effective pressure in different dimensions has interesting relations. We also find that under certain condition, the effective pressure is equivalent with the `ordinary' pressure $p$ of the perfect fluid, and this condition do not depend on the specific choice of gravitational theories. | 本論文では、アインシュタイン重力、ガウス・ボネ重力、ラブロック重力における$N$次元FRW(Friedmann-Robertson-Walker)宇宙の有効圧力を考察する。 有効圧力は $P_{eff}:=-\mathrm{d}E/\mathrm{d}V$ で定義される。 ここで、$E=\rho V$ は有効エネルギー、$V$ は見かけの地平線内のFRW宇宙の体積である。 アインシュタイン重力における有効圧力は常に負であり、その絶対値は地平線半径$R_A$とともに減少する。 ガウス・ボネ重力における有効圧力は、$N\geq6$ の場合にのみアインシュタイン重力における有効圧力と異なる。 この場合、$\alpha>0$ であれば有効圧力は常に負であるが、$\alpha<0$ であれば必ずしも負ではなく、最小値を持つ。 ラブロック重力における有効圧力は、複数の零点と極値を持つことがあります。 異なる次元における有効圧力には興味深い関係があります。 また、ある条件下では、有効圧力は完全流体の「通常の」圧力$p$と等価であり、この条件は重力理論の特定の選択に依存しないこともわかりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a new rotating black hole solution to the Einstein equations as an extension of the Kerr spacetime. Interestingly, the solution we find may not be uniquely characterized by asymptotic parameters such as mass, angular momentum, and charge, thereby it would be the additional hair. We also analyze in detail how this additional characteristics or this hair affects the thermodynamic properties of the black hole. | 我々は、カー時空の拡張として、アインシュタイン方程式に対する新しい回転ブラックホール解を提示する。 興味深いことに、我々が見出した解は、質量、角運動量、電荷といった漸近パラメータによって一意に特徴付けられない可能性があり、したがって、それは「追加の毛」となる可能性がある。 また、この追加の特性、あるいは「毛」がブラックホールの熱力学的性質にどのように影響するかについても詳細に解析する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate exact charged and uncharged black hole solutions in a (2+1)-dimensional spacetime within the framework of quadratic form of $f(\mathbb{Q})$ symmetric teleparallel gravity, where $\mathbb{Q}$ is the non-metricity scalar. By adopting spherical symmetry and considering both vanishing and non-vanishing electromagnetic fields, we derive new classes of black hole solutions and analyze their geometric and physical properties. The study demonstrates that the inclusion of quadratic corrections in the gravitational Lagrangian significantly modifies the structure of solutions, producing deviations from the standard BTZ geometry. Invariants such as curvature and non-metricity scalars are calculated to classify the singularity structure and spacetime behavior. Thermodynamic quantities, including Hawking temperature, entropy, and heat capacity, are computed, showing consistency with the first law of black hole thermodynamics. Furthermore, we examine the geodesic motion of test particles and derive the effective potential to explore the stability of photon orbits. A notable outcome is the identification of weaker black hole singularities in comparison to General Relativity, attributed to the non-metricity corrections. The possibility of multi-horizon configurations is also explored. This study provides a comprehensive analysis of the gravitational, thermodynamic, and dynamical features of lower-dimensional black holes in $f(\mathbb{Q})$ gravity and highlights their distinct characteristics with respect to General Relativity. | 我々は、(2+1)次元時空における荷電ブラックホールと非荷電ブラックホールの正確な解を、$f(\mathbb{Q})$対称テレパラレル重力の二次形式（$\mathbb{Q}$は非計量性スカラー）の枠組みの中で調べる。 球対称性を採用し、零電磁場と非零電磁場の両方を考慮することで、新しい種類のブラックホール解を導出し、その幾何学的および物理的特性を解析する。 本研究では、重力ラグランジアンに二次補正を加えることで解の構造が大きく変化し、標準的なBTZ幾何学からの偏差が生じることを示す。 曲率や非計量性スカラーなどの不変量を計算し、特異点構造と時空の振る舞いを分類する。 ホーキング温度、エントロピー、熱容量などの熱力学量を計算し、ブラックホール熱力学の第一法則との整合性を示した。 さらに、テスト粒子の測地線運動を調べ、光子軌道の安定性を探るための有効ポテンシャルを導出します。 注目すべき成果として、非計量性補正に起因する、一般相対論と比較して弱いブラックホール特異点の特定が挙げられます。 また、マルチホライズン構成の可能性も探究しています。 本研究は、$f(\mathbb{Q})$重力における低次元ブラックホールの重力、熱力学、および力学的な特徴を包括的に分析し、一般相対論におけるそれらの独特の特性を明らかにします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Here, a single field inflationary model driven by a mutated hilltop potential, a subclass of the hilltop models of inflation, is investigated. To constrain the parameter space, we employ the latest $r-n_{\rm s}$ constraints from Planck 2018, BICEP/Keck 2018, and the Atacama Cosmology Telescope (ACT) data, alongside reheating parameters $N_{\rm{re}}$, $T_{\rm{re}}$, and $\omega_{\rm{re}}$, and the model independent bound on the radiation dominated (RD) era $N_{\rm{rd}}$. Furthermore, the relic gravitational wave (GW) spectrum within the sensitivity domains of future GW detectors are analyzed. By combining CMB, reheating, RD era, and GW constraints, we find for the Planck+BK18 data that the inflationary duration is confined to $46 \leq N \leq 56$ (95\% CL) and $48.1 \leq N \leq 56$ (68\% CL). Moreover, the model parameter $\alpha$ is confined to $0.161 \leq \alpha \leq 0.890$ (95\% CL) and $0.217 \leq \alpha \leq 0.815$ (68\% CL). Inclusion of the ACT data further tighten the constraints to $54 \leq N \leq 56$ (95\% CL) and $0.29 \leq \alpha \leq 0.62$ (95\% CL), thereby enhancing the precision and robustness of the model predictions. | 本稿では、インフレーションのヒルトップモデルのサブクラスである、変異ヒルトップポテンシャルによって駆動される単一場インフレーションモデルを調査する。 パラメータ空間を制約するために、Planck 2018、BICEP/Keck 2018、アタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）データからの最新の$r-n_{\rm s}$制約、再加熱パラメータ$N_{\rm{re}}$、$T_{\rm{re}}$、$\omega_{\rm{re}}$、そして放射支配（RD）時代に対するモデルに依存しない上限$N_{\rm{rd}}$を用いる。 さらに、将来の重力波検出器の感度領域における残存重力波（GW）スペクトルを解析する。 CMB、再加熱、RD時代、および重力場の制約を組み合わせることで、Planck+BK18データにおいて、インフレーション期間は$46 \leq N \leq 56$（95\% CL）および$48.1 \leq N \leq 56$（68\% CL）に制限されることがわかった。 さらに、モデルパラメータ$\alpha$は$0.161 \leq \alpha \leq 0.890$（95\% CL）および $0.217 \leq \alpha \leq 0.815$（68\% CL）に制限される。 ACTデータを含めることで、制約は$54 \leq N \leq 56$（95\% CL）および$0.29 \leq \alpha \leq 0.62$（95\% CL）へとさらに強化され、モデル予測の精度と堅牢性が向上します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent critiques of the semantic conception of scientific theories suggest that a theory is not best formulated as a collection of models satisfying some set of kinematical or dynamical conditions. Thus it has been argued that additional structure on the set of models is required. Furthermore, there are calls for developing a 'theory of theories', where what was formerly a 'theory' is seen as a 'model' within a larger theoretical structure. This paper makes a two-pronged proposal for the "shape" that physical theories should take, based on recent insights on dualities and quasi-dualities in physics. First, I develop a geometric view of theories, according to which a physical theory is a set of models with topological and geometric structure on it. This general view is briefly illustrated in an example from quantum cosmology. Second, I make a more specific proposal for a natural structure that can encompass various 'theories' as its models, with topological and algebraic-geometric structure on them. I call the latter more specific structure a 'model bundle', where the models are in the fibres and there is a moduli space in the base. I illustrate my second proposal in the Seiberg-Witten theory (Seiberg and Witten, 1994a,b), where the moduli space is the complex plane with three punctures, the states and quantities are in the fibres, and the modular group is the structure group that acts on the fibres. This view highlights the important role of quasi-dualities as local transition functions between fibres; dualities are recovered as global transition functions when the bundle is trivial. I discuss some philosophical issues that this geometric view of physical theories opens up, such as its realist interpretation. | 科学理論の意味論的概念に対する最近の批判は、理論は、ある一連の運動学的または力学的条件を満たすモデルの集合として定式化するのが最善ではないことを示唆している。 したがって、モデルの集合に追加の構造が必要であると主張されてきた。 さらに、かつて「理論」であったものが、より大きな理論的構造の中の「モデル」として捉えられる「理論の理論」の構築が求められている。 本論文では、物理学における双対性と準双対性に関する最近の知見に基づき、物理理論がとるべき「形」について、二つの側面から提案する。 第一に、物理理論とは、位相的および幾何学的構造を持つモデルの集合であるという、理論の幾何学的見解を展開する。 この一般的な見解は、量子宇宙論の例を用いて簡潔に説明する。 第二に、様々な「理論」をモデルとして包含し、それらの上に位相的および代数幾何学的構造を持つ自然な構造について、より具体的な提案を行う。 後者のより具体的な構造を「モデルバンドル」と呼ぶ。 ここで、モデルはファイバー内にあり、基底にはモジュライ空間が存在する。 私は、ザイバーグ・ウィッテン理論（Seiberg and Witten, 1994a,b）における私の2番目の提案を説明する。 ここで、モジュライ空間は3つの穴を持つ複素平面であり、状態と量はファイバー内にあり、モジュラー群はファイバーに作用する構造群である。 この見解は、ファイバー間の局所遷移関数としての準双対性の重要な役割を強調する。 バンドルが自明な場合、双対性は大域遷移関数として回復される。 私は、この物理理論の幾何学的見解がもたらす、実在論的解釈などのいくつかの哲学的問題について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove that globally hyperbolic compact anti-de Sitter (2+1)-spacetimes with strictly convex spacelike boundary that is either smooth or polyhedral and whose holonomy is close to Fuchsian are determined by the induced metric on the boundary. | 我々は、滑らかまたは多面体であり、ホロノミーがフックス分布に近い、厳密凸空間的境界を持つ大域的に双曲的なコンパクト反ド・ジッター(2+1)-時空が、境界上の誘導計量によって決定されることを証明する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The turnover at the peak of the Fourier matter power spectrum encodes a fundamental signature of matter-radiation equality in the early Universe. This delivers a potential standard ruler, independent of baryon acoustic oscillations and therefore able to break parameter degeneracies and improve precision. Furthermore, the turnover scale is independent of redshift and clustering bias, allowing for stacking of the signals from redshift bins. In practice, the very large scale of the turnover means that sample variance and systematics are serious impediments to its detection. Detections of the turnover and measurements of its scale have been made in the WiggleZ, eBOSS, Quaia, and DESI surveys. Upcoming surveys should improve the detection significance and reduce errors on the turnover scale. We use MCMC forecasts for turnover detection in a spectroscopic Euclid-like survey and a futuristic MegaMapper-like survey. In addition to the power spectrum, we include the signal from the bispectrum in equilateral configurations. These surveys are forecast to detect the turnover at $\sim\! 6\sigma$ (Euclid-like) and $\sim\! 15\sigma$ (MegaMapper-like), with precision on the turnover scale of $\sim\! 4\%$ and $\sim\! 2\%$. The inclusion of the bispectrum delivers a modest improvement of $\sim\! 10-17\%$ in the constraints on the turnover scale. | フーリエ物質パワースペクトルのピークにおけるターンオーバーは、初期宇宙における物質と放射の等価性を示す基本的な特徴を符号化しています。 これは、重粒子音響振動に依存しない潜在的な標準尺度となり、パラメータの縮退を打破し、精度を向上させることができます。 さらに、ターンオーバーのスケールは赤方偏移やクラスタリングバイアスに依存しないため、赤方偏移の異なるビンからの信号のスタッキングが可能になります。 実際には、ターンオーバーのスケールが非常に大きいため、サンプル分散と系統的変化が検出の大きな障害となります。 ターンオーバーの検出とスケールの測定は、WiggleZ、eBOSS、Quaia、DESIサーベイで行われています。 今後のサーベイでは、検出の重要性が向上し、ターンオーバースケールの誤差が低減されるはずです。 私たちは、分光学的なユークリッドのようなサーベイと、将来的なMegaMapperのようなサーベイにおいて、ターンオーバー検出にMCMC予測を使用します。 パワースペクトルに加えて、等辺配置におけるバイスペクトルからの信号も含めます。 これらのサーベイでは、ターンオーバースケールの精度が$\sim\! 6\sigma$（ユークリッド型）および$\sim\! 15\sigma$（メガマッパー型）で検出されると予測されています。 バイスペクトルを含めることで、ターンオーバースケールの制約条件が$\sim\! 10-17\%$ほど改善されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The exponential $f(R)$ gravity model provides a theoretically well-motivated extension of General Relativity, introducing a modified gravitational dynamics at late times consistent with a dynamical dark energy scenario, while recovering the $\Lambda$CDM-like regime at high redshifts with a smooth transition. Using a Bayesian Markov Chain Monte Carlo (MCMC) analysis, we constrain the parameters of the exponential $f(R)$ model in combination with the total neutrino mass $\sum m_\nu$, employing the latest measurements from cosmic chronometers, the DESI DR2 BAO data, the CMB acoustic scale, and the Pantheon+ supernovae compilation, comparing the results with the $\Lambda$CDM and the $w_0w_a$CDM models. Our results show that the exponential $f(R)$ model remains consistent with current observations while slightly alleviating the Hubble tension and the neutrino mass problem relative to $\Lambda$CDM, although the constraints on $\sum m_\nu$ are tighter than those obtained for the phenomenological $w_0w_a$CDM scenario. These results indicate that the interplay between modified gravity and neutrino physics in the late Universe may offer a viable framework for further investigation of cosmological tensions. | 指数関数型$f(R)$重力モデルは、一般相対性理論の理論的に十分な根拠に基づく拡張を提供し、後期に動的ダークエネルギーシナリオと整合する修正された重力ダイナミクスを導入する一方で、高赤方偏移において滑らかな遷移を伴って$\Lambda$CDMのような領域を回復する。 ベイジアン・マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）解析を用いて、宇宙クロノメータ、DESI DR2 BAOデータ、CMB音響スケール、およびPantheon+超新星コンピレーションによる最新の測定値を用いて、指数関数型$f(R)$モデルのパラメータを全ニュートリノ質量$\sum m_\nu$と組み合わせて制限し、その結果を$\Lambda$CDMモデルおよび$w_0w_a$CDMモデルと比較する。 我々の結果は、指数関数型$f(R)$モデルが現在の観測結果と整合している一方で、ハッブル・テンションとニュートリノ質量の問題を$\Lambda$CDMと比較してわずかに緩和していることを示しています。 ただし、$\sum m_\nu$に対する制限は、現象論的な$w_0w_a$CDMシナリオで得られた制限よりも厳しいものとなっています。 これらの結果は、後期宇宙における修正重力とニュートリノ物理の相互作用が、宇宙論的テンションのさらなる研究のための実行可能な枠組みを提供す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 crucial role of hydrodynamic instabilities in soliton field theory is revealed. We demonstrate that the essential of soliton formation mechanism is the sound mode instability induced by thermodynamic instability. This instability triggers phase separation, where new thermal phases are generated to produce solitons. These solitons can be regarded as a coexistence state composed of a matter phase and a vacuum phase, with an interface providing surface tension to maintain dynamical equilibrium. The phase separation mechanism naturally allows the existence of vacuum bubbles, characterized by a vacuum phase surrounded by a matter phase with negative pressure. Furthermore, we show that the soliton interface resembles a fluid membrane, whose interface pressure satisfies a Young-Laplace-type relation, resulting in the emergence of the membrane instability induced by surface tension. In the thin-wall limit, the dispersion relation is analytically derived. This instability triggers topological transition of the interface, splitting a cylindrical interface into multiple spheres with a smaller total surface area. Such results highlight the duality between solitons and fluids, providing a field theory description for hydrodynamics with interfaces. | ソリトン場の理論における流体不安定性の重要な役割を明らかにする。 ソリトン形成機構の本質は、熱力学的不安定性によって引き起こされる音響モード不安定性であることを示す。 この不安定性は相分離を引き起こし、新たな熱相が生成してソリトンを生成する。 これらのソリトンは、界面が動的平衡を維持するために表面張力を与える、物質相と真空相の共存状態と見なすことができる。 相分離機構は、負圧の物質相に囲まれた真空相を特徴とする真空バブルの存在を自然に可能にする。 さらに、ソリトン界面は流体膜に類似しており、その界面圧力はヤング・ラプラス型の関係を満たし、その結果、表面張力によって引き起こされる膜不安定性が出現することを示す。 薄壁極限において、分散関係は解析的に導出される。 この不安定性は界面のトポロジカル転移を引き起こし、円筒形の界面を より小さな表面積を持つ複数の球体に分割します。 