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| Original Text | 日本語訳 |
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| While the effects of solar mass change can be neglected in studies of solar periapsis shifts-given the relevant timescales and magnitude of change-the influence of a black hole's dynamic and chaotic mass variation on the Periapsis Shift of test particles in its surrounding spacetime demands a detailed and meticulous investigation. Recognizing that black hole mass variation is inherently a continuous and dynamic process, but the extended timescales required for such variations allow us, to employ a static, frame-by-frame approach. We're assuming constant mass within individual frames, while permitting inter-frame mass evolution to prob the effects of mass loss on orbital dynamics. Using this method, we investigate whether the Periapsis Shift in the extremal limit can serve as evidence for the Weak Gravity Conjecture (WGC), addressing the conjecture's role in preserving black hole integrity during evaporation. Subsequently, we analyze the Periapsis Shift under Aschenbach-like conditions, where a stable photon sphere generates non-monotonic orbital velocity profiles, to assess its dynamical impact on relativistic precession. Finally, we synthesize the combined effects of extremality and the presence of stable photon sphere, revealing profound modifications to the Periapsis Shift profile, including prograde-to-retrograde transitions and radial dependencies. Our results demonstrate that the Periapsis Shift--not merely its magnitude but its qualitative orbital behavior--allows a meaningful experimental probe for the WGC in strong-field regimes. | 太陽の近点シフトの研究では、関連するタイムスケールと変化の規模を考慮すれば、太陽質量変化の影響は無視できるが、ブラックホールの動的かつカオス的な質量変動が周囲の時空におけるテスト粒子の近点シフトに与える影響については、詳細かつ綿密な調査が必要である。 ブラックホールの質量変化は本質的に連続的で動的なプロセスであるが、そのような変動に必要な長時間スケールにより、静的なフレームごとのアプローチを採用することができることを認識している。 個々のフレーム内では質量が一定であると仮定する一方で、フレーム間の質量変化は許容し、質量損失が軌道ダイナミクスに与える影響を調査する。 この方法を用いて、極限限界における近点シフトが弱重力予想（WGC）の証拠となり得るかどうかを調査し、蒸発中にブラックホールの完全性を維持するという予想の役割を論じる。 次に、安定な光子球が非単調な軌道速度プロファイルを生成するアッシェンバッハのような条件下での近点シフトを解析し、相対論的歳差運動への力学的影響を評価する。 最後に、極限性と安定な光子球の存在の複合効果を統合し、順行から逆行への遷移や動径依存性など、近点シフトプロファイルに生じる大きな変化を明らかにする。 我々の結果は、近点シフト（その大きさだけでなく、その定性的な軌道挙動）が、強磁場領域におけるWGCの有意義な実験的プローブとなることを実証している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We extend Beem's three completeness notions -- finite compactness, timelike Cauchy completeness, and Condition A -- originally defined for spacetimes, to Lorentzian length spaces and study their relationships. We prove that finite compactness implies timelike Cauchy completeness and that timelike Cauchy completeness implies Condition A for globally hyperbolic Lorentzian length spaces. Furthermore, for globally hyperbolic $C^{1}$-spacetimes under suitable assumptions ensuring good behavior of causal geodesics, we show that the three conditions are equivalent. These results can be regarded as a Hopf-Rinow type theorem for low-regularity Lorentzian geometry. The appendix presents examples of $C^{1}$-spacetimes -- where geodesic uniqueness may fail -- in which causal geodesics nevertheless behave well, illustrating the scope of our results. | 我々は、Beem の3つの完全性概念（有限コンパクト性、時間的コーシー完全性、条件A）を、もともと時空に対して定義されたものをローレンツ長空間に拡張し、それらの関係を研究する。 有限コンパクト性は時間的コーシー完全性を意味し、 時間的コーシー完全性は大域双曲型ローレンツ長空間の条件Aを意味することを証明する。 さらに、適切な仮定の下で大域双曲型 $C^{1}$-時空において、 因果測地線の良好な挙動を保証する場合、3つの条件が同値であることを示す。 これらの結果は、低正則性ローレンツ幾何学に対するホップ-リノウ型定理とみなすことができる。 付録では、測地線的一意性が破綻する可能性のある $C^{1}$-時空において、因果測地線が良好な挙動を示す例を示し、我々の結果の範囲を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a compact and reproducible method for general relativistic polarization transport in the Kerr metric that achieves median electric vector position angle (EVPA) residuals of $\langle Δ\mathrm{PA} \rangle \approx 0.09^\circ$, a 95th percentile of $0.31^\circ$, and a worst case $Δ\mathrm{PA} \lesssim 0.32^\circ$ for spins up to $|a/M|=0.9$, while maintaining a fivefold or greater speedup relative to a strict reference integrator. Across the benchmark grid, typical residuals remain at the sub-tenth-degree level, with only modest degradation ($Δ\mathrm{PA} \lesssim 2^\circ$) near the Thorne spin limit. Photon four-momenta $k^μ$ and polarization four-vectors $f^μ$ are advanced using a fourth order Runge-Kutta scheme with cached Christoffel symbols, maintaining the constraints $u\cdot f=0$ and $n\cdot f=0$, where $u^μ$ is the ZAMO four-velocity and $n^μ$ is the disk normal, while keeping $k\cdot f \simeq 0$. A physically motivated gauge is enforced by projecting the polarization into the local zero-angular-momentum observer (ZAMO) screen at every substep, ensuring numerical stability of the orthogonality constraints. Accuracy and performance are benchmarked over a representative grid in spin, inclination, image-plane azimuth, and radius. The method comfortably meets IXPE and NICER polarization tolerances and approaches EHT requirements. The approach provides a practical foundation for future general relativistic polarimetry and simulation pipelines. | 我々は、カー計量における一般相対論的分極輸送のためのコンパクトで再現性の高い手法を提示する。 この手法は、スピン$|a/M|=0.9$までにおいて、電気ベクトル位置角（EVPA）残差$\langle Δ\mathrm{PA} \rangle \approx 0.09^\circ$、95パーセンタイル$0.31^\circ$、最悪ケース$Δ\mathrm{PA} \lesssim 0.32^\circ$を達成し、厳密な基準積分器と比較して5倍以上の高速化を維持している。 ベンチマークグリッド全体にわたって、典型的な残差は10分の1以下のレベルにとどまり、ソーンスピン限界付近ではわずかな劣化（$Δ\mathrm{PA} \lesssim 2^\circ$）にとどまっている。 光子の4元運動量$k^μ$と偏光4元ベクトル$f^μ$は、キャッシュされたクリストッフェル記号を用いた4次ルンゲ・クッタ法を用いて、制約$u\cdot f=0$および$n\cdot f=0$を維持する。 ここで、$u^μ$はZAMOの4元速度、$n^μ$はディスク法線であり、$k\cdot f \simeq 0$を維持する。 物理的に動機付けられたゲージは、各サブステップで偏光を局所ゼロ角運動量観測器（ZAMO）スクリーンに投影することにより強制され、直交性制約の数値的安定性を確保する。 精度と性能は、スピン、傾斜、像面方位、半径の代表的なグリッド上でベンチマークされる。 この方法は、IXPEおよびNICERの偏光許容値を十分に満たし、EHTの要件に近づいている。 