このような結果は、ソリトンと流体の二重性を浮き彫りにし、界面を持つ流体力学に対する場の理論的記述を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate a modified gravity framework where the geometric Einstein--Hilbert sector remains untouched while the matter Lagrangian is weighted by a nontrivial function $\phi(T)$ of the energy--momentum trace. Unlike $f(R,T)$ or $f(R,\mathcal L_m)$ theories, this construction alters how matter curves spacetime without introducing extra geometric degrees of freedom, thereby remaining consistent with local tests of gravity. Physically, the factor $\phi(T)\mathcal L_m$ can be interpreted as an effective renormalization of the matter sector, relevant at high densities and smoothly reducing to GR at low densities. Within this setup we identify a robust window in parameter space leading to a smooth and nonsingular cosmological bounce, with bounded density, finite $\dot H>0$ at the bounce, and preservation of the infrared limit where $\Lambda$CDM is recovered. This mechanism provides a natural route to singularity resolution while retaining the empirical successes of standard cosmology. | 我々は、幾何学的アインシュタイン-ヒルベルトセクターはそのまま残し、物質ラグランジアンにエネルギー-運動量トレースの非自明な関数$\phi(T)$で重み付けする修正重力フレームワークを検証する。 $f(R,T)$や$f(R,\mathcal L_m)$理論とは異なり、この構成は、追加の幾何学的自由度を導入することなく、物質が時空を曲げる方法を変化させ、それによって重力の局所的テストと整合する。 物理的には、因子$\phi(T)\mathcal L_m$は、高密度では有効であり、低密度では滑らかに一般相対論に還元される、物質セクターの有効な繰り込みとして解釈できる。 この設定において、我々はパラメータ空間におけるロバストな窓を特定し、それが滑らかで特異でない宇宙論的バウンス、有界密度、バウンスにおける有限の$\dot H>0$、そして$\Lambda$CDMが回復される赤外線極限の保存をもたらす。 このメカニズムは、標準的な宇宙論の実証的成功を維持しながら、特異点解決への自然な道筋を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the dynamics of odd-parity perturbations on a static and spherically symmetric black hole background with a timelike vector field based on the effective field theory (EFT) approach. We derive the quadratic Lagrangian written in terms of two master variables, corresponding to the tensor and vector gravitons, which are coupled in general, while they can be decoupled on a stealth Schwarzschild(-de Sitter) background. For the stealth Schwarzschild background, we find that the quasinormal mode frequencies for both degrees of freedom are obtained from those in general relativity by simple scaling. Nonetheless, due to the fact that the metric perturbation is a non-trivial linear combination of the two degrees of freedom with different QNM spectra, the ringdown gravitational waves may exhibit characteristic modulation that can in principle be a signature of vector-tensor gravity. | 我々は、有効場理論（EFT）アプローチに基づき、時間的ベクトル場を持つ静的かつ球対称なブラックホール背景における奇パリティ摂動のダイナミクスを研究する。 テンソル重力子とベクトル重力子に対応する2つのマスター変数を用いて書かれた2次ラグランジアンを導出する。 これらの重力子は一般には結合しているが、ステルス・シュワルツシルト（-ド・ジッター）背景では分離している可能性がある。 ステルス・シュワルツシルト背景では、両自由度の準基準モード周波数は、一般相対論における周波数から単純なスケーリングによって得られることがわかった。 しかしながら、計量摂動が異なるQNMスペクトルを持つ2つの自由度の非自明な線形結合であるという事実により、リングダウン重力波は、原理的にはベクトル-テンソル重力の特徴となり得る特徴的な変調を示す可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The dynamics of highly magnetized plasmas in extreme astrophysical environments are effectively modeled by Force-Free Electrodynamics (FFE), a framework essential for studying objects like neutron stars and accreting black holes. The inherently nonlinear nature of the FFE equations makes finding exact solutions a challenging task. This paper explores an innovative approach to solving these equations by foliating spacetime into two-dimensional surfaces, specifically tailored to the geometry of electromagnetic fields. The foliation approach exploits the fact that the kernel of the force-free field defines an involutive distribution, naturally lending itself to a geometric decomposition. This method has previously been applied with great success in Kerr and FLRW spacetimes. By extending this formalism, we develop new exact solutions to the FFE equations in several distinct spacetimes, including cases where the metric remains partially undetermined. Additionally, we present a novel class of solutions that smoothly transition between magnetically dominated and electrically dominated regimes over time. Finally, we construct a pair of vacuum degenerate fields in arbitrary axisymmetric spacetimes, further demonstrating the utility of the foliation approach. These results offer a new perspective on the dynamical evolution of electromagnetic fields and their geometric underpinnings in various spacetime geometries, broadening the applicability of the framework for understanding the dynamics of highly magnetized plasmas in general relativistic astrophysical contexts. | 極限天体環境における高磁化プラズマのダイナミクスは、中性子星や降着ブラックホールなどの天体の研究に不可欠な枠組みであるフォースフリー電磁力学（FFE）によって効果的にモデル化されます。 FFE方程式は本質的に非線形であるため、厳密解の探索は困難な作業となります。 本論文では、電磁場の幾何学に特化して時空を2次元面に葉理分割することで、これらの方程式を解く革新的なアプローチを探求します。 葉理分割アプローチは、フォースフリー場の核が対流分布を定義し、それが自然に幾何学的分解に適しているという事実を利用します。 この手法は、これまでカー時空とFLRW時空に適用され、大きな成功を収めてきました。 この形式論を拡張することにより、計量が部分的に未定である場合も含め、いくつかの異なる時空におけるFFE方程式の新たな厳密解を開発します。 さらに、時間経過とともに磁気優勢領域と電気優勢領域の間を滑らかに遷移する新しいクラスの解を提示する。 最後に、任意の軸対称時空における一対の真空縮退場を構築し、葉脈構造アプローチの有用性をさらに実証する。 これらの結果は、様々な時空幾何学における電磁場の動的発展とその幾何学的基盤に関する新たな視点を提供し、一般相対論的天体物理学的文脈における高磁化プラズマのダイナミクスを理解するための枠組みの適用範囲を広げる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We derive the approximate analytical solutions of the bound timelike geodesic orbits in the effective-one-body (EOB) frame with extreme-mass ratio limit. The analytical solutions are expressed in terms of the elliptic integrals using Mino time $\lambda$ as the independent variable. Since Mino time decouples the $r$ and $\theta$-motion, we also give explicit expressions for three orbital frequencies $\Omega_r, ~\Omega_\theta, ~\Omega_\phi$ using the Fourier series expansion. With these analytical expressions at hand, we can perform Fourier expansions in Mino time $\lambda$ for any function expressed in terms of the coordinates $(r,\theta,\phi)$. In particular, the observer's time t is decomposed into Mino time $\lambda$, and the frequency-domain description is constructed from the $\lambda$-Fourier expansion and the expansion of t. These analytical expressions are quite simple to implement, and can be applicable for calculating gravitational waves (GWs) from extreme mass-ratio inspirals (EMRIs) with the frequency-domain Teukolsky equation. | 我々は、極限質量比極限を持つ実効一体座標系（EOB）における、束縛された時間的測地線軌道の近似解析解を導出する。 解析解は、ミノ時間 $\lambda$ を独立変数として楕円積分によって表される。 ミノ時間は $r$ 運動と $\theta$ 運動を切り離すため、フーリエ級数展開を用いて3つの軌道周波数 $\Omega_r, ~\Omega_\theta, ~\Omega_\phi$ の明示的な表現も与える。 これらの解析表現を用いることで、座標 $(r,\theta,\phi)$ で表される任意の関数に対して、ミノ時間 $\lambda$ におけるフーリエ展開を行うことができる。 特に、観測者の時間tは ミノ時間$\lambda$に分解され、周波数領域記述は$\lambda$-フーリエ展開とtの展開から構築されます。 これらの解析的表現は実装が非常に簡単で、周波数領域Teukolsky方程式を用いて極限質量比インスパイラル（EMRI）からの重力波（GW）を計算するのに適用できます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the thermodynamic and observational implications for the charged torus-like black holes, a class of solutions distinct from the classical Schwarzschild black holes. We explicitly derive the fundamental thermodynamic properties, such as heat capacity, P-V diagram, isothermal compressibility, Helmholtz free energy, and Gibbs free energy, under different entropy models. We find that only the exponential corrected entropy demonstrates multiple phase transitions, which we validate with the Ricci Scalar divergence obtained from the Ruppeiner formalism. This indicates that exponential corrected entropy is more sensitive to BH's microstructure as compared to the Hawking-Bekenstein and R\`{e}nyi entropy models. In addition, we study the sparsity and emission rates of Hawking radiation, demonstrating that exponential correction entropy yields more consistent and stable behavior. In our observational analysis, we graphically demonstrate the behavior of redshift, blueshift, and gravitational shift, and identify specific conditions where the photon sphere radius exceeds the innermost stable circular orbit radius, which depends on the values of parameters such as electric charge and cosmological constant. The novel insight of this work is that despite this violation, our computed redshift, blueshift, and gravitational shifts fall within the range of the observational data of NGC 4258 and UGC 3789. | 我々は、古典的なシュワルツシルトブラックホールとは異なる解のクラスである、荷電トーラス型ブラックホールの熱力学的および観測的意味合いを調査する。 異なるエントロピーモデルの下で、熱容量、P-V線図、等温圧縮率、ヘルムホルツ自由エネルギー、ギブス自由エネルギーといった基本的な熱力学的特性を明示的に導出する。 指数補正エントロピーのみが多重相転移を示すことを見出し、ルッパイナー形式論から得られるリッチ・スカラー発散を用いてこれを検証する。 これは、指数補正エントロピーが、ホーキング-ベッケンシュタイン・エントロピーモデルやレニイ・エントロピーモデルと比較して、ブラックホールの微細構造に対してより敏感であることを示している。 さらに、ホーキング放射のスパース性と放出率を研究し、指数補正エントロピーがより一貫性と安定性のある挙動を示すことを示す。 観測解析では、赤方偏移、青方偏移、そして重力シフトの挙動をグラフィカルに示し、光子球半径が最も内側の安定円軌道半径を超える特定の条件を特定しました。 この半径は電荷や宇宙定数などのパラメータの値に依存します。 本研究の新たな知見は、この破れにもかかわらず、計算された赤方偏移、青方偏移、そして重力シフトが、NGC 4258とUGC 3789の観測データの範囲内に収まっていることです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze the Starobinsky inflation model and the impact of curvature corrections, particularly a cubic $R^3$ term, to assess their behavior in light of the latest observational results from the Atacama Cosmology Telescope (ACT). With the recent sixth data release (DR6), the scalar spectral index was measured to be $n_s=0.9743 \pm 0.0034$, which appears to exclude the pure Starobinsky model at approximately the $2\sigma$ level. In this paper, we implement the Starobinsky inflationary potential directly into the CLASS code, without relying on the slow-roll approximation, and we constrain the number of e-folds of inflation $N_k$ using a theoretically motivated range derived from reheating considerations and standard couplings between matter fields and gravity. We show that it is still possible to identify a significant region of parameter space where the Starobinsky model remains highly consistent with the latest observational data. While the pure Starobinsky model remains a compelling candidate for cosmic inflation, we explore how including a cubic $R^3$ term can shift its predictions to better align with the Planck and ACT measurements. | スタロビンスキー・インフレーション模型と、特に3次の$R^3$項をはじめとする曲率補正の影響を解析し、アタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）の最新の観測結果に照らしてその挙動を評価する。 最近の第6回データリリース（DR6）では、スカラースペクトル指数は$n_s=0.9743 \pm 0.0034$と測定され、これは約$2\sigma$レベルで純粋なスタロビンスキー模型を排除すると思われる。 本論文では、スローロール近似に依存せずに、スタロビンスキー・インフレーション・ポテンシャルをCLASSコードに直接実装し、再加熱の考慮と物質場と重力の標準的な結合から導かれる理論的根拠に基づいた範囲を用いて、インフレーションのe倍数の数$N_k$を制限する。 スタロビンスキー模型が最新の観測データと高い整合性を保つパラメータ空間の重要な領域を依然として特定できることを示す。 純粋なスタロビンスキー模型は依然として宇宙インフレーションの有力な候補であるが、3次の$R^3$項を含めることで、その予測がプランクおよびACTの測定値とより一致するようにどのように変化するかを検討する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, the equivalence between two methods for computing winding numbers is established: the approach of $\phi$-mapping topological current and the residue method. The methods are shown to be equivalent when the condition $M'' S' - S'' M' \neq 0$ holds, while deviations appear when this relation fails, signaling subtle connections between mass $M(r_h)$, entropy $S(r_h)$, and topological structure, with $r_h$ being the horizon radius. We first verify this equivalence to Schwarzschild and Reissner-Nordstr"om black holes, recovering known classifications and confirming the consistency of our approach with respect to the validity of the above condition. We then extend the analysis to four-dimensional black strings, regarded as cylindrically symmetric black hole solutions in asymptotically AdS spacetimes. Our results show that both neutral and charged black strings possess the same global topological number, $W = +1$, implying that electric charge does not influence their topological classification. This insensitivity to charge mirrors earlier findings for BTZ black holes in three dimensions, suggesting that it may represent a universal property of cylindrically symmetric black holes in AdS backgrounds. | 本論文では、巻き数を計算する2つの方法、すなわち$\phi$マッピング位相電流法と 剰余法の同等性を確立する。 これらの方法は、条件$M'' S' - S'' M' \neq 0$が成立する場合に同等であることが示される。 一方、この関係が成立しない場合には偏差が生じ、質量$M(r_h)$、エントロピー$S(r_h)$、および位相構造（$r_h$は地平線半径）の間に微妙な関係があることが示される。 まず、シュワルツシルトおよびライスナー・ノルドストロームブラックホールとのこの同値性を検証し、既知の分類を復元し、上記の条件の妥当性に関して我々のアプローチの一貫性を確認する。 次に、漸近的にAdS時空における円筒対称ブラックホール解とみなされる4次元ブラックストリングに解析を拡張する。 我々の結果は、中性ブラックストリングと荷電ブラックストリングの両方が同じグローバルトポロジカル数、$W = +1$を持つことを示しており、これは電荷がそれらのトポロジカル分類に影響を与えないことを意味する。 この電荷不感性は、3次元のBTZブラックホールに関する以前の知見を反映しており、AdS背景における円筒対称ブラックホールの普遍的な性質を表している可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the spectrum of stationary black hole solutions associated with the first non-trivial member of the Dym family of boundary conditions. The analysis combines the holonomy conditions provided by the Chern-Simons formulation of AdS$_3$ gravity with the periodic solutions of the stationary Dym equation. The resulting spacetimes are characterized by two positive real parameters, two positive integers, and a relative phase, generically describing stationary, non-axisymmetric black holes. | 我々は、Dym族境界条件の最初の非自明な要素に関連する定常ブラックホール解のスペクトルを提示する。 この解析は、AdS$_3$重力のチャーン・サイモンズ定式化によって提供されるホロノミー条件と、定常Dym方程式の周期解とを統合する。 結果として得られる時空は、2つの正の実数パラメータ、2つの正の整数、および相対位相によって特徴付けられ、定常で非軸対称なブラックホールを一般的に記述する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The standard $\Lambda$CDM model, based on a highly symmetric FLRW geometry, successfully explains many observations but faces unresolved issues, motivating the exploration of alternative cosmological frameworks. We investigate the influence of spacetime geometry on the matter-antimatter asymmetry of the Universe within the Bianchi IX cosmological model. Motivated by early-universe dynamics, potential contributions to cosmological angular momentum, and the axisymmetric Bianchi IX model's relevance to certain CMB anomalies, we formulate the Dirac field in this background. Starting with a Lagrangian formalism, we derive the Dirac equation and develop the harmonic analysis of spinor fields, extending previous treatments in the Mixmaster universe. We solve the Dirac equations for non-rotating and rotating axisymmetric Bianchi IX spacetimes using a fixed-background approximation. We find that spatial anisotropy induces spin-dependent energy splittings, while global rotation produces particle-antiparticle asymmetries in the energy spectra, effects absent in FLRW models. These results demonstrate that spacetime geometry alone can imprint nontrivial structure on particle spectra, suggesting that geometric effects may contribute to the matter-antimatter asymmetry. | 高度に対称的なFLRW幾何学に基づく標準的な$\Lambda$CDMモデルは、多くの観測結果をうまく説明するが、未解決の問題に直面しており、代替的な宇宙論的枠組みの探求を促している。 我々は、ビアンキIX宇宙論モデルにおいて、時空幾何学が宇宙の物質・反物質非対称性に与える影響を調査する。 初期宇宙のダイナミクス、宇宙論的角運動量への潜在的な寄与、そして軸対称ビアンキIXモデルの特定のCMB異常との関連性に着目し、この背景においてディラック場を定式化する。 ラグランジアン形式論から出発してディラック方程式を導出し、ミックスマスター宇宙におけるこれまでの扱いを拡張し、スピノル場の調和解析を展開する。 我々は、固定背景近似を用いて、回転しない軸対称ビアンキIX時空と回転する軸対称ビアンキIX時空のディラック方程式を解く。 空間異方性はスピン依存のエネルギー分裂を引き起こし、一方、全体回転はエネルギースペクトルにおいて粒子・反粒子非対称性を生み出すことを発見した。 これらの効果はFLRWモデルには存在しない。 これらの結果は、時空の幾何学のみで粒子スペクトルに非自明な構造を刻み込むことができることを示し、幾何学効果が物質・反物質非対称性に寄与する可能性があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that the stochastic background of gravitational wave memory of growing type leads to a fractional Brownian motion increasing at the order of $t^{H}$ for large $t$ where $\frac{1}{2} < H <1$. This beats the scaling law of Brownian motion. In this article we investigate sources of gravitational waves in the early universe as well as in astrophysical settings. Cosmological sources may include primordial black holes or other sources immediately after the Big Bang when there were pockets of hot material, and large density fluctuations. Gravitational waves from mergers of primordial black holes produce memory. We show that due to the conditions in which these are taking place the gravitational wave memory will be increasing in time following a certain power law. Corresponding results hold for any gravitational wave memory from a cosmological source where the surrounding conditions are similar. The stochastic limit of these memories is a stochastic process growing in time faster than the $\sqrt{t}$ scaling law of Brownian motion. The latter is also typical for noise and for the limit of memory events as they have been mostly considered in the literature. In an expanding universe, the memory is enhanced by the expansion itself. Our results provide a tool to extract gravitational wave sources of this type from data using this memory signature. This would be particularly useful for the PTA data that has been already observed, answering the long-standing question on how to extract memory signals from the data. Further, the new results open up a new door to explore the conditions right after the Big Bang using the long-range dependence and further probability analysis. | 我々は、成長型重力波メモリの確率的背景が、$\frac{1}{2} < H <1$ となる大きな $t$ に対して、$t^{H}$ のオーダーで増加する分数ブラウン運動をもたらすことを示す。 これはブラウン運動のスケーリング則に反する。 本稿では、初期宇宙および天体物理学的状況における重力波の発生源を調査する。 宇宙論的発生源には、原始ブラックホールや、高温物質のポケットと大きな密度揺らぎが存在していたビッグバン直後のその他の発生源が含まれる。 原始ブラックホールの合体からの重力波はメモリを生成する。 これらが発生する条件により、重力波メモリは特定のべき乗則に従って時間とともに増加することを示す。 対応する結果は、周囲の条件が類似している宇宙論的発生源からのあらゆる重力波メモリに当てはまる。 これらの記憶の確率的極限は、ブラウン運動の$\sqrt{t}$スケーリング則よりも時間とともに増大する確率過程です。 後者は、文献で主に考察されてきたノイズや記憶イベントの極限にも典型的に当てはまります。 膨張宇宙では、記憶は膨張自体によって強化されます。 我々の研究結果は、この記憶の特徴を用いてデータからこの種の重力波源を抽出するためのツールを提供します。 これは、既に観測されているPTAデータに特に有用であり、データから記憶信号をどのように抽出するかという長年の疑問に答えるものです。 さらに、この新たな結果は、長距離依存性とさらなる確率解析を用いてビッグバン直後の状況を探求するための新たな扉を開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We perform a long-duration Bayesian analysis of gravitational-wave data to constrain the near-horizon geometry of black holes formed in binary mergers. Deviations from the Kerr geometry are parameterized by replacing the horizon's absorbing boundary with a reflective surface at a fractional distance epsilon. This modification produces long-lived monochromatic quasinormal modes that can be probed through extended integration times. Building on previous work that set a bound of log10(epsilon) = -23.5 for GW150914, we reproduce and validate those results and extend the analysis to additional events from the LIGO-Virgo-KAGRA observing runs. By combining posterior samples from multiple detections, we construct a joint posterior yielding a tightened 90 percent upper bound of log10(epsilon) < -27.12, demonstrating the statistical power of population-level inference through cumulative evidence. Finally, analyzing the newly observed high signal-to-noise ratio event GW250114 from the O4b run, we obtain the most stringent single-event constraint to date, log10(epsilon) < -29.58 (90 percent credible region). Our findings provide the strongest observational support to date for the Kerr geometry as the correct description of post-merger black holes, with no detectable horizon-scale deviations. | 我々は、重力波データの長期ベイズ解析を行い、連星合体で形成されたブラックホールの地平線近傍の幾何学的形状を制限する。 カー幾何学からの偏差は、地平線の吸収境界を分数距離イプシロンの反射面に置き換えることでパラメータ化される。 この変更により、積分時間を延長することで調べることができる長寿命の単色準正規モードが生成される。 GW150914に対してlog10(イプシロン) = -23.5という上限を設定した先行研究に基づき、我々はそれらの結果を再現・検証し、LIGO-Virgo-KAGRA観測ランから得られた他のイベントにも解析を拡張する。 複数の検出からの事後分布サンプルを組み合わせることで、log10(イプシロン) < -27.12という90%上限を狭める結合事後分布を構築し、累積的な証拠に基づく集団レベルの推論の統計的検出力を実証する。 最後に、O4b実験で新たに観測された高信号対雑音比イベントGW250114を解析した結果、 これまでで最も厳しい単一イベントの制約、log10(ε) < -29.58（90%信頼領域）が得られました。 この結果は、地平線スケールの偏差が検出されず、カー幾何が合体後ブラックホールの正しい記述であるという、これまでで最も強力な観測的裏付けとなります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The black hole shadow, a direct probe of the event horizon's gravitational influence, has been observationally confirmed by the Event Horizon Telescope (EHT). While theoretical models of shadows in vacuum are mature, real astrophysical black holes like M87* and Sgr A* are enveloped in plasma, which can alter photon trajectories through dispersion. Current understanding, based on foundational work, indicates that only specific plasma distributions allow for an analytical treatment via the separation of the Hamilton-Jacobi equation. In this work, we build upon this framework to systematically investigate the propagation of light rays in Kerr spacetime surrounded by a pressureless, non-magnetized cold plasma. We explicitly derive the separability condition, identifying the exact class of plasma densities that permit a generalized Carter constant. For these models, we compute the photon regions and shadow boundaries, characterizing how the shadow's size and shape deviate from the vacuum case in a frequency-dependent manner. Our results provide analytical benchmarks for the distortion of shadows in dispersive media and determine the critical plasma frequency beyond which the shadow is erased, offering a direct link between observable shadow features and the properties of the ambient plasma environment and providing a foundation for studying more dynamic, non-separable plasma distributions. | ブラックホールシャドウは、事象の地平線の重力の影響を直接的に調べるものであり、イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）によって観測的に確認されました。 真空中のシャドウの理論モデルは成熟していますが、M87*やSgr A*のような現実の天体ブラックホールはプラズマに包まれており、分散によって光子の軌道を変える可能性があります。 基礎研究に基づく現在の理解は、特定のプラズマ分布のみがハミルトン・ヤコビ方程式の分離による解析的取り扱いを可能にすることを示しています。 本研究では、この枠組みを基に、圧力がなく磁化されていない冷たいプラズマに囲まれたカー時空における光線の伝播を体系的に調査します。 分離可能性条件を明示的に導出し、一般化されたカーター定数を許容するプラズマ密度の正確なクラスを特定します。 これらのモデルでは、光子領域と影の境界を計算し、周波数に依存して影の大きさと形状が真空の場合からどのように変化するかを特徴づけます。 私たちの結果は、分散媒質における影の歪みの解析的ベンチマークを提供し、影が消失する臨界プラズマ周波数を決定します。 これにより、観測可能な影の特徴と周囲のプラズマ環境の特性との直接的な関連性が示され、より動的で分離不可能なプラズマ分布を研究するための基礎が提供されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The advent of high-precision cosmological observations has challenged many traditional inflationary models. Data from $Planck$ 2018 along with the BICEP/$Keck$ 2018 result have already ruled out most of the established models by placing tight constraints on the tensor-to-scalar ratio $r$. Upcoming missions like LiteBIRD & CMB-S4 are expected to impose an even more stringent bound on $r$ , potentially excluding further models from the viable landscape. In this evolving observational context, modified gravity theories offer a promising way to reconcile inflationary models with data. In this work, we explore several inflationary models, namely mutated hilltop inflation, D-brane inflation, and Woods-Saxon inflation, within the framework of $f(R, T)$ gravity. The cosmological observable parameters, viz. scalar spectral tilt $n_s$, tensor-to-scalar ratio $r$, and running of scalar spectral index $n_{sk}$ are estimated for the three models, and their trajectories are plotted in the $n_s-r$ plane. The model results are evaluated in light of the $Planck$, BICEP/$Keck$, DESI DR2, and ACT DR6 data. We observe that for a certain model parameter space, these potentials are viable within the current observational bounds. | 高精度宇宙観測の出現は、多くの伝統的なインフレーションモデルに挑戦状を叩きつけている。 2018年のプランク計画のデータと2018年のBICEP/Keck計画の結果は、テンソル対スカラー比rに厳しい制約を課すことで、既に確立されたモデルのほとんどを否定している。 LiteBIRDやCMB-S4といった今後のミッションは、rにさらに厳しい制約を課すことが予想されており、実現可能な領域から更なるモデルを排除する可能性がある。 このように進化する観測的背景において、修正重力理論は、インフレーションモデルとデータを調和させる有望な方法を提供する。 本研究では、f(R, T)重力の枠組みの中で、いくつかのインフレーションモデル、すなわち変異ヒルトップインフレーション、Dブレーンインフレーション、ウッズ・サクソンインフレーションを探求する。 宇宙論的観測パラメータ、すなわち、 3つのモデルについて、スカラースペクトルの傾き$n_s$、テンソル対スカラー比$r$、およびスカラースペクトル指数のランニング$n_{sk}$が推定され、それらの軌跡が$n_s-r$平面にプロットされている。 モデルの結果は、$Planck$、 BICEP/$Keck$、DESI DR2、およびACT DR6のデータに基づいて評価されている。 特定のモデルパラメータ空間において、これらのポテンシャルは現在の観測範囲内で実行可能であることが観察される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We first streamline the construction of the unique six-dimensional conformal gravity action found by L\"u, Pang and Pope, that admits Einstein metrics as solutions to the field equations. We then prove that there exists a unique eight-dimensional conformal gravity action that admits Einstein metrics as solutions to the field equations, and explicitly build the corresponding action. Finally, we relate these results to Branson's Q-curvature and the Fefferman-Graham obstruction tensor, to conclude that on every even-dimensional space there exists a unique -- up to boundary terms -- conformally-invariant gravity theory that is extremised by Einstein metrics. | まず、L\"u、Pang、Popeによって発見された、場の方程式の解としてアインシュタイン計量を許容する唯一の6次元共形重力作用の構成を効率化する。 次に、場の方程式の解としてアインシュタイン計量を許容する唯一の8次元共形重力作用が存在することを証明し、対応する作用を明示的に構築する。 最後に、これらの結果をブランソンのQ曲率とフェファーマン-グラハムの障害テンソルに関連付け、すべての偶数次元空間において、境界項を除いてアインシュタイン計量によって極限化された唯一の共形不変重力理論が存在することを結論付ける。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a novel mechanism where a first-order phase transition modulates the decay rate of a massive field. This modulation, even if the scalar field has negligible energy density, subsequently generates an observable stochastic gravitational-wave background. The stochastic nature of bubble nucleation leads to the asynchrony of phase transitions, generating superhorizon-scale density perturbations through spatial variations in the decay rate $\Gamma$. These perturbations subsequently source second-order gravitational waves with peak amplitudes governed by the phase transition parameter \(\beta/H_*\) and decay rate $\Gamma$. We apply this mechanism in the reheating scanario where the decay rate of inflaton are modulated by the scalar field that undergoes a first-order phase transition. Numerical calculations reveal that the gravitational wave energy spectrum typically reaches \(\Omega_{\text{GW}} \sim 10^{-10}\), demonstrating prospects for detection by space-based interferometers like LISA, TianQin and Taiji. This work establishes a new approach to probe phase transition processes in the early Universe without requiring significant vacuum energy release. | 我々は、一次相転移が質量を持つ場の崩壊率を変調する新しいメカニズムを提案する。 この変調は、スカラー場のエネルギー密度が無視できる場合でも、観測可能な確率論的な重力波背景を生成する。 バブル核形成の確率論的性質は、相転移の非同期性をもたらし、崩壊率$\Gamma$の空間的変化を通じて、地平線超規模の密度擾乱を生成する。 これらの擾乱は、その後、相転移パラメータ\(\beta/H_*\)と崩壊率$\Gamma$によって支配されるピーク振幅を持つ二次重力波を発生させる。 我々はこのメカニズムを、インフレーションの崩壊率が一次相転移を起こすスカラー場によって変調される再加熱シナリオに適用する。 数値計算により、重力波のエネルギースペクトルは典型的には\(\Omega_{\text{GW}} \sim 10^{-10}\)に達することが明らかになり、LISA、TianQin、Taijiなどの宇宙干渉計による検出の可能性が示唆されました。 本研究は、真空からの大幅なエネルギー放出を必要とせずに、初期宇宙における相転移過程を調べるための新たなアプローチを確立しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black holes (BHs) with masses between $\sim 3-5M_{\odot}$, produced by a binary neutron star (BNS) merger, can further pair up with a neutron star or BH and merge again within a Hubble time. However, the astrophysical environments in which this can happen and the rate of such mergers are open questions in astrophysics. Gravitational waves may play an important role in answering these questions. In this context, we discuss the possibility that the primary of the recent LIGO-Virgo-KAGRA binary GW230529_181500 (GW230529, in short) is the product of a previous BNS merger. Invoking numerical relativity (NR)-based fitting formulas that map the binary constituents' masses and tidal deformabilities to the mass, spin, and kick velocity of the remnant BH, we investigate the potential parents of GW230529's primary. Our calculations using NR fits based on BNS simulations reveal that the remnant of a high-mass BNS merger similar to GW190425 is consistent with the primary of GW230529. This argument is further strengthened by the gravitational wave-based merger rate estimation of GW190425-like and GW230529-like populations. We show that around 18% (median) of the GW190425-like remnants could become the primary component in GW230529-like mergers. The dimensionless tidal deformability parameter of the heavier neutron star in the parent binary is constrained to $67^{+163}_{-61}$ at 90% credibility. Using estimates of the gravitational-wave kick imparted to the remnant, we also discuss the astrophysical environments in which these types of mergers can take place and the implications for their future observations. | 質量が$\sim 3-5M_{\odot}$のブラックホール（BH）は、中性子星連星（BNS）の合体によって生成され、さらに中性子星またはブラックホールと対を形成し、ハッブル時間内に再び合体する可能性があります。 しかし、このような合体が起こり得る天体物理学的環境や、そのような合体の速度は、天体物理学において未解決の問題です。 重力波は、これらの疑問を解明する上で重要な役割を果たす可能性があります。 この文脈において、我々は最近のLIGO-Virgo-KAGRA連星GW230529_181500（略してGW230529）の主星が、以前のBNS合体の産物である可能性について議論します。 数値相対論（NR）に基づくフィッティング式を用いて、連星系構成銀河の質量と潮汐変形能を、残余BHの質量、自転速度、およびキック速度にマッピングし、GW230529の主銀河の潜在的な親銀河を調査した。 BNSシミュレーションに基づくNRフィッティングを用いた計算により、GW190425に類似した高質量BNS合体の残骸が、GW230529の主銀河と整合することが明らかになった。 この主張は、重力波に基づくGW190425類似銀河とGW230529類似銀河の合体率推定によってさらに強化された。 GW190425類似銀河の残骸の約18%（中央値）が、GW230529類似合体の主銀河となる可能性があることを示した。 親連星の重い中性子星の無次元潮汐変形パラメータは、90%の信頼度で $67^{+163}_{-61}$ に制限されます。 残骸に与えられた重力波キックの推定値を用いて、このようなタイプの合体が起こり得る天体物理学的環境と、将来の観測への影響についても議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Neutron stars (NSs) probe the high-density regime of the nuclear equation of state (EOS). However, inferring the EOS from observations of NSs is a computationally challenging task. In this work, we efficiently solve this inverse problem by leveraging differential programming in two ways. First, we enable full Bayesian inference in under one hour of wall time on a GPU by using gradient-based samplers, without requiring pre-trained machine learning emulators. Moreover, we demonstrate efficient scaling to high-dimensional parameter spaces. Second, we introduce a novel gradient-based optimization scheme that recovers the EOS of a given NS mass-radius curve. We demonstrate how our framework can reveal consistencies or tensions between nuclear physics and astrophysics. First, we show how the breakdown density of a metamodel description of the EOS can be determined from NS observations. Second, we demonstrate how degeneracies in EOS modeling using nuclear empirical parameters can influence the inverse problem during gradient-based optimization. Looking ahead, our approach opens up new theoretical studies of the relation between NS properties and the EOS, while effectively tackling the data analysis challenges brought by future detectors. | 中性子星（NS）は、原子核状態方程式（EOS）の高密度領域を探査する。 