このアプローチは、将来の一般相対論的偏光測定およびシミュレーションパイプラインの実用的な基盤を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that dark stars, which are dark-matter-powered stars in the early universe, can grow by accretion to masses in the range $\mathscr{O}\left ({10}^4\right )-\mathscr{O}\left ({10}^7\right)\,{M_\odot}$ before the general-relativistic Feynman-Chandrasekhar instability causes their dynamical collapse to black holes. These accreting dark star configurations avoid standard stellar nuclear- and weak-interaction evolution that would lead to their demise long before they reached this supermassive size. Remarkably, this mechanism for supermassive black hole (SMBH) genesis is relatively robust to initial dark star mass, formation epoch, accretion rate and its history. The SMBHs produced this way can serve as seeds for even larger SMBHs $({\gtrsim}10^9\,M_\odot)$ that have been discovered at high redshift. | 初期宇宙において暗黒物質を動力源とする星であるダークスターは、一般相対論的ファインマン・チャンドラセカール不安定性によってブラックホールへと動的崩壊する前に、降着によって質量$\mathscr{O}\left({10}^4\right)-\mathscr{O}\left({10}^7\right)\,{M_\odot}$の範囲まで成長できることを示す。 これらの降着するダークスターの構成は、この超大質量サイズに達するはるか前に消滅につながる標準的な恒星核相互作用および弱い相互作用の進化を回避する。 驚くべきことに、この超大質量ブラックホール（SMBH）生成のメカニズムは、ダークスターの初期質量、形成時期、降着速度、およびその履歴に対して比較的ロバストである。 このようにして生成されたSMBHは、高赤方偏移で発見されたさらに大きなSMBH $({\gtrsim}10^9\,M_\odot)$ の種として機能する可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We employ the Poincaré section, fast Lyapunov indicator, recurrence analysis, bifurcation diagram and basins of attraction to investigate the dynamical behaviors of the motion of particles around a new dyonic Kerr-Newman black hole immersed in the Melvin-swirling universe presented in [A. Di Pinto, S. Klemm, and A. Viganò, J. High Energy Phys. {\bf 06}, 150 (2025)]. We note that the swirling parameter $j$ and magnetic field strength $B$ make the equations of motion for particles nonseparable, and confirm the presence of chaotic behavior in the motion in this dyonic Kerr-Newman-Melvin-swirling spacetime and its sub-cases by removing the conical singularities and removing both the conical singularities and the Dirac strings. We observe that both the number of chaotic orbits and the chaotic region increase with the increase of the parameters $j$ and $B$, but decrease as the electric charge $Q$, magnetic charge $H$ or spin parameter $a$ increases. Moreover, we find that the presence of $j$ changes the ranges of $B$, $Q$, $H$ and $a$ where the chaotic motion appears for particles. The swirling parameter together with the magnetic field strength, electric charge, magnetic charge and spin parameter yields richer physics in the motion of particles for the spacetime of a dyonic Kerr-Newman black hole immersed in the Melvin-swirling universe. | 我々はポアンカレ断面、高速リアプノフ指示子、回帰解析、分岐図、吸引域を用いて、[A. Di Pinto, S. Klemm, and A. Viganò, J. High Energy Phys. {\bf 06}, 150 (2025)] で提示されたメルビン旋回宇宙に浸漬された新しいダイオニックカー・ニューマンブラックホールの周りの粒子の運動の動的挙動を調査する。 我々は、旋回パラメータ $j$ と磁場強度 $B$ によって粒子の運動方程式が分離不可能になることに注目し、円錐特異点を除去し、円錐特異点とディラック弦の両方を除去することで、このダイオニックカー・ニューマン・メルビン旋回時空とそのサブケースにおける運動にカオス的挙動が存在することを確認する。 カオス軌道の数とカオス領域は、パラメータ$j$と$B$の増加とともに増加するが、電荷$Q$、磁荷$H$、またはスピンパラメータ$a$の増加とともに減少することが観察された。 さらに、$j$の存在によって、粒子にカオス運動が現れる$B$、$Q$、$H$、および$a$の範囲が変化することもわかった。 この旋回パラメータは、磁場強度、電荷、磁荷、およびスピンパラメータと相まって、メルビン旋回宇宙に浸されたダイオニック・カー・ニューマン・ブラックホールの時空における粒子運動に関するより豊かな物理特性をもたらす。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Extremely large mass-ratio inspirals (XMRIs), formed by brown dwarfs inspiraling into a massive black hole, emit gravitational waves (GWs) that fall within the detection band of future space-borne detectors such as LISA, TianQin, and Taiji. Their detection will measure the astrophysical properties of the MBH in the center of our galaxy (SgrA$^\ast$) with unprecedented accuracy and provide a unique probe of gravity in the strong field regime. Here, we estimate the benefit of using the GWs from XMRIs to constrain the Chern-Simons theory. Our results show that XMRI signals radiated from the late stages of the evolution are particularly sensitive to differences between Chern-Simons theory and general relativity. For low-eccentricity sources, XMRIs can put bounds on the Chern-Simons parameter $ζ$ at the level of $10^{-1}$ to an accuracy of $10^{-3}$. For high-eccentricity sources, XMRIs can put bounds on the parameter $ζ$ at the level of $10^{-1}$ to an accuracy of $10^{-6}$. Furthermore, using the time-frequency MCMC method, we obtain the posterior distribution of XMRIs in the Chern-Simons theory. Our results show that almost all the parameters can be recovered within $1σ$ confidence interval. For most of the intrinsic parameters, the estimation accuracy reaches $10^{-3}$. For the brown dwarf mass, the estimation accuracy reaches $10^{-1}$, while for $ζ$, the estimation accuracy reaches $Δ\log_{10}ζ=0.08$ for high eccentricity sources and 1.27 for low eccentricity sources. | 褐色矮星が巨大ブラックホールに吸い込まれることで形成される、極めて質量比の大きいインスパイラル（XMRI）は、LISA、天琴、太極といった将来の宇宙搭載検出器の検出帯域内に入る重力波（GW）を放射する。 その検出により、銀河系中心（SgrA$^\ast$）のMBHの天体物理学的特性をこれまでにない精度で測定できるようになり、強磁場領域における重力の独自の探査手段となる。 本稿では、XMRIからの重力波を用いてチャーン・サイモンズ理論を制約する利点を評価する。 その結果、進化の後期段階から放射されるXMRI信号は、チャーン・サイモンズ理論と一般相対性理論の相違に特に敏感であることが示された。 離心率の低い天体の場合、XMRIはチャーン・サイモンズパラメータ$ζ$に$10^{-1}$のレベルで$10^{-3}$の精度で境界を設けることができる。 高離心率天体の場合、XMRIはパラメータ$ζ$に$10^{-1}$のレベルで$10^{-6}$の精度で境界を設定することができる。 さらに、時間周波数MCMC法を用いて、チャーン・サイモンズ理論におけるXMRIの事後分布を求めた。 その結果、ほぼすべてのパラメータが$1σ$の信頼区間内で復元できることが示された。 ほとんどの固有パラメータの推定精度は$10^{-3}$に達する。 褐色矮星質量の場合、推定精度は$10^{-1}$に達する。 一方、$ζ$の場合、高離心率天体では推定精度は$Δ\log_{10}ζ=0.08$、低離心率天体では1.27に達する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a new effective method of algebraic classification of 2+1 geometries. Our approach simply classifies spacetimes using five real scalars, defined as specific projections of the Cotton tensor onto a suitable null basis. The algebraic type of a spacetime is determined by gradual vanishing of these scalars. We derive the Bel-Debever criteria, together with the multiplicity of the Cotton aligned null directions (CANDs). Additionally, we provide a frame-independent algorithm for classification based on the polynomial curvature invariants and show the equivalence to previous methods of classification. | 2+1幾何学の代数的分類のための新しい効果的な手法を提示する。 この手法は、コットンテンソルを適切なヌル基底に射影した5つの実スカラーを用いて時空を分類する。 時空の代数的型は、これらのスカラーが徐々に消滅することによって決定される。 ベル＝デベバー基準と、コットン整列ヌル方向（CAND）の多重度を導出する。 