しかし、NSの観測からEOSを推定することは、計算的に困難な作業である。 本研究では、微分計画法を2つの方法で活用することで、この逆問題を効率的に解決する。 まず、勾配ベースサンプラーを用いることで、事前学習済みの機械学習エミュレータを必要とせずに、GPU上で1時間未満のウォールタイムで完全なベイズ推論を可能にする。 さらに、高次元パラメータ空間への効率的なスケーリングを示す。 次に、与えられたNS質量半径曲線のEOSを復元する、新しい勾配ベース最適化スキームを導入する。 本フレームワークが、原子核物理学と天体物理学の間の整合性や緊張関係をどのように明らかにできるかを示す。 まず、EOSのメタモデル記述のブレークダウン密度をNS観測からどのように決定できるかを示す。 第二に、核経験的パラメータを用いたEOSモデリングにおける縮退が、勾配に基づく最適化における逆問題にどのように影響するかを示します。 今後、私たちのアプローチは、NS特性とEOSの関係に関する新たな理論的研究を切り開き、将来の検出器によってもたらされるデータ解析の課題に効果的に対処します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The gravitational waves emitted by binary neutron star inspirals contain information on nuclear matter above saturation density. However, extracting this information and conducting parameter estimation remains a computationally challenging and expensive task. Wong et al. introduced Jim arXiv:2302.05333, a parameter estimation pipeline that combines relative binning and jax features such as hardware acceleration and automatic differentiation into a normalizing flow-enhanced sampler for gravitational waves from binary black hole (BBH) mergers. In this work, we extend the Jim framework to analyze gravitational wave signals from binary neutron stars (BNS) mergers with tidal effects included. We demonstrate that Jim can be used for full Bayesian parameter estimation of gravitational waves from BNS mergers within a few tens of minutes, which includes the training of the normalizing flow and computing the reference parameters for relative binning. For instance, Jim can analyze GW170817 in 26 minutes (33 minutes) of total wall time using the TaylorF2 (IMRPhenomD_NRTidalv2) waveform, and GW190425 in around 21 minutes for both waveforms. We highlight the importance of such an efficient parameter estimation pipeline for several science cases as well as its ecologically friendly implementation of gravitational wave parameter estimation. | 連星中性子星のインスパイラルによって放出される重力波には、飽和密度を超える核物質に関する情報が含まれています。 しかし、この情報を抽出し、パラメータ推定を行うことは、依然として計算的に困難でコストのかかる作業です。 Wongらは、相対ビニングとJAXのハードウェアアクセラレーションや自動微分などの機能を、連星ブラックホール（BBH）合体からの重力波の正規化フロー強化サンプラーに統合したパラメータ推定パイプラインであるJim arXiv:2302.05333を発表しました。 本研究では、Jimフレームワークを拡張し、潮汐効果を考慮した連星中性子星（BNS）合体からの重力波信号を解析します。 Jimを使用することで、正規化フローのトレーニングと相対ビニングの参照パラメータの計算を含め、BNS合体からの重力波の完全なベイズパラメータ推定を数十分以内に実行できることを実証します。 例えば、ジムはTaylorF2波形（IMRPhenomD_NRTidalv2）を用いて、GW170817を26分（合計33分）で解析し、GW190425を両方の波形で約21分で解析できます。 私たちは、このような効率的なパラメータ推定パイプラインが、いくつかの科学的ケースにおいて重要であること、そして重力波パラメータ推定を環境に優しい方法で実装していることを強調します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational-wave (GW) observations of binary black-hole (BBH) coalescences are expected to address outstanding questions in astrophysics, cosmology, and fundamental physics. Realizing the full discovery potential of upcoming LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) observing runs and new ground-based facilities hinges on accurate waveform models. Using linear-signal approximation methods and Bayesian analysis, we start to assess our readiness for what lies ahead using two state-of-the-art quasi-circular, spin-precessing models: \texttt{SEOBNRv5PHM} and \texttt{IMRPhenomXPHM}. We ascertain that current waveforms can accurately recover the distribution of masses in the LVK astrophysical population, but not spins. We find that systematic biases increase with detector-frame total mass, binary asymmetry, and spin-precession, with most such binaries incurring parameter biases, extending up to redshifts $\sim3$ in future detectors. Furthermore, we examine three ``golden'' events characterized by large mass ratios, significant spin magnitudes, and high precession, evaluating how systematic biases may affect their scientific outcomes. Our findings reveal that current waveforms fail to enable the unbiased measurement of the Hubble-Lema\^itre parameter from loud signals, even for current detectors. Moreover, highly asymmetric systems within the lower BH mass-gap exhibit biased measurements of the secondary-companion mass, which impacts the physics of both neutron stars and formation channels. Similarly, we deduce that the primary mass of massive binaries ($ > 60 M_\odot$) will also be biased, affecting supernova physics. Future progress in analytical calculations and numerical-relativity simulations, crucial for calibrating the models, must target regions of the parameter space with significant biases to develop more accurate models. Only then can precision GW astronomy fulfill the promise it holds. | 連星ブラックホール（BBH）合体の重力波（GW）観測は、 天体物理学、宇宙論、そして基礎物理学における未解決の課題を解決することが期待されています。 今後のLIGO-Virgo-KAGRA（LVK）観測と地上の新施設の潜在的発見能力を最大限に引き出すには、 正確な波形モデルが不可欠です。 線形信号近似法とベイズ解析を用いて、 最先端の準円形スピン・プリセッション・モデル2つ、 \texttt{SEOBNRv5PHM}と\texttt{IMRPhenomXPHM}を用いて、今後の課題への準備状況を評価し始めます。 現在の波形は、LVK天体集団の質量分布を正確に再現できますが、 スピン分布は再現できないことが分かりました。 系統的バイアスは、検出器フレームの全質量、連星の非対称性、およびスピン歳差運動とともに増加し、そのような連星のほとんどはパラメータバイアスを生じ、将来の検出器では赤方偏移$\sim3$まで及ぶことがわかった。 さらに、大きな質量比、大きなスピンの大きさ、および高い歳差運動を特徴とする3つの「ゴールデン」イベントを検証し、系統的バイアスが科学的成果にどのように影響するかを評価する。 私たちの研究結果は、現在の波形では、たとえ現在の検出器であっても、大きな信号からハッブル・レメートル・パラメータをバイアスなく測定することができないことを明らかにした。 さらに、低いBH質量ギャップ内の高度に非対称な系は、二次伴星質量の測定にバイアスを示し、これは中性子星と形成経路の両方の物理に影響を与える。 同様に、大質量連星（$ > 60 M_\odot$）の主質量もバイアスを受け、超新星物理に影響を与えると推測される。 モデルの較正に不可欠な解析計算と数値相対論シミュレーションの今後の進歩は、 パラメータ空間の大きなバイアスを持つ領域をターゲットにし、より正確なモデルを開発する必要がある。 そうして初めて、精密重力波天文学はその期待に応えることができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the ``complexity equals anything" proposal with codimension-one and codimension-zero gravitational observables for multi-horizon black holes, using the Bardeen-AdS class black hole as an example. In particular, we compare the results with the ``complexity equals volume" (CV) proposal and find that the ``complexity equals anything" ($\mathcal{C}_{\text{gen}}$) enables the probing of a more complete black hole interior, that is, all spacetime regions where the blackening factor $f(r)<0$. This is the advantage brought by the flexibility of this holographic complexity conjecture. In addition, we compute the complexity derived from various geometric quantities and show that these constructions can effectively differentiate the distinct interior regions of the black hole. | 我々は、バーディーン-AdSクラスのブラックホールを例に、多地平ブラックホールの余次元1および余次元0の重力観測量を用いて、「複雑度は何でも等しい」という提案を検証する。 特に、その結果を「複雑度は体積に等しい」(CV)提案と比較し、「複雑度は何でも等しい」($\mathcal{C}_{\text{gen}}$) は、より完全なブラックホール内部、すなわちブラックニング因子$f(r)<0$となるすべての時空領域を調査することを可能にすることを示した。 これは、このホログラフィック複雑度予想の柔軟性によってもたらされる利点である。 さらに、様々な幾何学的量から導かれる複雑度を計算し、これらの構成がブラックホールの異なる内部領域を効果的に区別できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this study, the cosmological implications of nonminimally coupled $f(Q)$ gravity are examined within the metric-affine formalism, in which the nonmetricity scalar $Q$ couples directly to the matter Lagrangian. Within the symmetric teleparallel framework, a representative $f(Q)$ model is constructed, and the corresponding background cosmological equations are derived. The analysis aims to test whether this geometric formulation yields more consistent realizations of nonminimal matter-geometry couplings. A comprehensive statistical MCMC analysis is performed using cosmic chronometers, DESI BAO DR2, and Type Ia supernovae from the Pantheon+, DESY5, and Union3 samples. To complement the statistical study, we employ machine learning methods, such as linear regression, support vector regression (SVR), and random forest algorithms, to evaluate the predictive performance and robustness of the data. The results indicate that a partial alleviation of the $H_0$ tension can be achieved for a broad range of parameter choices. Nonetheless, $f(Q)$ gravity emerges as a promising and flexible framework for late-time cosmology, motivating further exploration of extended models consistent with all observations. | 本研究では、非最小結合重力$f(Q)$の宇宙論的意味を、非計量性スカラー$Q$が物質ラグランジアンと直接結合する計量-アフィン形式論を用いて検証する。 対称テレパラレル枠組みにおいて、代表的な$f(Q)$モデルを構築し、対応する背景宇宙論方程式を導出する。 本解析は、この幾何学的定式化が非最小物質-幾何学結合のより一貫した実現をもたらすかどうかを検証することを目的とする。 宇宙クロノメーター、DESI BAO DR2、およびPantheon+、DESY5、Union3サンプルのIa型超新星を用いて、包括的な統計的MCMC解析を行う。 統計的研究を補完するために、線形回帰、サポートベクター回帰（SVR）、ランダムフォレストアルゴリズムなどの機械学習手法を用いて、データの予測性能と堅牢性を評価する。 結果は、幅広いパラメータ選択において、$H_0$張力の部分的な緩和が達成可能であることを示している。 それにもかかわらず、$f(Q)$重力は、後期宇宙論のための有望かつ柔軟な枠組みとして浮上し、すべての観測結果と整合する拡張モデルのさらなる探究を促すものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We discuss the Generalized Uncertainty Principle and the Extended Uncertainty Principle in the context of black hole solutions coming from non-local theories of gravity, focusing, specifically, on Infinite Derivative Gravity. We argue that these modifications of the Heisenberg Uncertainty Principle are effective descriptions arising from the non-local features of gravitational interaction. By comparing the predictions of both the modified uncertainty principles and non-local gravity, we find theoretical constraints on otherwise free parameters as well as universal laws for black hole physics beyond General Relativity. | 我々は、一般化不確定性原理と拡張不確定性原理について、非局所重力理論から導かれるブラックホール解の文脈において議論する。 特に無限微分重力理論に焦点を当てる。 ハイゼンベルクの不確定性原理のこれらの修正は、重力相互作用の非局所的特徴から生じる効果的な記述であると主張する。 修正された不確定性原理と非局所重力理論の両方の予測を比較することにより、本来は自由なパラメータに対する理論的制約と、一般相対論を超えたブラックホール物理学の普遍法則を見出す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper explores the application of Newton-Cartan geometry to the kinetic theory of gases that includes non-relativistic gravitational effects and the principle of general covariance. Starting with an introduction to the basics of Newton-Cartan geometry, we examine the motion of point particles within this framework, leading to a detailed analysis of kinetic theory and the derivation of conservation equations. The equilibrium distribution function is explored, and the example of a rotating gas in a gravitational field is discussed. Further, we develop covariant hydrodynamic equations and extend our analysis through a gradient expansion approach to assess first-order constitutive relations for rotating gases. Finally, we address the frame-dependence paradox, presenting a novel resolution that addresses apparent discrepancies. Our construction resolves a fifty-year-old debate about the frame-indifferent formulation of kinetic theory. The resolution is presented in a modern, symmetry-based approach. | 本論文では、非相対論的重力効果と一般共変性原理を含む気体運動論へのニュートン・カルタン幾何学の適用について考察する。 ニュートン・カルタン幾何学の基礎を紹介した後、この枠組みにおける点粒子の運動を考察し、運動論の詳細な分析と保存方程式の導出へと導く。 平衡分布関数を検討し、重力場中の回転気体の例について考察する。 さらに、共変流体力学方程式を展開し、勾配展開アプローチを用いて解析を拡張し、回転気体の一次構成関係を評価する。 最後に、座標系依存パラドックスを取り上げ、一見矛盾する点を解消する新たな解決策を提示する。 この構築は、運動論の座標系無差別定式化に関する50年にわたる議論に決着をつけるものである。 解決策は、現代的な対称性に基づくアプローチで提示されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the interior of AdS black holes under finite shear strain in a class of holographic axion models, which are widely used to describe strongly-coupled systems with broken translations. We demonstrate that the shear anisotropy necessarily eliminates the inner Cauchy horizon, such that the deformed black hole approaches a space like singularity. The anisotropic effect induced by the axion fields triggers a collapse of the Einstein-Rosen bridge at the would-be Cauchy horizon, accompanied by a rapid change in the anisotropy of the spatial geometry. In addition, for a power-law axion potential, sufficiently large shear deformations give rise to a domain wall solution that includes a Lifshitz like scaling geometry near the boundary as well as a near horizon Kasner epoch with the Kasner exponents determined by the powers of the potential. Finally, we find that the interior dynamics of black holes generally enter an era described by an anisotropic Kasner universe at later interior time. Depending on the form of the potential, they either tend to stable Kasner universes, or exhibit an endless alternation of different Kasner epochs toward the singularity. | 我々は、並進運動が破れた強結合系を記述するために広く用いられているホログラフィック・アクシオン模型の一種において、有限のせん断ひずみを受けるAdSブラックホールの内部を調べる。 せん断異方性は必然的に内部コーシー地平線を消滅させ、変形したブラックホールが空間的な特異点に近づくことを示す。 アクシオン場によって誘起される異方性効果は、コーシー地平線となるべき地点でアインシュタイン・ローゼン橋の崩壊を引き起こし、空間幾何学の異方性の急激な変化を伴う。 さらに、べき乗則のアクシオンポテンシャルの場合、十分に大きなせん断変形は、境界近傍のリフシッツ型スケーリング幾何学と、ポテンシャルのべき乗によって決定されるカスナー指数を持つ近地平線カスナー期を含むドメインウォール解を生じる。 最後に、ブラックホールの内部ダイナミクスは、一般的に、内部時間の後半に異方性カスナー宇宙によって記述される時代に入ることを発見した。 ポテンシャルの形状に応じて、ブラックホールは安定なカスナー宇宙に向かうか、特異点に向かって異なるカスナー時代が無限に交互に現れるかのいずれかを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We consider Einstein gravity minimally coupled to two Maxwell fields and one (real) dilaton scalar. We study the electrically-charged spherically-symmetric and static solutions that are asymptotic to Minkowski spacetime. General solutions are described by four independent parameters: mass $M$, two electric charges $(Q_1,Q_2)$ and the scalar charge $\Sigma$. For black holes, the scalar charge is not independent, but a function of $(M,Q_1,Q_2)$. We provide a set of formulae relating the mass to the charges, which allows us to determine $\Sigma(M,Q_1,Q_2)$ without having to solve the black hole equations. Our results confirm the weaker version of the no-hair theorem conjecture involving one real scalar: it can be turned on in a black hole, but it does not have a continuous independent hairy parameter. | 我々は、2つのマクスウェル場と1つの（実）ディラトンスカラーに最小限に結合したアインシュタイン重力を考える。 ミンコフスキー時空に漸近する、電荷を持つ球対称かつ静的な解を解析する。 一般解は、4つの独立したパラメータ、すなわち質量$M$、2つの電荷$(Q_1,Q_2)$、スカラー電荷$\Sigma$で記述される。 ブラックホールの場合、スカラー電荷は独立ではなく、$(M,Q_1,Q_2)$の関数となる。 我々は、質量と電荷を関連付ける一連の公式を提示し、ブラックホール方程式を解くことなく$\Sigma(M,Q_1,Q_2)$を決定できるようにする。 我々の結果は、1つの実スカラーを含むノーヘア定理予想の弱いバージョンを裏付けるものである。 すなわち、ノーヘア定理はブラックホール内でオンになり得るが、連続した独立したヘアパラメータを持たない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
We consider self-gravitating stationary configurations of a charged massive
complex Proca field, also known as charged Proca stars, in the particular case
of spherical symmetry. We first present a general 3+1 decomposition of the
Einstein--Maxwell--Proca system, starting from the action and field equations.
We then restrict our system to the case of spherical symmetry and, after
imposing a harmonic time dependence ansatz for the Proca field, we construct
families of charged Proca stars for different values of the charge parameter
$q$, and different values of the central Proca scalar potential $\varphi$. In a
similar way to the case of scalar boson stars, one can define a critical charge
$q=q_c$ that corresponds to the value for which the Coulomb repulsion of the
charged Proca field exactly cancels their newtonian gravitational attraction.
We find that supercritical solutions can exist for a limited range of charges
above the critical value $q>q_c$. We also consider the binding energy $E_B$ for
the different families of solutions, and find that gravitationally bound
solutions such that $E_B<0$ can only exist for subcritical charges such that
$q| 球対称性の特定のケースにおいて、荷電質量のある複素Proca場（荷電Proca星としても知られる）の自己重力定常配置を考察する。 まず、作用方程式と場の方程式から出発して、アインシュタイン-マクスウェル-Proca系の一般的な3+1分解を示す。 次に、系を球対称性の場合に限定し、Proca場に調和時間依存性の仮説を課した後、異なる荷電パラメータ$q$の値と中心Procaスカラーポテンシャル$\varphi$の値を持つ荷電Proca星の族を構築する。 スカラーボソン星の場合と同様に、荷電Proca場のクーロン反発がニュートン重力引力を正確に打ち消す値に対応する臨界荷電$q=q_c$を定義することができる。 臨界値$q>q_c$を超える限られた電荷範囲において、超臨界解が存在する可能性があることがわかった。 また、様々な解の族について結合エネルギー$E_B$を考慮し、重力的に束縛された解、例えば$E_B<0$は、臨界未満の電荷、例えば$q | |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this paper, we apply numerical backward ray-tracing to study the observational appearance of Kerr-Taub-NUT (KTN) black holes illuminated by thin accretion disk flows. We obtained the inner shadow, redshift characteristics, and intensity distribution of thin-disk images of the KTN black hole, as observed by a common observer located at different positions. The results show that increasing the spin parameter progressively deforms the critical curve into a "D" shape while simultaneously shrinking and distorting the inner shadow. More importantly, for n = 0.3 at theta_o = 80 degrees, the inner shadow develops a novel "duck-cap-like" morphology with a sharply protruding lower-right edge beyond the critical curve. We term this feature the "extended inner shadow", a structure distinct from the Kerr case. Unlike the standard inner shadow, it consists partly of photons absorbed by the horizon and partly of photons that avoid both absorption and crossing the disk plane, thus receiving no emission. Such deviations from Kerr predictions could be tested by future high-precision astronomical observations, potentially offering new evidence for the existence of NUT charge (or the gravitomagnetic monopole) in black holes. | 本論文では、数値逆光線追跡法を用いて、薄い降着円盤流によって照らされたKerr-Taub-NUT（KTN）ブラックホールの観測的外観を研究する。 異なる位置に配置された共通観測者によって観測されたKTNブラックホールの薄い円盤像の内側の影、赤方偏移特性、および強度分布を求めた。 結果は、スピンパラメータの増加に伴い、臨界曲線が徐々に「D」字型に変形し、同時に内側の影が縮小・歪むことを示した。 さらに重要な点として、θ_o = 80度でn = 0.3の場合、内側の影は臨界曲線を超えて右下端が鋭く突出した、新しい「アヒルの帽子のような」形態を呈する。 この特徴を「拡張内側の影」と呼び、Kerrの場合とは異なる構造とする。 標準的な内側の影とは異なり、内側の影は、地平線に吸収された光子と、吸収と円盤面の横断の両方を回避し、放射を受けない光子から構成されています。 カーの予測からのこのような逸脱は、将来の高精度天文観測によって検証され、ブラックホールにおけるNUT電荷（または重力磁気単極子）の存在を示す新たな証拠となる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a conservative approach to the black hole singularity problem that remains within the framework of classical General Relativity (GR) supplemented by semiclassical quantum field theory (QFT). Our construction replaces the singular interior of a black hole with a null characteristic hypersurface that carries the exterior ADM data. The excised singular interior is replaced by a conformally flat bubble manifold. We assume the characteristic data on $\Sigma$ are shear-quiet (vanishing Bondi news and shear to leading order) so that the initial development is conformally flat (Weyl = 0) over an early epoch. We further posit that the ingoing Hawking radiation flux provides statistically isotropic initial conditions on the bubble boundary, seeding a nearly FLRW-like epoch without first undergoing exponential inflation. The overall framework is consistent with the generalized second law of thermodynamics and offers a possible resolution of the singularity problem without invoking a full theory of quantum gravity. | 我々は、ブラックホール特異点問題に対する保守的なアプローチを提示する。 これは、半古典的一般相対論（GR）の枠組みにとどまり、半古典的量子場の理論（QFT）によって補完される。 我々の構成では、ブラックホールの特異内部を、外部ADMデータを持つヌル特性超曲面で置き換える。 除去された特異内部は、共形平坦なバブル多様体に置き換えられる。 $\Sigma$上の特性データはシア静穏（ボンダイニュースと主要秩序へのシアが消失）であると仮定し、初期の発展は初期エポックにわたって共形平坦（Weyl = 0）となる。 さらに、入射するホーキング放射フラックスがバブル境界上で統計的に等方的な初期条件を与え、指数関数的インフレーションを経験することなく、ほぼFLRWのようなエポックの種となると仮定する。 全体的な枠組みは、一般化された熱力学第二法則と整合しており、量子重力の完全な理論を援用することなく、特異点問題の解決策を提示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| One striking feature of binary black hole (BBH) mergers observed in the first decade of gravitational-wave astronomy is an excess of events with component masses around $35\,\mathrm{M}_{\odot}$. Multiple formation channels have been proposed to explain this excess. To distinguish among these channels, it is essential to examine their predicted population-level distributions across additional parameters. In this work, we focus on BBH mergers near the $35\,\mathrm{M}_{\odot}$ peak and infer the population distributions of primary mass ($m_1$), mass ratio ($q$), effective spin ($\chi_{\rm eff}$), and redshift ($z$). We observe a gradual increase in the merger rate with $m_1$, rising by a factor of $3$ from $20\,\mathrm{M}_{\odot}$ to a peak around $34\,\mathrm{M}_{\odot}$, followed by a sharp, order-of-magnitude decline by $50\,\mathrm{M}_{\odot}$. This population also shows a weak preference for equal-mass mergers and has a $\chi_{\rm eff}$ distribution skewed toward positive values, with a median of zero excluded at approximately $90\%$ confidence. We find no significant $q-\chi_{\rm eff}$ correlation in the $35\, \mathrm{M}_{\odot}$ peak population, suggesting that lower-mass systems ($m_1<20\,\mathrm{M}_{\odot}$) likely drive the $q-\chi_{\rm eff}$ anti-correlation observed in the full BBH merger catalog. The redshift evolution of the merger rate is consistent with the cosmic star formation rate. We compare our findings with predictions from a wide range of formation channels. We find that common variants of the pair-instability supernova scenario, as well as hierarchical mergers, are incompatible with the observed features of the $35\,\mathrm{M}_{\odot}$ population. Ultimately, none of the formation channels we consider can explain all or even most of the features observed in this population. The ''mid-thirties'' of black hole mergers are in crisis. | 重力波天文学の最初の10年間に観測された連星ブラックホール（BBH）合体の顕著な特徴の一つは、成分質量が$35\,\mathrm{M}_{\odot}$付近の事象の過剰である。 この過剰を説明するために、複数の形成経路が提案されている。 これらの経路を区別するためには、追加のパラメータにわたって予測される種族レベルの分布を調べることが不可欠である。 本研究では、$35\,\mathrm{M}_{\odot}$ピーク付近のBBH合体に焦点を当て、主質量（$m_1$）、質量比（$q$）、有効スピン（$\chi_{\rm eff}$）、および赤方偏移（$z$）の種族分布を推定する。 合体率は$m_1$とともに徐々に増加し、$20\,\mathrm{M}_{\odot}$から$3$倍に増加してピークに達し、その後$50\,\mathrm{M}_{\odot}$で急激に減少します。 この集団は等質量合体への弱い選好性も示し、$\chi_{\rm eff}$分布は正の値に偏っており、中央値0は約$90\%$の信頼度で除外されます。 35, \mathrm{M}_{\odot}$ ピーク集団には有意な $q-\chi_{\rm eff}$ 相関は見られなかった。 これは、より低質量の系 ($m_1<20,\mathrm{M}_{\odot}$) が、BBH 合体カタログ全体で観測された $q-\chi_{\rm eff}$ 反相関を引き起こしている可能性が高いことを示唆している。 合体速度の赤方偏移変化は、宇宙の星形成速度と整合している。 我々は、この発見を、様々な形成チャネルからの予測と比較した。 その結果、対不安定性超新星シナリオの一般的な変種や階層的合体は、35, \mathrm{M}_{\odot}$ 集団で観測された特徴と矛盾することが判明した。 結局のところ、私たちが検討した形成経路のどれも、この種族で観測された特徴の全て、あるいはほとんどを説明することはできません。 ブラックホールの合体の「30年代半ば」は危機に瀕しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We prove that if S is a time-oriented null hypersurface of a Lorentzian n-manifold (M, g), the causal world-lines, which intersect transversally S and are time-oriented in a compatible way, cross the hypersurface all in the same direction, the other being forbidden. Even if it is known that a smooth event horizon (in the sense of Penrose, Hawking and Ellis) is a null hypersurface and has the above semi-permeability property, at the best of our knowledge, it was not known so far that the latter is a mere consequence of the former. Our result leads to the concepts of barriers (= null hypersurfaces separating the space-time into disjoint regions) and black regions (= time-oriented regions bounded by barriers). These objects naturally include (smooth) event horizons and (smoothly bounded) black holes. Since barriers are defined by two simple properties -- the merely local property of "nullity" combined with the global property of "separating the space-time" -- we expect they may be used to simplify computations for locating static and/or dynamic horizons in numerical computations. | S がロレンツ n 次元多様体 (M, g) の時間指向ヌル超曲面である場合、S を横切る因果世界線は、両立的に時間指向され、すべて同じ方向に超曲面を横切り、もう一方の方向は禁制であることが証明される。 滑らかな事象の地平線 (ペンローズ、ホーキング、エリスの意味で) がヌル超曲面であり、上記の半透過性を持つことは知られているが、我々の知る限り、後者が前者の単なる帰結であることはこれまで知られていなかった。 我々の 結果は、障壁 (= 時空を互いに素な領域に分離するヌル超曲面) とブラック領域 (= 障壁によって囲まれた時間指向領域) という概念につながる。 これらの対象には、当然のことながら、(滑らかな) 事象の地平線と (滑らかに境界付けされた) ブラックホールが含まれる。 障壁は、単に局所的な「ヌル性」と、大域的な「時空を分離する」という性質を組み合わせた、2つの単純な性質によって定義されるため、数値計算における静的地平線および/または動的地平線の位置特定計算を簡素化するために使用できると期待されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this paper, we consider an interacting scalar field dark energy model with an exponential potential and a dark sector coupling \( Q = 3\gamma H\rho_{dm} \), which has been observationally tested using recent baryon acoustic oscillation measurements from the Dark Energy Spectroscopic Instrument Data Release 2 , Unanchored Type Ia Supernovae, and the compressed CMB likelihood. We find that the Interacting model predicts a Hubble constant of $h = 0.659 \pm 0.0063$, deviating from the $\Lambda$CDM value by approximately $2.93\sigma$, while the Non-Interacting model shows a $3.78\sigma$ deviation. The positive coupling parameter (\( \gamma > 0 \)) further suggests a transfer of energy from dark matter to dark energy. According to the Jeffreys scale, the Interacting model shows moderate evidence against the $\Lambda$CDM model, whereas the Non-Interacting model shows only inconclusive evidence. Further, we investigate both models through the lens of dynamical systems analysis. We formulate the cosmological evolution equations with a phenomenological interaction term and recast them into an autonomous system to study the qualitative behavior of cosmic expansion. Critical points of the system are identified and analyzed to study the corresponding cosmological dynamics. In the interacting model, we obtained five critical points, whereas in the non-interacting scenario, four distinct sets of critical points were identified. The obtained critical points, governed by cosmological parameters, represent distinct cosmic epochs, commencing from the early time stiff matter domination to late-time acceleration. Their stability is examined through linear stability analysis under appropriate physical constraints. The evolution of background cosmological parameters are also examined in terms of the dynamical system variable, and the obtained values align with observational results. | 本論文では、指数ポテンシャルとダークセクター結合 \(Q = 3\gamma H\rho_{dm} \) を持つ相互作用スカラー場ダークエネルギーモデルを考察する。 このモデルは、ダークエネルギー分光機器データリリース2、アンアンカー型Ia超新星、および圧縮CMB尤度による最近の重粒子音響振動測定を用いて観測的に検証されている。 相互作用モデルはハッブル定数 $h = 0.659 \pm 0.0063$ を予測し、$\Lambda$CDM値から約$2.93\sigma$ずれているのに対し、非相互作用モデルは$3.78\sigma$ずれていることがわかった。 正の結合パラメータ (\(\gamma > 0 \)) は、ダークマターからダークエネルギーへのエネルギー移動をさらに示唆している。 ジェフリーズ尺度によれば、相互作用モデルは$\Lambda$CDMモデルに反する中程度の証拠を示しているのに対し、非相互作用モデルは決定的な証拠しか示していない。 さらに、我々は力学系解析の観点から両モデルを検証する。 我々は、現象論的な相互作用項を用いて宇宙論的進化方程式を定式化し、それを自律系に書き直して、宇宙膨張の定性的な挙動を研究する。 系の臨界点を特定し、解析することで、対応する宇宙論的ダイナミクスを研究する。 相互作用モデルでは5つの臨界点が得られたのに対し、非相互作用シナリオでは4つの異なる臨界点の集合が特定された。 得られた臨界点は宇宙論的パラメータによって支配され、初期の剛体物質優位から後期の加速まで、異なる宇宙の時代を表す。 それらの安定性は、適切な物理的制約の下での線形安定性解析によって検証される。 