さらに、多項式曲率不変量に基づくフレーム非依存の分類アルゴリズムを提示し、従来の分類手法との等価性を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We test dark-energy-motivated screening mechanisms with near-Earth space-based measurements. Within a post-Newtonian treatment, we compute leading corrections to three observables, namely geodetic precession (Gravity Probe B), pericenter advance of LAGEOS-2, and Sagnac time delay in a prospective orbital configuration. We then map these corrections to bounds on chameleon, symmetron, and dilaton models. LAGEOS-2 data yield the strongest Earth-orbit limits for symmetron and dilaton models, while a prospective Sagnac setup provides the tightest constraint for chameleons. These results highlight the relevance of low-density, space-based experiments as sensitive probes of screened dark energy and exclude previously allowed regions of parameter space. | 我々は、地球近傍宇宙からの観測データを用いて、ダークエネルギーを動機とする遮蔽機構を検証する。 ポストニュートン理論に基づき、3つの観測量、すなわち測地歳差運動（重力探査機B）、LAGEOS-2の近点前進、そして将来の軌道構成におけるサニャック時間遅延に対する主要な補正を計算する。 そして、これらの補正値をカメレオン、シンメトロン、ディラトンモデルの軌道上における限界値にマッピングする。 LAGEOS-2のデータは、シンメトロンとディラトンモデルに対して最も強い地球軌道上の限界値を与え、将来のサニャック設定はカメレオンに対して最も厳しい制約値を与える。 これらの結果は、遮蔽されたダークエネルギーの高感度プローブとしての低密度宇宙実験の重要性を浮き彫りにし、これまで許容されていたパラメータ空間の領域を除外する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The scalar quantum probe method developed by Horowitz and Marolf is applied to the cylindrically symmetric Curzon solution. The main cause for choosing the Curzon solution is that it is the best known example that exhibits directional singularity. Interestingly the singularity at $r=0$, for the uncharged Curzon spacetime, which is classically very strong with a divergence rate of the order $\frac{1}{r^{10}}$ becomes regular when examined using scalar quantum field. The charged Curzon spacetime, however, due to the emergence of a second singularity off the $r=0$ singularity does not regularize quantum mechanically. All three different charged versions, i.e. electric, magnetic and dyonic share the same feature. | ホロウィッツとマロルフによって開発されたスカラー量子プローブ法を、円筒対称カーゾン解に適用する。 カーゾン解を選択した主な理由は、それが方向性特異点を示す最もよく知られた例であるためである。 興味深いことに、非荷電カーゾン時空における$r=0$における特異点は、古典的には非常に強く、発散率は$\frac{1}{r^{10}}$のオーダーであるが、スカラー量子場を用いて調べると正則化する。 しかし、荷電カーゾン時空は、$r=0$特異点から外れた第二の特異点の出現により、量子力学的には正則化されない。 荷電カーゾン時空における3つの異なるバージョン、すなわち電気、磁気、およびダイオンはすべて同じ特徴を共有する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the shadow properties in a recently proposed geometry of a rotating wormhole under realistic astrophysical conditions, particularly in the presence of a cold and non magnetized plasma environment surrounding the wormhole throat. Using the Hamilton Jacobi formalism, we derive the orbit equation under specific plasma density profiles, where we consider plasma as dispersive medium and disregard its influence on the background geometry. The electron density distribution is chosen to preserve a generalized Carter constant. We explore the shadow cast by this class of rotating wormhole in the presence of both homogeneous and non homogeneous plasma as seen by an asymptotic observer. The photon regions are visualized, and the influence of geometric parameters, plasma parameters, and the observer inclination angle with the rotation axis on the resulting shadow morphology is analyzed. We tried to implement constraints on the plasma and the geometrical parameters of the wormhole such as the spin parameter and the deviation (from Kerr) parameter in the back drop of recent observational bounds coming from the deviation from circularity of the shadow boundary ($ΔC$) and deviation of the average shadow radius from Schwarzschild ($δ$). The bound on $ΔC$ is satisfied by the theoretically allowed range of parameters thus not found very useful to put any constraint, we could impose stringent constraints on the parameters based on the observed value of $δ$. By comparing the optical characteristics of the image of these wormholes with those of Kerr black holes under analogous plasma conditions, we identify the features that could serve as discriminants for similar types of compact objects. | 我々は、現実的な天体物理学的条件下、特にワームホールの周囲に冷たく非磁化プラズマ環境が存在する場合の回転ワームホールの、最近提案された形状における影の特性を調査する。 ハミルトン・ヤコビ形式を用いて、特定のプラズマ密度プロファイルにおける軌道方程式を導出する。 ここでは、プラズマを分散媒質とみなし、背景形状への影響は無視する。 電子密度分布は、一般化カーター定数を維持するように選択される。 我々は、漸近観測者から見た均質および非均質プラズマの両方が存在する場合の、この種の回転ワームホールによって投影される影を調査する。 光子領域を視覚化し、形状パラメータ、プラズマパラメータ、および回転軸に対する観測者の傾斜角が、結果として生じる影の形態に与える影響を解析する。 我々は、影の境界の円形度からの偏差（$ΔC$）と平均影半径のシュワルツシルトからの偏差（$δ$）に基づく最近の観測限界を背景に、プラズマとワームホールの幾何学的パラメータ（スピンパラメータやカーパラメータからの偏差など）への制約を適用しようと試みた。 $ΔC$の上限は理論的に許容されるパラメータの範囲を満たすため、制約を課すことはあまり有用ではないが、観測された$δ$値に基づいてパラメータに厳しい制約を課すことができた。 これらのワームホールの像の光学特性を、類似のプラズマ条件下でのカーブラックホールの像の光学特性と比較することにより、類似したタイプのコンパクト天体の識別に役立つ特徴を特定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It is established that black holes have entropy and behave as thermodynamical systems. Associating entropy to gravitational fields has not remained limited to black holes, necessitating the notion of the second law of thermodynamics in gravitating systems. There have been many ideas and attempts to prove the second law in gravitational systems starting from first principles. Within the covariant phase space formalism, we define gravitational entropy as the charge associated with the local boosts, detaching the gravitational entropy from horizons or trapped surfaces. Our definition encompasses and generalizes the existing notions of entropy. Using this definition for the Einstein gravity case, we compute variations of the entropy along the path of any causal observer and establish that the entropy variations are always non-negative if the matter content satisfies the strong energy condition integrated along any segment of the causal path. | ブラックホールはエントロピーを持ち、熱力学系として振舞うことが確立されている。 エントロピーと重力場の関連づけはブラックホールに限ったことではなく、重力系における熱力学第二法則の概念が必要となる。 第一原理から始めて、重力系における熱力学第二法則を証明しようとする多くのアイデアや試みがなされてきた。 共変位相空間形式において、我々は重力エントロピーを局所ブーストに伴う電荷として定義し、重力エントロピーを地平線や捕捉面から切り離す。 我々の定義は、既存のエントロピーの概念を包含し、一般化する。 この定義をアインシュタインの重力の場合に適用し、任意の因果的観測者の経路に沿ったエントロピーの変化を計算し、物質内容が因果的経路の任意のセグメントに沿って積分された強いエネルギー条件を満たす場合、エントロピーの変化は常に非負となることを確立する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a systematic framework for solving the initial value problem for relativistic hydrodynamics formulated as a gradient expansion. Secular growth is handled by a suitable covariant resummation scheme, which reorganises the degrees of freedom at each order in the expansion while preserving the sum. Our scheme can be applied to any order in the gradient expansion; we provide the explicit formulation at first and second orders. When working to first order, we find that the BDNK equations of motion emerge as an intermediate step in a calculation performed in the Landau frame. We show that non-hydrodynamic modes appear only in such intermediate calculations and cancel when evaluating solutions to the required order. Our procedure does not introduce any other fields or require any additional initial data beyond those appearing in the theory of ideal fluids. | 我々は、勾配展開として定式化された相対論的流体力学の初期値問題を解くための体系的な枠組みを提供する。 