背景宇宙論パラメータの進化も力学系変数の観点から調べられ、得られた値は観測結果と一致する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We present a comprehensive assessment of multiparameter tests of general relativity (GR) in the inspiral regime of compact binary coalescences using principal component analysis (PCA). Our analysis is based on an extensive set of simulated gravitational-wave (GW) signals, including both general relativistic and non-GR sources, injected into zero-noise data colored by the noise power spectral densities of the LIGO and Virgo GW detectors at their designed sensitivities. We evaluate the performance of PCA-based methods in the context of two established frameworks: TIGER and FTI. For GR-consistent signals, we find that PCA enables stringent constraints on potential deviations from GR, even in the presence of multiple free parameters. Applying the method to simulated signals that explicitly violate GR, we demonstrate that PCA is effective at identifying such deviations. We further test the method using numerical relativity waveforms of eccentric binary black hole systems and show that missing physical effects--such as orbital eccentricity--can lead to apparent violations of GR if not properly included in the waveform models used for analysis. Finally, we apply our PCA-based test to selected real gravitational-wave events from GWTC-3, including GW190814 and GW190412. We present joint constraints from selected binary black hole events in GWTC-3, finding that the 90% credible bound on the most informative PCA parameter is $0.03^{+0.08}_{-0.08}$ in the TIGER framework and $-0.01^{+0.05}_{-0.04}$ in the FTI framework, both of which are consistent with GR. These results highlight the sensitivity and robustness of the PCA-based approach and demonstrate its readiness for application to future observational data from the fourth observing runs of LIGO, Virgo, and KAGRA. | 我々は、主成分分析（PCA）を用いて、コンパクト連星合体のインスパイラル領域における一般相対論（GR）の多パラメータ検定の包括的な評価を提示する。 我々の分析は、LIGOおよびVirgo重力波検出器の設計感度におけるノイズパワースペクトル密度で色付けされたゼロノイズデータに注入された、一般相対論的および非一般相対論的源の両方を含む、シミュレーションによる重力波（GW）信号の広範なセットに基づいている。 我々は、TIGERおよびFTIという2つの確立された枠組みの文脈において、PCAベースの手法の性能を評価する。 一般相対論に整合する信号の場合、PCAは、複数の自由パラメータが存在する場合でも、一般相対論からの潜在的な逸脱に対して厳格な制約を可能にすることがわかった。 この手法を、一般相対論を明確に破るシミュレーション信号に適用することで、PCAがそのような逸脱を特定するのに効果的であることを実証する。 さらに、離心率の高い連星ブラックホール系の数値相対論波形を用いてこの手法を検証し、軌道離心率などの物理的な効果が解析に用いられる波形モデルに適切に含まれていない場合、一般相対論の明らかな破れにつながる可能性があることを示す。 最後に、GW190814およびGW190412を含むGWTC-3の選択された実際の重力波イベントに、PCAに基づく検証を適用する。 GWTC-3の選択された連星ブラックホールイベントからの結合制約を提示し、最も有益なPCAパラメータの90%信頼限界は、TIGERフレームワークでは$0.03^{+0.08}_{-0.08}$、FTIフレームワークでは$-0.01^{+0.05}_{-0.04}$であり、どちらも一般相対論と整合していることを見出した。 これらの結果は、PCAベースのアプローチの感度と堅牢性を強調し、LIGO、Virgo、KAGRAの第4回観測ランからの将来の観測データへの適用準備が整っていることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We show that when a Brownian bridge is physically constrained to satisfy a canonical condition, its time evolution exactly coincides with an m-geodesic on the statistical manifold of Gaussian distributions. This identification provides a direct physical realization of a geometric concept in information geometry. It implies that purely random processes evolve along informationally straight trajectories, analogous to geodesics in general relativity. Our findings suggest that the asymmetry of informational ``distance" (divergence) plays a fundamental physical role, offering a concrete step toward an equivalence principle for information. | ブラウン橋が標準条件を満たすように物理的に制約されている場合、その時間発展はガウス分布の統計多様体上のm測地線と正確に一致することを示す。 この同一視は、情報幾何学における幾何学的概念の直接的な物理的実現を提供する。 これは、純粋にランダムなプロセスが、一般相対論における測地線と同様に、情報的に直線的な軌跡に沿って発展することを意味する。 我々の発見は、情報の「距離」（発散）の非対称性が基本的な物理的役割を果たしていることを示唆しており、情報の同値原理への具体的な一歩を踏み出すものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the concept of Kaniadakis entropy and its dual formulation, examining their implications for gravitational dynamics within the framework where gravity emerges as an entropic force resulting from changes in the informational content of a physical system. In this context, we derive a modified form of Newton's law of gravitation that reflects the corrections introduced by both Kaniadakis entropy and its dual state. Furthermore, we apply the emergent gravity scenario at large scales and derive the modified Friedmann equations incorporating corrections from (dual) Kaniadakis entropy. Our results provide deeper insights into the interplay between thermodynamics and gravitational dynamics. In order to constrain the model parameter, we study the Big-Bang Nucleosynthesis in the context of (dual) Kaniadakis cosmology. We explore an alternative method to establish limits on the Kaniadakis parameter, denoted as $K$, by examining how (dual) Kaniadakis cosmology influences the primordial abundances of light elements i.e. Helium $_{}^{4}\textit{He}$, Deuterium $D$ and Lithium $_{}^{7}\textit{Li}$. Our analysis indicates that the obtained ranges for the dual Kaniadakis parameter (unlike the Kaniadakis parameter) exhibit overlap for the aforementioned light elements, and the allowed values fall within the range $ -0.8\times 10^{-78}\lesssim \tilde {K^*}\lesssim 0.8\times 10^{-78}$, which shows that the deviations from the conventional Bekenstein-Hawking formula are minimal, as expected. This consistency between the ranges suggests a potential solution to the well-known \textit{Lithium problem}. Furthermore, we discuss the relationship between cosmic time $t$ and temperature $T$ within the framework of (dual) Kaniadakis cosmology. | 我々はカニアダキスエントロピーの概念とその双対定式化を研究し、物理系の情報量の変化に起因するエントロピー力として重力が出現するという枠組みの中で、重力ダイナミクスへの示唆を検証する。 この文脈において、我々はカニアダキスエントロピーとその双対状態の両方によって導入される補正を反映した、ニュートンの重力法則の修正形を導出する。 さらに、我々は大規模スケールにおいて創発重力シナリオを適用し、（双対）カニアダキスエントロピーからの補正を組み込んだ修正フリードマン方程式を導出する。 我々の結果は、熱力学と重力ダイナミクスの相互作用についてより深い洞察を提供する。 モデルパラメータを制限するために、我々は（双対）カニアダキス宇宙論の文脈においてビッグバン元素合成を研究する。 我々は、カニアダキスパラメータ（Kと表記）の限界を設定するための代替手法を探求する。 具体的には、（双対）カニアダキス宇宙論が軽元素、すなわちヘリウム $_{}^{4}\textit{He}$、重水素 $D$、リチウム $_{}^{7}\textit{Li}$ の原始存在比にどのような影響を与えるかを検討する。 解析の結果、得られた双対カニアダキスパラメータの範囲は（カニアダキスパラメータとは異なり）、前述の軽元素に対して重なりを示し、許容値は $ -0.8\times 10^{-78}\lesssim \tilde {K^*}\lesssim 0.8\times 10^{-78}$ の範囲内に収まることが示された。 これは、従来のベッケンシュタイン-ホーキング公式からの偏差が予想通り最小限であることを示している。 この範囲間の一貫性は、よく知られている \textit{リチウム問題} の潜在的な解決策を示唆しています。 さらに、（双対）カニアダキス宇宙論の枠組みの中で、宇宙時間 $t$ と温度 $T$ の関係について議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| The current paper reports an investigation of the cosmological implications of symmetric teleparallel gravity within a modified $f(Q)$ theory. We construct a specific exponential $f(Q)$ model as $f(Q) = Q + \eta_1 Q_0\left(1 - e^{-\eta_2 \sqrt{Q/Q_0}}\right)$, designed to smoothly deviate from General Relativity and accommodate both early-time inflation and late-time accelerated expansion. By employing Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods, we constrain the model parameters $\eta_1$, $\eta_2$, $H_0$, and $\Omega_{m_0}$ using a combination of cosmic chronometers (CC), Pantheon, and Pantheon$^+$ Supernovae datasets. Our analysis demonstrates that the model consistently supports a late-time acceleration scenario and is in good agreement with current cosmological observations. We extensively analyze the dynamical behavior of the model using key cosmological diagnostics, including the deceleration parameter, equation of state, energy density parameters, Statefinder, and Om diagnostics. The reconstructed Hubble parameter $H(z)$ and distance modulus $\mu(z)$ show strong consistency with $\Lambda$CDM and observational data, while subtle deviations at higher redshifts highlight the value of multi-probe observations. In addition, the examination of energy conditions shows that, in accordance with cosmic acceleration, the Strong Energy Condition (SEC) is broken at lower redshifts while the Dominant Energy Condition (DEC) and Null Energy Condition (NEC) are satisfied. Cosmic age estimates from the model are consistently in agreement with Planck constraints. Our results indicate the viability of exponential $f(Q)$ gravity. A comparative statistical analysis reveals that while $\Lambda$CDM remains statistically preferred based on AIC and BIC criteria, the exponential $f(Q)$ model yields comparable fits and remains a theoretically motivated and viable alternative for describing cosmic acceleration. | 本論文では、修正された$f(Q)$理論における対称テレパラレル重力の宇宙論的意味合いの調査を報告する。 我々は、一般相対論から滑らかに逸脱し、初期のインフレーションと後期の加速膨張の両方を包含するように設計された、$f(Q) = Q + \eta_1 Q_0\left(1 - e^{-\eta_2 \sqrt{Q/Q_0}}\right)$ という特定の指数関数型$f(Q)$モデルを構築する。 マルコフ連鎖モンテカルロ法（MCMC）を用いて、宇宙クロノメータ（CC）、パンテオン、およびパンテオン$^+$超新星データセットの組み合わせを用いて、モデルパラメータ$\eta_1$、$\eta_2$、$H_0$、および$\Omega_{m_0}$を制約する。 我々の解析は、モデルが一貫して後期加速シナリオを支持し、現在の宇宙論的観測とよく一致することを実証した。 我々は、減速パラメータ、状態方程式、エネルギー密度パラメータ、Statefinder、Om診断などの主要な宇宙論的診断を用いて、モデルの力学的挙動を徹底的に解析した。 再構成されたハッブルパラメータ$H(z)$と距離係数$\mu(z)$は、$\Lambda$CDMおよび観測データと強い整合性を示した。 一方、高赤方偏移におけるわずかな偏差は、マルチプローブ観測の価値を浮き彫りにした。 さらに、エネルギー条件の検討は、宇宙の加速に伴い、低赤方偏移では強エネルギー条件（SEC）が破れ、支配エネルギー条件（DEC）とヌルエネルギー条件（NEC）が満たされることを示している。 モデルによる宇宙年齢の推定値は、プランク制約と一貫して一致する。 我々の結果は、指数関数的$f(Q)$重力の実現可能性を示している。 比較統計解析の結果、AIC基準とBIC基準に基づくと$\Lambda$CDMが統計的に依然として好ましいものの、指数関数型$f(Q)$モデルは同等の適合度を示し、宇宙の加速を記述するための理論的根拠に基づいた実行可能な代替モデルであり続けていることが明らかになった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| Our outcome is structured in the following sequence: (1) a general result for indefinite Finslerian manifolds with boundary $(M,L)$ showing the equivalence between local and infinitesimal (time, light or space) convexities for the boundary $\partial M$, (2) for any cone structure $(M,\mathcal{C})$ which is globally hyperbolic with timelike boundary, the equivalence among: (a) the boundary $\partial M$ is lightconvex, (b) the interior $\mathring{M}$ is causally simple and (c) the space of the cone (null) geodesics $\mathcal{N}$ of $(\mathring{M},\mathcal{C})$ is Hausdorff, (3) in this case, the manifold structure of $\mathcal{N}$ is obtained explicitly in terms of elements in $\partial M$ and a smooth Cauchy hypersurface $S$, (4) the known results and examples about Hausdorfness of $\mathcal{N}$ are revisited and extended, leading to the notion of {\em causally simple spacetime with $T_2$-lightspace} as a step in the causal ladder below global hyperbolicity. The results are significant for relativistic (Lorentz) spacetimes and the writing allows one either to be introduced in Finslerian technicalities or to skip them. In particular, asymptotically AdS spacetimes become examples where the $C^{1,1}$ conformal extensions at infinity yield totally lightgeodesic boundaries, and all the results above apply. | 我々の成果は以下の順序で構成されている：(1) 境界 $(M, L)$ を持つ不定フィンスラー多様体に対する一般的な結果で、境界 $\partial M$ の局所凸性と無限小（時間、光、または空間）凸性との同値性を示す、(2) 時間的境界を持つ大域双曲的な任意の円錐構造 $(M,\mathcal{C})$ に対して、(a) 境界 $\partial M$ が光凸性であること、(b) 内部 $\mathring{M}$ が因果的に単純であること、(c) $(\mathring{M},\mathcal{C})$ の円錐（ヌル）測地線 $\mathcal{N}$ の空間がハウスドルフであること、(3) この場合、$\mathcal{N}$ の多様体構造は、$\partial M$ の元と滑らかなコーシー超曲面 $S$ の場合、(4) $\mathcal{N}$ のハウスドルフ性に関する既知の結果と例が再検討され拡張され、 {\em $T_2$-光空間を持つ因果的に単純な時空} という概念が、大域双曲性以下の因果的階段のステップとして導かれる。 これらの結果は相対論的（ローレンツ）時空にとって重要であり、 この記述ではフィンスラー的な専門用語を導入することも、省略することも可能である。 特に、漸近的に AdS 時空は、 無限遠における $C^{1,1}$ 共形拡大が完全な光測地線境界をもたらし、上記のすべての結果が適用される例となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A simple exact solution of the Einstein - Maxwell field equations for charged non-rotating black hole accelerated by an external electric field is presented. The background space-time, described by the well known Bertotti-Robinson solution, contains a spatially homogeneous electric field and possess the topology AdS2 x S2. The black hole mass m, its charge e and the value of the background electric field E are free parameters of the constructed solution. In the "rigid" (non-inertial) reference frame comoving a black hole, this solution is static. The value of acceleration of a black hole due to its interaction with the external electric field is determined by the condition of vanishing of conical singularities on the axis of symmetry. The dynamics of a charged black hole in the external electric field is compared with the behaviour of a charged test particle with the same charge to mass ratio. | 外部電場によって加速される非回転荷電ブラックホールに対するアインシュタイン-マクスウェル場の方程式の簡単な厳密解を提示する。 よく知られたベルトッティ-ロビンソン解によって記述される背景時空は、空間的に一様な電場を含み、位相AdS2 x S2を持つ。 ブラックホールの質量m、電荷e、および背景電場Eの値は、構築された解の自由パラメータである。 ブラックホールを共動する「剛体」（非慣性）座標系において、この解は静的である。 外部電場との相互作用によるブラックホールの加速値は、対称軸上の円錐状特異点が消失するという条件によって決定される。 外部電場中の荷電ブラックホールのダイナミクスを、同じ電荷質量比を持つ荷電試験粒子の挙動と比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Future mHz gravitational wave (GW) interferometers will precisely probe massive black hole environments, such as accretion discs, cold dark matter overdensities, and clouds of ultralight bosons, as long as we can accurately model the dephasing they induce on the waveform of extreme mass-ratio inspirals (EMRIs). Most existing models rely on extrapolations from Newtonian results to model the interaction of the small black hole in an EMRI system with the environment surrounding the massive black hole. Here, we present a fully relativistic formalism to model such interaction with collisionless environments, focusing on the case of cold dark matter overdensities, like 'spikes' and 'mounds'. We implement our new formalism in the FastEMRIWaveforms framework and show that the resulting waveforms are significantly different from those based on a Newtonian treatment of environmental effects. Our results indicate that a fully relativistic treatment is essential to capture the environmental dephasing of GW signals from EMRIs accurately. | 将来のmHz重力波（GW）干渉計は、極限質量比インスパイラル（EMRI）の波形に引き起こす位相ずれを正確にモデル化できれば、降着円盤、冷たい暗黒物質の過密度、超軽量ボソンの雲といった大質量ブラックホール環境を正確に探査するでしょう。 既存のモデルのほとんどは、EMRIシステム内の小さなブラックホールと大質量ブラックホールを取り巻く環境との相互作用をモデル化するために、ニュートン力学の結果からの外挿に依存しています。 本稿では、「スパイク」や「マウンド」のような冷たい暗黒物質の過密度の場合に焦点を当て、衝突のない環境とのこのような相互作用をモデル化するための完全な相対論的形式を提示します。 この新しい形式をFastEMRIWaveformsフレームワークに実装し、結果として得られる波形が、環境効果をニュートン力学で扱った場合の波形とは大きく異なることを示します。 我々の研究結果は、電磁磁気共鳴画像（EMRI）から得られる重力波信号の環境による位相ずれを正確に捉えるには、完全な相対論的処理が不可欠であることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the electric Penrose process in ABG(-dS) regular black holes, examining the influence of the black hole charge and the cosmological constant on the negative-energy region and energy extraction efficiency. Compared with RN(-dS) black holes, ABG(-dS) black holes have a larger negative-energy region, which allows this process to occur farther from the horizons, and higher energy extraction efficiency. This is especially true when the splitting point is close to the event horizon, and the difference widens as the black hole charge increases. Even when the black hole charge and cosmological constant take very small values relevant to astrophysics, significant differences still exist, with the maximum efficiency ratio being approximately 23/8. This indicates that in real astrophysical scenarios, ABG(-dS) black holes can accelerate charged particles more efficiently and exhibit superior energy extraction capabilities compared with RN(-dS) black holes. | 我々はABG(-dS)通常ブラックホールにおける電気ペンローズ過程を研究し、ブラックホール電荷と宇宙定数が負エネルギー領域とエネルギー抽出効率に与える影響を調べた。 RN(-dS)ブラックホールと比較して、ABG(-dS)ブラックホールは負エネルギー領域がより広く、この過程が事象の地平線からより遠くで起こり、エネルギー抽出効率が高くなる。 これは特に分裂点が事象の地平線に近い場合に当てはまり、ブラックホール電荷が増加するにつれてその差は広がる。 ブラックホール電荷と宇宙定数が天体物理学上重要な非常に小さな値をとった場合でも、有意な差が存在し、最大効率比は約23/8である。 これは、実際の天体物理学的シナリオにおいて、ABG(-dS)ブラックホールはRN(-dS)ブラックホールと比較して、荷電粒子をより効率的に加速し、優れたエネルギー抽出能力を発揮できることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present new numerical-relativity simulations of a magnetized binary neutron star merger performed with AthenaK. The simulations employ a temperature- and composition-dependent tabulated nuclear equation of state, with initially dipolar fields with a maximum initial strength of ${\sim}10^{16}\ {\rm G}$ which extend outside the stars. We employ adaptive mesh refinement and consider three grid resolutions, with grid spacing down to $\Delta x_{\rm min} \simeq 92\ {\rm m}$ in the most refined region. When comparing the two highest resolution simulations, we find orbital dephasing of over 7 orbits until merger of only $0.06$ radians. The magnetic field is amplified during the merger and we observe the formation of a magnetized funnel in the polar region of the remnant. Simulations are continued until about $30$ milliseconds after merger. However, due to significant baryonic pollution, the binary fails to produce a magnetically-dominated outflow. Finally, we discuss possible numerical and physical effects that might alter this outcome. | AthenaKを用いて行った、磁化された連星中性子星合体の新たな数値相対論シミュレーションを紹介する。 シミュレーションでは、温度と組成に依存する表形式の核状態方程式を用い、初期双極子場は最大初期強度が${\sim}10^{16}\ {\rm G}$で、星の外側まで広がる。 適応型メッシュ細分化を採用し、3種類のグリッド解像度を考慮した。 最も細分化された領域では、グリッド間隔は$\Delta x_{\rm min} \simeq 92\ {\rm m}$まで縮小した。 2つの最高解像度のシミュレーションを比較すると、合体までに7軌道以上の軌道位相ずれがわずか$0.06$ラジアンであることがわかった。 合体中は磁場が増幅され、残骸の極域に磁化された漏斗状の領域が形成されるのが観測される。 シミュレーションは合体後約$30$ミリ秒まで継続される。 しかし、バリオンによる著しい汚染のため、この連星は 磁気優位のアウトフローを生成できない。 最後に、この結果を変える可能性のある数値的および物理的影響について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose that the Taub-NUT metric can be envisaged as a (3+1) dimensional analog of the Kaluza-Klein (4+1) dimensional metric. After dimensional reduction of the Taub-NUT metric to (3) spatial dimensions, by treating time as the extra curled dimension (since the closed time-like curves can exist in the Taub-NUT framework, such a dimensional reduction is justified), we end up with three dimensional Einstein field equations plus the Maxwell equations for the gravitomagnetic field, which also acts as a source to Einstein field equations. Hence, the Taub-NUT metric unifies gravity and the NUT charge related gavitomagnetism in four dimensions, at the same footing the Kaluza-Klein metric unifies gravity and electromagnetism in five dimensions. We also find an interesting relation between the four dimensional gravitational constant and the Taub-NUT charge. The results are derived from classical field equations in Lorentzian signature. | 我々は、タウブ-NUT計量は、カルツァ-クラインの(4+1)次元計量の(3+1)次元類似体として構想できると提案する。 タウブ-NUT計量を(3)空間次元に次元縮小した後、時間を余分な渦巻次元として扱うことで（タウブ-NUT枠組みには時間的閉曲線が存在する可能性があるため、このような次元縮小は正当化される）、3次元のアインシュタイン場の方程式と、アインシュタイン場の方程式の源としても機能する重力磁場のマクスウェル方程式が得られる。 したがって、タウブ-NUT計量は、カルツァ-クライン計量が重力と電磁気を5次元で統一するのと同様に、重力とNUT電荷に関連する重力磁気を4次元で統一する。 また、4次元重力定数と タウブ-NUT電荷の間に 興味深い関係があることも発見しました。 この結果は、ロレンツシグネチャにおける 古典場の方程式から導出されました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It would be reasonable to recall some critical issues in physical cosmology development. GR was created by A. Einstein in 1915. In 1917 Einstein proposed the first (static) cosmological model. Soon after the A. Eddington proved that the model is unstable therefore it can not be realizable in nature. In 1922 and 1924 A. A. Friedmann found non-stationary solutions for cosmological equations written in the framework of GR. In 1927 G. Lemaitre obtained very similar results and, in addition, he derived the Hubble law (E. Hubble obtained this law from observations). Unfortunately, G. Lemaitre published his paper in not very popular Belgium journal. In 1931 Lemaitre proposed the first version of hot Universe model (he called it hypothesis of the primeval atom). In his book Lemaitre predicted even a background radiation as a signature of his model. One of the important property of the Lemaitre -- Gamow model was a prediction of CMB radiation with a temperature around a few K. It was recalled that the discovery of CMB radiation was done by T. Shmaonov in 1956 and his paper was published in 1957 (several years before Penzias and Wilson). In 1965, 1970 E. B. Gliner proposed vacuum like equation of matter which could correspond to exponential explosion of the Universe which was later called inflation. For decades in USSR, Friedmann's cosmological non-stationary models were treated as purely mathematical results without cosmologocal applications. On September 16, 1925 passed away untimely and it would be reasonable to remind today his great contribution in physical cosmology since the authors of book on Friedmann wrote that "similarly to Copernicus who forced the Earth to move Friedmann forced the Universe to expand". | 物理宇宙論の発展におけるいくつかの重要な問題を振り返るのは妥当でしょう。 一般相対性理論は1915年にA. アインシュタインによって提唱されました。 1917年、アインシュタインは最初の（静的）宇宙論モデルを提唱しました。 その後まもなく、A. エディントンは、このモデルは不安定であり、したがって自然界では実現不可能であることを証明しました。 1922年と1924年には、A. A. フリードマンが一般相対性理論の枠組みで書かれた宇宙論方程式の非定常解を発見しました。 1927年、G. ルメートルは非常によく似た結果を得て、さらにハッブルの法則を導き出しました（ハッブルはこの法則を観測から導き出しました）。 残念ながら、G. ルメートルは彼の論文をあまり人気のないベルギーの雑誌に掲載しました。 1931年、ルメートルは最初のバージョンのホット・ユニバース・モデルを提唱しました（彼はこれを原始原子仮説と呼びました）。 彼の著書の中で、ルメートルは背景放射さえも彼のモデルの証拠として予言しました。 ルメートル＝ガモフ模型の重要な特性の一つは、数K程度の温度を持つCMB放射の予測でした。 CMB放射の発見は1956年にT.シュマオノフによって行われ、彼の論文は1957年（ペンジアスとウィルソンの数年前）に発表されたことが記憶されています。 1965年と1970年に、E.B.グライナーは真空のような物質方程式を提案しました。 これは、後にインフレーションと呼ばれることになる宇宙の指数関数的爆発に対応する可能性があります。 ソ連では数十年にわたり、フリードマンの宇宙論的非定常モデルは、宇宙論的応用のない純粋に数学的な結果として扱われていました。 1925年9月16日、フリードマンは夭折しました。 フリードマンに関する著書の著者たちは、「地球を動かしたコペルニクスと同様に、 フリードマンは宇宙を膨張させた」と記しており、今日、彼の物理宇宙論への偉大な貢献を改めて認識するのは妥当でしょう。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this Letter, we have developed a numerically efficient framework for evaluating parameters in metric theories of gravity, and applied it to constrain the horizon-scale magnetic field in the Kerr-Bertotti-Robinson (Kerr-BR) spacetime using the latest EHT observations. The method's adaptive ray-tracing strategy achieves near-linear computational efficiency without loss of numerical accuracy. Owing to this efficiency, the framework enables high precision shadow modeling at minimal computational cost and, for the first time, supports statistically robust inference of black hole parameters from horizon-scale observations for arbitrary stationary black holes. The above framework is applied to the recently obtained Kerr-BR black hole, an exact magnetized and rotating solution to the Einstein field equations. We have evaluated the horizon-scale magnetic fields of M87* and Sgr A*, with the latter showing a field strength of $93.3^{+14.7}_{-23.8}G$, consistent with the equipartition estimate of $71G$ from polarized ALMA observations, thereby supporting Einstein's gravity. | 本稿では、重力の計量理論におけるパラメータを評価するための数値的に効率的な枠組みを開発し、それを最新のEHT観測を用いてKerr-Bertotti-Robinson時空(Kerr-BR)における地平線スケールの磁場の制約に適用した。 この手法の適応型レイトレーシング戦略は、数値精度を損なうことなく、ほぼ線形の計算効率を実現する。 この効率性により、この枠組みは最小限の計算コストで高精度のシャドウモデリングを可能にし、初めて、任意の静止ブラックホールの地平線スケール観測からブラックホールパラメータを統計的にロバストに推定することを可能にした。 上記の枠組みは、最近得られたKerr-BRブラックホール、すなわちアインシュタイン場の方程式の正確な磁化回転解に適用されている。 我々は、M87*とSgr A*の地平線規模の磁場を評価した。 後者は、93.3^{+14.7}_{-23.8}Gの磁場強度を示し、これはALMAの偏光観測による等分配推定値71Gと一致し、アインシュタインの重力理論を支持するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The discovery of the accelerated expansion of the universe highlighted General Relativity's inability to naturally account for dark energy without invoking a finely tuned cosmological constant. In response, a wide range of alternative paradigms have been proposed. Among these, Teleparallel Gravity and Symmetric Teleparallel Gravity, which depart from the Riemannian framework of General Relativity and instead rely on torsion or non-metricity to describe gravitational interactions, have gained increasing attention in recent years. We explore extensions of these non-Riemannian approaches, aiming to replicate the observed late-time acceleration of the universe by emulating the cosmological constant's role. We also evaluate the consistency of these theories with local gravity constraints by studying their static, spherically symmetric solutions. We show that although some models can reproduce the desired cosmological behavior, they often fail to meet Solar System observational bounds, particularly through deviations in the predicted Eddington parameter. Our findings underscore the need for a unified approach that tests modified gravity theories across both cosmological and local scales. | 宇宙の加速膨張の発見は、一般相対性理論では、精密に調整された宇宙定数を用いずにダークエネルギーを自然に説明できないことを浮き彫りにした。 これに対応して、様々な代替パラダイムが提案されてきた。 中でも、テレパラレル重力理論と対称テレパラレル重力理論は、一般相対性理論のリーマン的枠組みから逸脱し、代わりにねじれや非計量性に基づいて重力相互作用を記述するものであり、近年ますます注目を集めている。 我々は、これらの非リーマン的アプローチの拡張を検討し、宇宙定数の役割を模倣することで、観測されている宇宙の後期加速膨張を再現することを目指す。 また、これらの理論の静的球対称解を研究することにより、局所重力制約との整合性を評価する。 いくつかのモデルは望ましい宇宙論的振る舞いを再現できるものの、特に予測されるエディントンパラメータの偏差によって、太陽系の観測限界を満たせないことが多いことを示す。 私たちの研究結果は、宇宙規模と局所規模の両方のスケールで修正された重力理論を検証する統一的なアプローチの必要性を強調しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the potential for current and future gravitational-wave detectors to observe imprints of explicit diffeomorphism violation in primordial signals. Starting from a simple model with known effects, we derive the strain amplitude and power spectrum for primordial gravitational waves, both of which are affected by the symmetry breaking. Through this, we directly find predictions for the tensor spectral index and tensor-to-scalar which are different from general relativity. By considering the known sensitivity curves for NANOGrav, SKA, THEIA, $\mu$-ARES, ASTROD-GW, LISA, BBO, DECIGO, CE, AION-km, AEDGE, ET, and aLIGO, we place observability limits on the parameters controlling the diffeomorphism violation. For instance, we find that aLIGO could observe signals for \(s_{00} \lesssim -0.1\), while more sensitive future detectors like LISA and DECIGO could probe violations as small as \(s_{00} \approx -5 \times 10^{-4}\) and \(-3 \times 10^{-3}\), respectively. Finally, we consider the existing constraints on the number of relativistic degrees of freedom $\Delta N_{\rm eff}$ which is tightly constrained by Big-Bang Nucleosynthesis, where we find that $\Delta N_{\rm eff}$ only weakly depends on the symmetry breaking but places a lower bound on the coefficients which is consistent with available bounds from the speed of gravitational waves. | 現在および将来の重力波検出器が、原始信号における明示的な微分同相性の破れの痕跡を観測する可能性を調査する。 