永年成長は、和を保存しながら展開の各次数における自由度を再構成する適切な共変再総和スキームによって処理される。 我々のスキームは勾配展開の任意の次数に適用でき、1次および2次における明示的な定式化を提供する。 1次まで作業すると、BDNKの運動方程式が、ランダウフレームで実行される計算の中間ステップとして現れることがわかる。 非流体力学的モードは、このような中間計算でのみ現れ、要求された次数までの解を評価するときに打ち消されることを示す。 我々の手順では、理想流体の理論に現れるもの以外の場は導入されず、追加の初期データも必要ない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this article, we construct a family of spherically symmetric thin-shell wormholes within scalar-tensor theories of gravity. In the case of wormholes symmetric across the throat, we study the matter content and analyze the stability of the static configurations under radial perturbations. We apply the formalism to two particular examples involving Einstein-Maxwell gravity coupled to a conformal scalar field. In both scenarios, we show that stable configurations are possible for suitable values of the parameters involved. | 本稿では、重力のスカラー・テンソル理論に基づき、球対称な薄殻ワームホール族を構築する。 スロートを挟んで対称なワームホールの場合、物質内容を調べ、動径摂動下における静的構成の安定性を解析する。 この定式化を、共形スカラー場と結合したアインシュタイン・マクスウェル重力に関する2つの具体的な例に適用する。 どちらのシナリオにおいても、関係するパラメータの適切な値において、安定な構成が可能であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we present the complete transformations of a generic metric from harmonic to Newman-Unti coordinates up to the second post-Minkowskian order $(G^2)$. This allows us to determine the asymptotic shear, the Bondi mass aspect, and the angular-momentum aspect at both orders. | 本論文では、調和座標からニューマン・ウンティ座標への一般計量の完全な変換を、ポストミンコフスキー第2次オーダー$(G^2)$まで提示する。 これにより、両オーダーにおける漸近的シアー、ボンディ質量アスペクト、そして角運動量アスペクトを決定することができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The forthcoming space-based gravitational-wave observatory Laser Interferometer Space Antenna (LISA) should enable the detection of Extreme Mass Ratio Inspirals (EMRIs), in which a stellar-mass compact object gradually inspirals into a supermassive black hole while emitting gravitational waves. Modeling the waveforms of such systems is a challenging task, requiring precise computation of energy and angular momentum fluxes as well as proper treatment of orbital resonances, during which two fundamental orbital frequencies become commensurate. In this work, we perform a systematic comparison of fluxes derived from three approaches: the quadrupole formula, post-Newtonian approximations, and time-domain solutions of the Teukolsky equation. We show that quadrupole-based fluxes remain in good agreement with Teukolsky results across a broad range of orbital configurations, including perturbed orbits. Building on these insights, we explore the dynamical impact of resonance crossings within the adiabatic approximation. By introducing novel numerical methods, we reduce computational costs and uncover diverse resonance-crossing behaviors. These results contribute to the effort to understand theoretically and model adequately resonance crossings during an EMRI. | 今後打ち上げ予定の宇宙重力波観測衛星レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）は、極限質量比インスパイラル（EMRI）の検出を可能にすると期待されている。 EMRIとは、恒星質量のコンパクト天体が重力波を放射しながら徐々に超大質量ブラックホールへとインスパイラルしていく現象である。 このようなシステムの波形をモデル化することは困難な作業であり、エネルギーと角運動量のフラックスの正確な計算に加え、2つの基本軌道周波数が一致する軌道共鳴の適切な処理が必要となる。 本研究では、四重極公式、ポストニュートン近似、およびテウコルスキー方程式の時間領域解という3つのアプローチから導出されるフラックスを体系的に比較する。 その結果、摂動軌道を含む広範囲の軌道構成において、四重極ベースのフラックスがテウコルスキーの結果と良好な一致を示すことがわかった。 これらの知見に基づき、断熱近似における共鳴交差の動的影響を探求する。 新たな数値解析手法を導入することで、計算コストを削減し、多様な共鳴交差挙動を明らかにする。 これらの結果は、EMRI中の共鳴交差を理論的に理解し、適切にモデル化する取り組みに貢献する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Pulsar timing arrays probe isotropic stochastic gravitational wave (GW) backgrounds in the nanohertz band but are insensitive to its parity-violating component. Motivated by recent progress in pulsar polarization arrays, we study the response of pulsar polarimetry to GWs and evaluate its potential to detect circular polarization in isotropic stochastic GW backgrounds, which characterizes parity violation. Based on geometric optics, we derive the rotation of the polarization of electromagnetic waves induced by propagation through a GW background. We show that the cross-correlation between pulsar timing and polarimetry signals isolates the circular polarization component from the GW intensity, sharing the same Hellings-Downs angular pattern. With future facilities such as the SKA, timing-polarimetry correlations could reach sensitivities to the circular polarization of GWs comparable to those of the current astrometric methods. | パルサータイミングアレイは、ナノヘルツ帯の等方性確率的重力波（GW）背景をプローブしますが、そのパリティ破れ成分には鈍感です。 近年のパルサー偏光アレイの進歩に着目し、我々はパルサー偏光測定の重力波への応答を研究し、等方性確率的重力波背景におけるパリティ破れを特徴付ける円偏光の検出可能性を評価します。 幾何光学に基づき、重力波背景の伝播によって誘起される電磁波の偏光の回転を導出します。 パルサータイミング信号と偏光測定信号の相互相関により、円偏光成分が重力波強度から分離され、同じヘリングス・ダウンズ角パターンを共有することがわかります。 SKAなどの将来の施設では、タイミングと偏光測定の相関により、現在の天体測定法と同等の重力波の円偏光に対する感度が得られる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we demonstrate that the first law of holographic pseudo-entropy, which is a non-Hermitian generalization of entanglement entropy in a two-dimensional conformal field theory (CFT), is equivalent to the perturbative Einstein equation in three-dimensional de Sitter (dS) space, assuming the dS/CFT correspondence. Our analysis reveals that the geodesic that accurately satisfies the first law of holographic pseudo-entropy consists of a timelike curve and a curve whose coordinates are complex. We also demonstrate that infinitesimal changes to the pseudo entropy satisfy a Klein-Gordon equation in two-dimensional de Sitter space. These imply the emergence of a time coordinate from a Euclidean CFT in dS/CFT. | 本論文では、2次元共形場理論（CFT）におけるエンタングルメントエントロピーの非エルミート一般化であるホログラフィック擬エントロピーの第一法則が、dS/CFT対応を仮定した上で、3次元ド・ジッター（dS）空間における摂動論的アインシュタイン方程式と等価であることを示す。 解析の結果、ホログラフィック擬エントロピーの第一法則を正確に満たす測地線は、時間的曲線と複素座標を持つ曲線から構成されることが明らかになった。 また、擬エントロピーの微小変化が2次元ド・ジッター空間におけるクライン・ゴルドン方程式を満たすことも示す。 