既知の効果を持つ単純なモデルから出発して、原始重力波の歪み振幅とパワースペクトルを導出する。 これらはどちらも対称性の破れの影響を受ける。 これにより、一般相対論とは異なるテンソルスペクトル指数とテンソルからスカラーへの変換に関する予測を直接得る。 NANOGrav、SKA、THEIA、$\mu$-ARES、ASTROD-GW、LISA、BBO、DECIGO、CE、AION-km、AEDGE、ET、aLIGOの既知の感度曲線を考慮することで、微分同相性の破れを制御するパラメータに観測限界を設ける。 例えば、aLIGOは\(s_{00} \lesssim -0.1\)の信号を観測できる一方、LISAやDECIGOのようなより感度の高い将来の検出器は、それぞれ\(s_{00} \approx -5 \times 10^{-4}\)と\(-3 \times 10^{-3}\)という小さな破れも検出できる可能性がある。 最後に、相対論的自由度の数$\Delta N_{\rm eff}$に関する既存の制約を考察する。 これはビッグバン元素合成によって厳密に制約されており、$\Delta N_{\rm eff}$は対称性の破れに弱く依存するが、係数には下限があり、これは重力波の速度から得られる既存の限界と一致する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove a limit curve theorem for incomplete metric spaces. Our main application is to Sormani and Vegas' null distance, where our results give strong control on the Lorentzian lengths of limit curves. We also show that regular cosmological time functions and the surface function of a Cauchy surface in a globally hyperbolic manifold define such a null distance. | 不完全計量空間に対する極限曲線定理を証明する。 主な応用はソルマニとベガスの零距離であり、この定理は極限曲線のローレンツ長を強く制御する。 また、大域双曲多様体における正則宇宙時間関数とコーシー面の曲面関数がそのような零距離を定義することを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Following the recent Atacama Cosmology Telescope (ACT) results, we revisit chaotic inflation based on a single complex scalar field with mass term $M^2 |\Phi|^2$, which usually predicts a spectra index $n_s\approx 0.96$ but a too-large tensor to scalar ratio $r\approx 0.16$. With radiative corrections, the potential $M^2 |\Phi|^2 \ln \left( |\Phi|^2/\Lambda^2 \right)$ induces spontaneous symmetry breaking near the scale $\Lambda$, yielding a Pseudo Nambu-Goldstone boson which can play the role of a quintessence field, hence radiative inflation and dark energy (RIDE). Including a non-minimal coupling to gravity $\xi |\Phi|^2 R^2$ reduces $r$, allowing a good fit of the RIDE model to Planck data. Allowing a small additional quartic coupling correction $\lambda |\Phi|^4$ increases both $n_s$ and $r$, with a good fit to ACT data sets achieved for $\xi \approx 1$. | 最近のアタカマ宇宙論望遠鏡（ACT）の成果を受けて、質量項$M^2|\Phi|^2$を持つ単一の複素スカラー場に基づくカオス的インフレーションを再検討する。 この場は通常、スペクトル指数$n_s\approx 0.96$を予測するが、テンソル対スカラー比$r\approx 0.16$が大きすぎる。 放射補正を加えると、ポテンシャル$M^2 |\Phi|^2 \ln \left( |\Phi|^2/\Lambda^2 \right)$は、スケール$\Lambda$付近で自発的な対称性の破れを引き起こし、擬南部-ゴールドストーンボソンを生成する。 これはクインテッセンス場の役割を果たせるため、放射インフレーションとダークエネルギー（RIDE）となる。 重力との非最小結合を考慮すると、$\xi |\Phi|^2 R^2$ は$r$を減少させ、RIDEモデルをPlanckデータに良好に適合させます。 さらに、4次の結合補正$\lambda |\Phi|^4$ を少し加えると、$n_s$と$r$はともに増加し、ACTデータセットへの良好な適合は$\xi \approx 1$で達成されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we present evidence for evolving dark energy using baryon acoustic oscillation (BAO) measurements from the recent Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) Data Release 2 (DR2), combined with different Type Ia supernova calibrations (Pantheon$^+$, DES-SN5YR, and Union3) and the CMB compressed likelihood. In our analysis, we examined several dark energy models, including the Logarithmic, Exponential, CPL, BA, JBP, Thawing, Mirage, and GEDE parameterizations. We found that the evidence for evolving dark energy in the DESI measurements is primarily driven by the LRG1 and LRG2 tracers, as their combination yields a preferred value of $\omega_0 > -1$. Further extending our analysis by combining other measurements, we find that all evolving dark energy models favor evolving dark energy scenario characterized by $\omega_0 > -1$, $\omega_a < 0$, and $\omega_0 + \omega_a < -1$ (Quintom-B). Indeed, our results show a departure from the $\Lambda$CDM model at a significance level of up to $3$-$3.6\sigma$, with the DES-SN5YR sample showing the most significant deviation. When we exclude low-$z$ SNe Ia measurements from the DES-SN5YR sample, we find that the preference for evolving dark energy is significantly biased by the low-redshift ($z < 0.01$) supernova sample. The evolution of $\omega(z)$ shows a phantom crossing around $z \sim 0.5$ in most of the dynamical dark energy models, and the evolution of $f_{DE}(z)$ further supports the evolving nature of dark energy. Bayesian analysis of model evidence shows that the inclusion of low-$z$ supernovae data significantly strengthens the support for evolving dark energy models such as JBP and Mirage, while models revert to inconclusive or weak support when low-$z$ data are excluded. | 本論文では、最近のダークエネルギー分光装置（DESI）データリリース2（DR2）による重粒子音響振動（BAO）測定、様々なIa型超新星キャリブレーション（Pantheon$^+$、DES-SN5YR、Union3）、およびCMB圧縮尤度を用いて、ダークエネルギーの進化の証拠を提示する。 解析では、対数型、指数型、CPL型、BA型、JBP型、Thawing型、Mirage型、GEDE型など、複数のダークエネルギーモデルを検証した。 DESI測定におけるダークエネルギーの進化の証拠は、主にLRG1およびLRG2トレーサーによってもたらされていることがわかった。 これらの組み合わせにより、$\omega_0 > -1$という好ましい値が得られるからである。 さらに他の測定結果を組み合わせて解析を拡張したところ、すべての進化型ダークエネルギーモデルが、$\omega_0 > -1$、$\omega_a < 0$、および$\omega_0 + \omega_a < -1$（Quintom-B）を特徴とする進化型ダークエネルギーシナリオを支持することがわかりました。 実際、私たちの結果は、最大$3$-$3.6\sigma$の有意水準で$\Lambda$CDMモデルからの逸脱を示しており、DES-SN5YRサンプルが最も大きな偏差を示しました。 DES-SN5YRサンプルから低$z$のSN Ia測定結果を除外すると、進化型ダークエネルギーの優先性は、低赤方偏移（$z < 0.01$）の超新星サンプルによって有意にバイアスされていることがわかります。 $\omega(z)$ の発展は、ほとんどの動的ダークエネルギーモデルにおいて $z \sim 0.5$ 付近でファントム交差を示し、$f_{DE}(z)$ の発展は、ダークエネルギーの進化的性質をさらに裏付けています。 モデルの証拠に対するベイズ解析は、低 $z$ 超新星データを含めることで、JBP や Mirage などの進化的ダークエネルギーモデルの支持が大幅に強化される一方、低 $z$ データが除外されると、モデルは決定的ではない、あるいは弱い支持に戻ることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider scalar perturbations of the Reissner--Nordstr\"{o}m family and the Kerr family. We derive a characteristic expression of the radiation field, at any given unit solid angle of future null infinity, and numerically show that its amplitude gets excited only in the extremal case. Our work, therefore, identifies an observational signature for extremal black holes. Moreover, we show that the source of the excitation is the extremal horizon instability and its magnitude is exactly equal to the conserved horizon charge. | 我々はライスナー-ノルドシュトラ\"{o}m族とカー族のスカラー摂動を考察する。 我々は、未来のヌル無限遠の任意の単位立体角における放射場の特性表現を導出し、その振幅が極限状態の場合にのみ励起されることを数値的に示す。 したがって、我々の研究は、極限ブラックホールの観測的特徴を特定するものである。 さらに、我々は、励起の源が極限地平不安定性であり、その大きさが保存される地平電荷と正確に等しいことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a predictive $SO(10)$ Grand Unified Theory (GUT) framework for cosmic inflation in the Palatini $\mathcal{R}^2$ formulation of gravity. In this model, a GUT Higgs field both drives inflation and induces intermediate-scale symmetry breaking, thereby linking primordial cosmology, gauge unification, and topological defect formation. A partial inflationary phase of $N_I \sim 10$--$17$ $e$-folds following monopole formation can dilute magnetic monopoles to abundances $Y_M \sim 10^{-35}$--$10^{-27}$. The model yields Cosmic Microwave Background (CMB) predictions of $0.955 \lesssim n_s \lesssim 0.974$, accommodating the tensions between Planck-BICEP ($n_s \approx 0.965$) and Planck+ACT ($n_s \approx 0.971$) via $\phi < M$ and $\phi > M$ branches repectively. The predicted tensor-to-scalar ratio $r \lesssim 8\times10^{-4}$ lies within current observational constraints and is accessible to forthcoming experiments, including the Simons Observatory and LiteBIRD. The resulting correlations between the unification scale $M_U$, the inflationary observables $(n_s, r)$, and proton-decay lifetimes highlight a complementarity between CMB measurements and proton-decay searches, with regions of parameter space testable in forthcoming experiments such as Hyper-Kamiokande and DUNE. | 我々は、パラティーニ重力理論の$\mathcal{R}^2$定式化における宇宙インフレーションに対する予測的な$SO(10)$大統一理論（GUT）枠組みを提案する。 このモデルでは、GUTヒッグス場がインフレーションを駆動するとともに中間スケールの対称性の破れを誘発し、それによって原始宇宙論、ゲージ統一、そして位相欠陥形成を結びつける。 モノポール形成に続く$N_I \sim 10$～$17$ e$倍の部分インフレーション相は、磁気モノポールを$Y_M \sim 10^{-35}$～$10^{-27}$組成まで希釈する可能性がある。 このモデルは、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の予測値として$0.955 \lesssim n_s \lesssim 0.974$を与え、それぞれ$\phi < M$および$\phi > M$分岐を介してPlanck-BICEP（$n_s \approx 0.965$）とPlanck+ACT（$n_s \approx 0.971$）間の緊張関係を吸収します。 予測されるテンソル対スカラー比$r \lesssim 8\times10^{-4}$は、現在の観測的制約の範囲内にあり、シモンズ天文台やLiteBIRDを含む今後の実験にも適用可能です。 統一スケール$M_U$、インフレーション観測量$(n_s, r)$、および陽子崩壊寿命の間の相関関係は、CMB測定と陽子崩壊探索の相補性を強調しており、パラメータ空間の領域はハイパーカミオカンデやDUNEなどの今後の実験で検証可能である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The existence of fluctuations at the early stage of the universe provides enough confidence to rely on averaging methods. However, the nonlinearity of general relativity makes this process extremely difficult. Several methods have been proposed to study inhomogeneous cosmology and address the averaging problem, such as Buchert's spatial averaging. In this work, early cosmic inflation is investigated using the Buchert equations and the Mori-Zwanzig projection operator formalism. The coarse-grained description derived from these approaches acts as a geometrical source of early cosmic inflation through higher-order differential equations. The theoretical results, while not an exact match, exhibit close agreement with observational data, demonstrating the robustness of the model and its potential for further cosmological applications. | 宇宙の初期段階における揺らぎの存在は、平均化手法に頼るのに十分な信頼性を与える。 しかしながら、一般相対論の非線形性は、このプロセスを極めて困難にする。 ブッヘルトの空間平均化など、非一様宇宙論を研究し、平均化問題に対処するためのいくつかの手法が提案されている。 本研究では、ブッヘルト方程式とモリ・ツヴァンツィッヒ射影作用素形式を用いて、初期宇宙インフレーションを調査する。 これらのアプローチから導かれる粗視化記述は、高階微分方程式を通じて初期宇宙インフレーションの幾何学的情報源として機能する。 理論結果は完全には一致しないものの、観測データとほぼ一致しており、モデルの堅牢性と、さらなる宇宙論への応用の可能性を示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that the trace anomaly of quantum field theory is sufficient to enforce strong cosmic censorship in any stationary spacetime with an inner horizon of nonzero surface gravity. In the two-dimensional dilaton reduction of four-dimensional Einstein--Maxwell theory coupled to $N$ conformal fields, the anomaly-induced Polyakov term yields a finite $\langle T_{vv}\rangle \to \frac{N}{48\pi}\kappa_-^2$ near the Cauchy horizon, while the affine-frame energy grows as $T_{kk}\propto e^{2\kappa_- v}$. The resulting tidal blow-up converts the inner horizon into a null, Tipler--strong singularity. The mechanism is local, universal, and state-independent, and extends to Kerr/Kerr--Newman, $\Lambda>0$, and nonsingular interiors. Thus, the trace anomaly is the minimal quantum ingredient restoring strong cosmic censorship. | 量子場の理論のトレース異常は、非零表面重力の内地平線を持つ任意の定常時空において、強い宇宙検閲を強制するのに十分であることを示す。 $N$ 共形場と結合した4次元アインシュタイン-マクスウェル理論の2次元ディラトン還元において、異常によって誘起されたポリヤコフ項は、コーシー地平線付近で有限の $\langle T_{vv}\rangle \to \frac{N}{48\pi}\kappa_-^2$ を生じ、一方、アフィンフレームエネルギーは $T_{kk}\propto e^{2\kappa_- v}$ とともに増加する。 結果として生じる潮汐爆発は、内地平線をヌルのティプラー強特異点に変換する。 このメカニズムは局所的、普遍的、かつ状態非依存であり、カー/カー-ニューマン、$\Lambda>0$、そして非特異内部にまで拡張される。 したがって、トレース異常は、強い宇宙検閲を回復させる最小限の量子成分である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Two fundamentally distinct quantities are both called "eikonal" in present amplitudes literature. The unitarity of the S-matrix ensures it can be written as the exponential of a Hermitian operator. The eikonal generator or Magnusian, which is the classical limit of the expectation value of that operator, generates all scattering observables. The leading order classical behavior of the phase of S-matrix elements is called the eikonal phase, and it coincides with the classical on-shell action. We demonstrate that the eikonal generator (Magnusian) and the eikonal phase (classical on-shell action) are inequivalent and find the exact general relationship between them. That relationship explains the special case of integrable scattering in which the two do coincide up to a Legendre transformation and explains why such a correspondence fails in general when spin or radiation are included. | 現在の振幅に関する文献では、根本的に異なる2つの量はどちらも「アイコナール」と呼ばれています。 S行列のユニタリー性により、S行列はエルミート演算子の指数関数として表すことができます。 アイコナール生成子、あるいはマグヌシアンは、その演算子の期待値の古典的極限であり、すべての散乱観測量を生成します。 S行列要素の位相の主要次数の古典的挙動はアイコナール位相と呼ばれ、古典的なオンシェル作用と一致します。 我々は、アイコナール生成子（マグヌシアン）とアイコナール位相（古典的なオンシェル作用）が同等ではないことを実証し、それらの間の正確な一般的な関係を見出します。 この関係は、ルジャンドル変換を除いて両者が一致する可積分散乱の特殊なケースを説明し、スピンや輻射が含まれる場合にそのような対応が一般に成り立たない理由を説明します。 |