これらは、dS/CFTにおいてユークリッドCFTから時間座標が出現することを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| We study an entropy-based framework to analyze gravitational-wave signals from core-collapse supernovae. We use waveforms generated by numerical simulations and analyze them in both the time domain and the time-frequency domain using short-time Fourier and continuous wavelet transforms. From each representation, we compute four entropy measures -- Shannon, exponential, Rényi, and Tsallis -- and apply three feature selection methods to identify the most informative features. We then train machine-learning classifiers on these features to compare the performance of different methodological combinations. We find that the combination of Rényi entropy from the wavelet domain and the Relief-F selection method yields the most effective discrimination among different gravitational-wave signals. | 我々は、重力波信号を解析するためのエントロピーに基づく枠組みを研究する。 数値シミュレーションによって生成された波形を用い、短時間フーリエ変換と連続ウェーブレット変換を用いて、時間領域と時間周波数領域の両方で解析する。 それぞれの表現から、シャノンエントロピー、指数エントロピー、レーニエントロピー、ツァリスエントロピーの4つのエントロピー尺度を計算し、3つの特徴選択法を適用して最も有益な特徴を特定する。 次に、これらの特徴を用いて機械学習分類器を訓練し、異なる手法の組み合わせの性能を比較する。 その結果、ウェーブレット領域のレーニエントロピーとRelief-F選択法を組み合わせることで、異なる重力波信号を最も効果的に識別できることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
|---|---|
| In this work, we study the constraints on the characteristic parameters $(ζ,b)$ of the Deser-Woodard nonlocal gravity model in a static and spherically symmetric background, using four classes of high-precision Solar-System experiments: stellar light deflection, Shapiro time delay, perihelion advance, and geodetic precession. From geodesic equations, we derive observable geometric quantities that can be directly compared with VLBI/VLBA astrometry, the Cassini time-delay measurement, MESSENGER data and the GP-B/LLR results. Our results show that a larger value of $b$ suppresses the nonlocal effect more rapidly with radius, thereby weakening the overall constraints on $ζ$. The perihelion advance exhibits the strongest sensitivity to $ζ$ around $b\simeq 1.06$, providing the tightest single experiment bound, whereas away from this region the combined constraint becomes dominated by the Shapiro time delay. Incorporating all four experiments yields a well-defined and sharply bounded allowed region for the parameter space $(ζ,b)$. | 本研究では、恒星の光の偏向、シャピロ時間遅延、近日点前進、測地歳差という4種類の高精度太陽系実験を用いて、静的かつ球対称な背景におけるデザー・ウッダード非局所重力モデルの特性パラメータ $(ζ,b)$ への制約条件を研究する。 測地線方程式から、VLBI/VLBA 天文測定、カッシーニ時間遅延測定、メッセンジャーデータ、GP-B/LLR 結果と直接比較できる観測可能な幾何学的量を導出する。 結果は、$b$ の値が大きいほど、半径とともに非局所効果がより急速に抑制され、それによって $ζ$ への全体的な制約条件が弱まることを示している。 近日点前進は $b\simeq 1.06$ 付近で $ζ$ に対する感度が最も強く、最も厳しい単一実験の境界を与えるが、この領域から離れると、複合制約条件はシャピロ時間遅延によって支配的になる。 4つの実験すべてを組み込むと、パラメータ空間$(ζ,b)$に対して明確に定義され、明確に境界が定められた許容領域が得られます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a new static, spherically symmetric black hole spacetime embedded in a dark matter halo whose density follows the cored Burkert profile. Starting from the halo-only geometry determined by the rotation curve relation, we solve the Einstein equations with the Burkert stress-energy and enforce a Schwarzschild boundary condition, obtaining closed form metric functions in which the halo contribution deforms the redshift or shape functions and reduces to the Schwarzschild limit when the halo parameters vanish. On this background we study linear perturbations of test fields with spins $s=0,1,2$ and compute their quasinormal spectra using both a high order WKB scheme and continued fraction method, complemented by time domain evolutions. We find that increasing either the Burkert core radius $r_0$ or the central density $ρ_0$ generically shifts the real part of the frequencies upward and enhances damping, while the multipole index $l$ primarily increases the oscillation frequency with a milder impact on the decay rate. The two frequency extraction methods agree to within small, systematic offsets across the explored parameter space. Our results quantify how a cored dark matter environment imprints itself on the ringdown of a central black hole and provide benchmarks for future gravitational wave tests of halo properties. | 我々は、密度がコア付きビュルケルトプロファイルに従う暗黒物質ハローに埋め込まれた、静的で球対称な新しいブラックホール時空を構築する。 回転曲線関係によって決定されるハローのみの幾何学から出発し、ビュルケルトの応力エネルギーを用いてアインシュタイン方程式を解き、シュワルツシルト境界条件を強制することで、ハローの寄与が赤方偏移または形状関数を変形し、ハローパラメータがゼロとなるシュワルツシルト極限まで減少する閉形式の計量関数を得る。 このような背景のもと、我々はスピン$s=0,1,2$を持つテストフィールドの線形摂動を研究し、高次WKBスキームと連分数法、そして時間領域発展を補完する手法を用いて、その準正規スペクトルを計算する。 ビュルケルトコア半径$r_0$または中心密度$ρ_0$のいずれかを増加させると、一般的に周波数の実部が上方にシフトし、減衰が促進される一方、多重極指数$l$は主に振動周波数を増加させ、減衰率への影響はより小さいことを明らかにした。 2つの周波数抽出法は、探索されたパラメータ空間全体にわたって、小さな系統的なオフセットの範囲内で一致しました。 私たちの結果は、コア化された暗黒物質環境が中心ブラックホールのリングダウンにどのように影響するかを定量化し、将来の重力波ハロー特性検証のためのベンチマークを提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Newborn magnetars are important gravitational wave sources due to their ultra-strong magnetic fields and fast spins, and the entire population in the Universe may significantly contribute to the stochastic gravitational wave background (SGWB). In this work, we investigate the SGWB from newborn magnetars and assess its detectability by the advanced LIGO (aLIGO) and Einstein Telescope (ET) based on three typical formation mechanisms of magnetars, i.e., the $α-Ω$ dynamo, convective dynamo, and magnetic flux conservation. For the two dynamo scenarios, when calculating the SGWB, we creatively incorporate the anti-correlations between the magnetic fields and initial spin periods $P_{\rm i}$ with the initial dipole-field distribution of newborn magnetars. For the flux-conservation scenario, a bimodal lognormal form is adopted to describe the distribution of initial dipole fields, and all magnetars are assumed to have the same $P_{\rm i}$. Our results show that the SGWB from newborn magnetars may be undetectable by the aLIGO and ET if the magnetars are formed due to these mechanisms since the signal-to-noise ratio of the SGWB with respect to the ET for an observation time of one year is only 0.37 for the $α-Ω$ dynamo, $3\times10^{-4}$ for the convective dynamo, and at most 0.21 for the flux conservation. | 新生マグネターは、その超強力な磁場と高速スピンのために重要な重力波源であり、宇宙に存在する全種族が確率的重力波背景放射（SGWB）に大きく寄与している可能性がある。 本研究では、マグネターの典型的な3つの形成メカニズム、すなわち、$α-Ω$ダイナモ、対流ダイナモ、磁束保存則に基づいて、新生マグネターからのSGWBを調査し、先進LIGO（aLIGO）およびアインシュタイン望遠鏡（ET）による検出可能性を評価する。 2つのダイナモシナリオにおいて、SGWBを計算する際に、新生マグネターの初期双極子磁場分布と磁場と初期スピン周期$P_{\rm i}$の間の反相関を独創的に組み込む。 フラックス保存則のシナリオでは、初期双極子磁場の分布を記述するために双峰性対数正規分布が採用され、すべてのマグネターは同じ$P_{\rm i}$を持つと仮定される。 我々の実験結果は、マグネターがこれらのメカニズムによって形成された場合、新生マグネターからのSGWBはaLIGOとETでは検出できない可能性があることを示している。 これは、観測期間1年におけるETに対するSGWBの信号対雑音比が、$α-Ω$ダイナモではわずか0.37、対流ダイナモでは$3\times10^{-4}$、フラックス保存則では最大0.21に過ぎないからである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that the canonical formulation of the semiclassical Einstein equation, where the matter terms in the constraints are replaced by expectation values of the corresponding operators in quantum states, is inconsistent due to the non-closure of the resulting constraint algebra. | 制約条件内の物質項が量子状態における対応する演算子の期待値に置き換えられた半古典的アインシュタイン方程式の標準定式化は、結果として得られる制約代数の非閉包性により矛盾していることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study gravitational wave emission from periodic orbits of a test particle around a noncommutative-inspired black hole surrounded by quintessence. Using the zoom-whirl taxonomy, which is characterized by three topological numbers $(z, w, v)$, we classify these orbits and calculate several representative gravitational waveforms for certain periodic orbits. We find that the noncommutative parameter $Θ$ and the quintessence field significantly modify both the orbital structure and the emitted waveforms. In particular, increasing $Θ$ leads to a phase shift and a change in amplitude in the waveform, while higher zoom numbers produce more complicated substructures. The characteristic strain spectra peak in the millihertz range, lying within the sensitivity band of the LISA detector. Moreover, the presence of the quintessence field introduces significant modifications to these waveforms, imprinting measurable deviations that could be tested or constrained by future space-based gravitational wave detectors. These results suggest that future space-based gravitational wave missions could probe or constrain noncommutative effects in strong gravitational fields. | 我々は、クインテッセンスに囲まれた非可換ブラックホールを周回するテスト粒子の周期軌道からの重力波放射を研究する。 3つの位相数$(z, w, v)$で特徴付けられるズーム旋回分類法を用いてこれらの軌道を分類し、特定の周期軌道についていくつかの代表的な重力波形を計算する。 その結果、非可換パラメータ$Θ$とクインテッセンス場が、軌道構造と放射波形の両方に大きな変化を与えることがわかった。 特に、$Θ$が増加すると波形の位相シフトと振幅の変化が生じ、ズーム数が大きいほどより複雑な部分構造が形成される。 特徴的な歪みスペクトルはミリヘルツ領域でピークを示し、これはLISA検出器の感度帯域内にある。 さらに、クインテッセンス場の存在はこれらの波形に大きな変化をもたらし、将来の宇宙設置型重力波検出器によって検証または制約される可能性のある測定可能な偏差を刻み込む。 これらの結果は、将来の宇宙ベースの重力波ミッションによって、強い重力場における非可換効果を調査または制限できる可能性があることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Spaceborne gravitational wave observatories, exemplified by the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) mission, are designed to remove laser noise and clock noise from interferometric phase measurements in postprocessing. The planned observatories will utilize electro-optic modulators (EOMs) to encode the onboard clock timing onto the beam phase. Recent research has demonstrated the advantage of introducing an optical frequency comb (OFC) in the metrology system with the modified framework of time-delay interferometry (TDI): the removal of the EOM and the simultaneous suppression of the stochastic jitter of the laser and the clock in the observation band. In this paper, we explore an alternative approach with the OFC-based metrology system. We report that after proper treatment, it is possible to use the measured carrier-carrier heterodyne frequencies to monitor the time derivative of the pseudoranges, which represent the physical light travel time and the clock difference. This approach does not require changing the existing TDI framework, as previous OFC based efforts did. We also present the experimental demonstration of our scheme using two separate systems to model two spacecraft. Using this novel approach, we synchronize the two independent phase measurement systems with an accuracy better than 0.47 ns, while the stochastic jitter in the observation band is suppressed down to the setup sensitivity around the LISA performance levels at 15 pm/sqrt(Hz). | レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）ミッションに代表される宇宙搭載重力波観測装置は、干渉計による位相測定から後処理でレーザーノイズとクロックノイズを除去するように設計されています。 計画されている観測装置は、電気光学変調器（EOM）を用いて、搭載クロックタイミングをビーム位相にエンコードします。 最近の研究では、時間遅延干渉計（TDI）の改良フレームワークを用いて計測システムに光周波数コム（OFC）を導入することの利点が実証されています。 すなわち、EOMの除去と、観測帯域におけるレーザーとクロックの確率的ジッタの同時抑制です。 本稿では、OFCベースの計測システムを用いた代替アプローチを検討します。 適切な処理を施すことで、測定されたキャリア間ヘテロダイン周波数を用いて、物理的な光の移動時間とクロック差を表す擬似距離の時間微分を監視できることを報告します。 このアプローチでは、以前のOFCベースの取り組みのように、既存のTDIフレームワークを変更する必要はありません。 また、2つの独立したシステムを用いて2機の宇宙船をモデル化した本方式の実験的実証も示す。 この革新的なアプローチを用いることで、2つの独立した位相測定システムを0.47ns以下の精度で同期させると同時に、観測帯域における確率的ジッタをLISAの性能レベル付近のセットアップ感度である15pm/sqrt(Hz)まで抑制することができた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational-wave astronomy presents an exciting opportunity to provide an independent measurement of the expansion rate of the Universe. By combining inferences for the binary component masses and luminosity distances from individual observations, it is possible to infer $H_0$ without direct electromagnetic counterparts or galaxy catalogs. However, this relies on theoretical gravitational-wave models, which are known to be incomplete descriptions of the full predictions of general relativity. Although the accuracy of our models are improving, they are also becoming increasingly expensive as additional phenomena are incorporated. In this work, we demonstrate that there is no significant advantage in including spin-precession and higher-order multipole moments when inferring $H_0$ via the mass spectrum method for current and near-future gravitational-wave event numbers. Even when simulating a population of highly precessing and preferentially asymmetric-mass-ratio binaries, we show that the inferred $H_0$ posterior changes minimally. Using a simpler, less accurate model, achieves comparable $H_0$ estimates with six times less computational cost (on average). Using computationally cheaper models for single event inference may become crucial as thousands of gravitational-wave observations are expected to be detected in the near future. | 重力波天文学は、宇宙の膨張速度を独立に測定できる刺激的な機会を提供します。 個々の観測から得られた連星系構成質量と光度距離の推定値を組み合わせることで、直接的な電磁波対応物や銀河カタログなしに$H_0$を推定することが可能です。 しかし、これは理論的な重力波モデルに依存しており、これは一般相対性理論の完全な予測を完全に記述するものではないことが知られています。 私たちのモデルの精度は向上していますが、新たな現象が組み込まれるにつれて、モデルのコストはますます高くなっています。 本研究では、現在および近い将来の重力波イベント数について、質量スペクトル法を用いて$H_0$を推定する際に、スピン歳差運動と高次多重極モーメントを含めることに大きな利点がないことを示します。 歳差運動が強く、質量比が非対称な連星系の集団をシミュレートした場合でも、推定された$H_0$事後分布は最小限の変化しか示さないことを示します。 より単純で精度の低いモデルを用いることで、計算コストを平均で6分の1に抑えながら、同等の$H_0$推定値を得ることができます。 近い将来、数千もの重力波観測が検出されると予想されるため、単一イベント推定に計算コストの低いモデルを用いることは重要になる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Pursuing our analysis of [1], we study the gravitational solution space around a null hypersurface in the bulk of spacetime, such as a black hole or a cosmological horizon. We discuss the corresponding characteristic initial value problem both in the metric and Newman-Penrose formalisms, and establish an explicit dictionary between the two. This allows us to identify Weyl-covariant structures in the solution space, including hierarchies of recursion relations encoding the flux-balance laws. We then establish a correspondence between the gravitational phase space at null infinity and the subleading phase space around the null hypersurface at finite distance. This connection is naturally formulated within the Newman-Penrose formalism by performing a partially off-shell conformal compactification and identifying the analogue of the Ashtekar-Streubel symplectic structure in the radial expansion near the null hypersurface. Using this framework, we identify the celestial $Lw_{1+\infty}$ symmetries in the subleading phase space at finite distance by constructing their canonical generators and imposing self-duality conditions. This allows us to define a notion of covariant radiation, whose absence gives rise to an infinite tower of conserved charges, revealing physical quantities relevant to observers near black hole or cosmological horizons. As a concrete illustration, we consider the case of the self-dual Taub-NUT black hole. | [1] の解析を進めて、ブラックホールや宇宙の地平線など、時空の大部分にあるヌル超曲面の周囲の重力解空間を調べる。 計量形式とニューマン-ペンローズ形式の両方で対応する特性初期値問題を議論し、両者の間の明示的な辞書を確立する。 これにより、フラックスバランス法則をエンコードする再帰関係の階層を含む、解空間内のワイル共変構造を特定できる。 次に、ヌル無限大における重力位相空間と有限距離にあるヌル超曲面の周囲のサブリーディング位相空間との間の対応を確立する。 この接続は、ニューマン-ペンローズ形式の範囲内で、部分的にオフシェルの共形コンパクト化を実行し、ヌル超曲面近くの動径展開でアシュテカー-ストルーベルシンプレクティック構造の類似物を特定することによって自然に定式化される。 この枠組みを用いて、有限距離におけるサブリーディング位相空間における天体の$Lw_{1+\infty}$対称性を、それらの正準生成元を構築し、自己双対性条件を課すことで特定する。 これにより、共変放射の概念を定義することが可能になり、共変放射が存在しない場合には保存電荷の無限の塔が生じ、ブラックホールや宇宙の地平線付近の観測者にとって重要な物理量が明らかになる。 具体的な例として、自己双対タウブ-NUTブラックホールの場合を考える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A universal contribution exists in the infrared (low frequency) regime of all gravitational waves, which results from nonlinear memory. Nonlinear memory is sourced by linear order gravitational waves and exists for any gravitational-wave background. We calculate the stochastic nonlinear memory signal of various stochastic backgrounds of cosmological (scalar induced, reheating, phase transition, topological defect, turbulence) and astrophysical (binary mergers of stellar-mass, intermediate mass, supermassive, and primordial black holes) origins. These results allow us to derive the complete frequency spectrum of cosmological and astrophysical SGWB. We calculate how to probe the thermal state of the universe, i.e. the equation of the state, via the memory spectrum's slope and also discuss the detection prospects at various frequency bands with future experiments. | すべての重力波の赤外線（低周波）領域には、非線形メモリに起因する普遍的な寄与が存在する。 非線形メモリは線形秩序の重力波に由来し、あらゆる重力波背景に対して存在する。 我々は、宇宙論的起源（スカラー誘起、再加熱、相転移、位相欠陥、乱流）および天体物理学的起源（恒星質量、中間質量、超大質量、および原始ブラックホールの連星合体）の様々な確率的背景の確率的非線形メモリ信号を計算する。 これらの結果から、宇宙論的および天体物理学的SGWBの完全な周波数スペクトルを導出することができる。 我々は、メモリスペクトルの傾きを介して宇宙の熱的状態、すなわち状態方程式を調べる方法を計算し、また、将来の実験による様々な周波数帯域での検出の見通しについても議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves (GWs) propagating through the universe can be microlensed by stellar and intermediate-mass objects. Lensing induces frequency-dependent amplification of GWs, which can be computed using \texttt{GLoW}, an accurate code suitable for evaluating this factor for generic lens models and arbitrary impact parameters depending on the lens configuration. For parameter inference, we employ the DINGO algorithm, a machine learning framework based on neural posterior estimation, a simulation-based inference method that uses normalizing flows to efficiently approximate posterior distributions of the physical parameters. As a proof-of-principle, we demonstrate that it enables efficient parameter estimation of diffracted GW signals using an isolated point mass lens model. This method can be useful for rapidly identifying microlensed events within large GW catalogs and for conducting population studies of compact binaries. Compared to traditional parameter estimation techniques, we find that combining DINGO with importance sampling can provide efficient estimation of the background Bayes-factor distribution, which is required in evaluating the significance of candidate lensed events. However, for foreground (lensed) events, care must be taken, as sampling efficiency can decrease when the lensed data lie outside the distribution learned by the unlensed DINGO network. Our framework can be naturally extended to more complex and realistic lens models, allowing detailed analyses of the microlensed GWs. | 宇宙を伝播する重力波（GW）は、恒星や中間質量の天体によってマイクロレンズ効果を受ける可能性があります。 レンズ効果は周波数に依存した重力波の増幅を引き起こし、これは \texttt{GLoW} を使用して計算できます。 GLoW は、一般的なレンズモデルとレンズ構成に依存する任意の影響パラメータについてこの係数を評価するのに適した正確なコードです。 パラメータ推論には、ニューラル事後推定に基づく機械学習フレームワークである DINGO アルゴリズムを使用します。 これは、正規化フローを使用して物理パラメータの事後分布を効率的に近似するシミュレーションベースの推論手法です。 原理証明として、孤立した点質量レンズモデルを使用して、回折された重力波信号の効率的なパラメータ推定が可能になることを実証します。 この方法は、大規模な重力波カタログ内でマイクロレンズ効果を受けたイベントを迅速に識別したり、コンパクト連星の種族研究を行うのに役立ちます。 従来のパラメータ推定手法と比較して、DINGOと重要度サンプリングを組み合わせることで、レンズ効果を受けた候補事象の重要度評価に必要な背景ベイズ係数分布を効率的に推定できることが分かりました。 ただし、前景（レンズ効果を受けた）事象については、レンズ効果が受けていないDINGOネットワークによって学習された分布から外れるとサンプリング効率が低下する可能性があるため、注意が必要です。 本フレームワークは、より複雑で現実的なレンズ効果を受けた重力波モデルにも自然に拡張でき、マイクロレンズ効果を受けた重力波の詳細な分析が可能になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave signals from compact binary coalescences offer a powerful and reliable probe of General Relativity. To date, the LIGO-Virgo-KAGRA collaboration has provided stringent consistency tests of General Relativity predictions. In this work, we present forecasts for the accuracy with which General Relativity can be tested using third-generation ground-based interferometers, focusing on Einstein Telescope (ET) and binary black hole mergers. Given the expected high detection rate, performing full Bayesian analyses for each event becomes computationally challenging. To overcome this, we adopt a Fisher matrix approach, simulating parameter estimation in an idealized observation scenario, which allows us to study large populations of compact binary coalescences with feasible computational efforts. Within this framework, we investigate the constraints that ET, in its different configurations, can impose on inspiral post-Newtonian coefficients, by jointly analyzing events using a Bayesian hierarchical methodology. Our results indicate that ET could in principle achieve an accuracy of $\mathcal{O}(10^{-7})$ on the dipole radiation term and $\mathcal{O}(10^{-3})$ on higher-order post-Newtonian coefficients, for both the triangular and the two L-shaped designs, with $10^4$ catalog events. We also assess the number of detections required to confidently identify deviations from General Relativity at various post-Newtonian orders and for different detector configurations. | コンパクト連星合体からの重力波信号は、一般相対性理論を検証する強力かつ信頼性の高い手段となる。 これまで、LIGO-Virgo-KAGRA協力により、一般相対性理論の予測に対する厳格な整合性検証が行われてきた。 本研究では、アインシュタイン望遠鏡（ET）と連星ブラックホール合体に焦点を当て、第三世代地上型干渉計を用いて一般相対性理論を検証できる精度の予測を示す。 高い検出率が予想されるため、各イベントについて完全なベイズ解析を行うことは計算上困難となる。 これを克服するために、我々はフィッシャー行列アプローチを採用し、理想的な観測シナリオにおけるパラメータ推定をシミュレートする。 これにより、実現可能な計算量で多数のコンパクト連星合体を研究することができる。 この枠組みの中で、ベイズ階層的手法を用いてイベントを共同で解析することにより、ETの様々な構成がインスパイラルポストニュートン係数に課す制約を調査する。 我々の結果は、ETが原理的に、三角形設計と2つのL字型設計の両方において、カタログイベント数が10^4個の場合、双極子放射項で$\mathcal{O}(10^{-7})$、高次ポストニュートン係数で$\mathcal{O}(10^{-3})$の精度を達成できることを示しています。 また、様々なポストニュートン次数と異なる検出器構成において、一般相対論からの逸脱を確実に特定するために必要な検出回数を評価します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves (GWs) are direct probes of cosmological gravity, sensitive to space-time inhomogeneities along their propagation. The presence of massive objects breaks homogeneity and isotropy, allowing for new interactions between different GW polarizations, and opening up the intriguing opportunity to test modified gravity theories. This setup generalizes the notion of gravitational deflection and lensing, revealing novel phenomena in modified theories. Any non-minimal theory introduces effective mass terms for GWs, causing \textit{lens-induced dispersion} (LID), a frequency-dependent phase shift on the waveform. We compute GW dispersion in Einstein's general relativity (GR) for a spherical matter distribution, finding a small but non-zero phasing that is potentially accessible to next-generation detectors. We then extend our analysis to scalar-tensor theories, focusing on symmetron gravity as an example of screened theory, combining cosmological deviations and consistency with local gravity tests. We find enhanced GW dispersion in a large region of the symmetron parameter space, compared to both GR and Brans-Dicke theory. We argue that dispersion, associated to an effective mass for the metric fluctuations, can in some cases prevent the propagation of GWs through some astrophysical bodies, turning them into reflectors. Our analysis shows that the Earth becomes an efficient GW shield for a hitherto unconstrained region of the symmetron parameter space, leading to a $\sim 50\%$ fraction of events becoming unobservable or at least displaying a dramatic modification of the detector antenna response. The richness and universality of dispersive phenomena in non-minimal theories open a new avenue to test theories of dynamical dark-energy, relevant in light of recent observational results challenging the $Λ$CDM paradigm. | 重力波（GW）は宇宙重力の直接的なプローブであり、伝播に沿った時空不均一性に敏感である。 質量を持つ天体の存在は均質性と等方性を破り、異なる重力波偏向間の新たな相互作用を可能にし、修正重力理論を検証する興味深い機会を開く。 この設定は重力偏向と重力レンズ効果の概念を一般化し、修正理論における新たな現象を明らかにする。 非極小理論はいずれも重力波に有効質量項を導入し、波形の周波数依存位相シフトである\textit{レンズ誘起分散}（LID）を引き起こす。 我々は、アインシュタインの一般相対性理論（GR）における球状物質分布に対する重力分散を計算し、次世代検出器で利用可能な可能性のある小さいながらもゼロではない位相シフトを発見した。 次に、解析をスカラーテンソル理論に拡張し、遮蔽理論の例として対称子重力に焦点を当て、宇宙論的偏差と局所重力テストとの整合性を組み合わせます。 一般相対論とブランス・ディッケ理論の両方と比較して、対称子パラメータ空間の広い領域で重力波の分散が増大していることがわかった。 計量変動の有効質量に関連する分散は、場合によっては重力波が一部の天体を通過するのを妨げ、それらを反射体に変える可能性があると我々は主張する。 我々の解析は、地球がこれまで制約を受けていなかった対称子パラメータ空間の領域に対する効率的な重力波シールドとなり、事象の$\sim 50\%$の割合が観測不能になるか、少なくとも検出器アンテナ応答に劇的な変化を示すことを示している。 非極小理論における分散現象の豊富さと普遍性は、$Λ$CDMパラダイムに挑戦する最近の観測結果に照らして、関連性のある動的ダークエネルギー理論を検証する新しい道を開く。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the impact of instrumental and astrophysical systematics on dark energy constraints derived from Type~Ia supernova (SN-Ia) observations. Using simulated datasets consistent with current SN-Ia measurements, we explore how uncertainties in photometric calibration, intergalactic dust, progenitor evolution in luminosity and light-curve stretch, and intrinsic color scatter affect the inferred dark energy equation of state parameters (w0, wa). We test the Generalised Scale Factor (GEN) evolution and benchmark it against three time-evolving dark energy models; namely Chevallier Polarski Linder (CPL), Jassal Bagla Padmanabhan (JBP) and Logarithmic (LOG) parametrizations; comparing their sensitivity to these systematic effects. Calibration biases and progenitor evolution emerge as the dominant sources of uncertainty, while simpler parametrisations, viz. GEN, which directly describes the expansion rate, remains relatively stable under all systematic injections, unlike CPL, JBP and LOG that rely on the dark energy equation of state. These findings underscore the need for sub-per cent calibration precision and enhanced astrophysical modelling to ensure the robustness of dark energy inferences from current and future SN-Ia cosmology experiments. | 我々は、Ia型超新星（SN-Ia）観測から得られるダークエネルギー制約に対する機器および天体物理学的系統的影響を調査する。 現在のSN-Ia測定値と一致するシミュレートされたデータセットを使用して、測光較正、銀河間ダスト、光度と光度曲線伸縮における前駆星の進化、および固有色散乱における不確実性が、推定されるダークエネルギー状態方程式パラメータ（w0、wa）にどのように影響するかを調べる。 我々は、一般化スケール係数（GEN）の進化をテストし、3つの時間発展ダークエネルギーモデル、すなわち、シュヴァリエ・ポラスキー・リンダー（CPL）、ジャッサール・バグラ・パドマナバン（JBP）、および対数（LOG）パラメータ化に対してベンチマークし、これらの系統的影響に対する感度を比較する。 較正バイアスと前駆星の進化が不確実性の主な原因として浮上する一方で、より単純なパラメータ化、すなわち、膨張率を直接記述するGENは、ダークエネルギーの状態方程式に依存するCPL、JBP、LOGとは異なり、あらゆる系統的注入に対して比較的安定しています。 これらの発見は、現在および将来のSN-Ia宇宙論実験によるダークエネルギー推論の堅牢性を確保するために、1%未満の較正精度と強化された天体物理学的モデリングの必要性を強調しています。 |