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| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a hitherto unexplored neutrino background emerging from the mechanism of quenched superradiance of rotating primordial black holes. The quenching of the phenomenon happens through fermionic production, in our case neutrino production, from the boson cloud formed due to superradiance. The couplings involved in these interactions are bounded from above through several studies. In this work we put lower bounds on such scalar and vector couplings. | 我々は、回転する原始ブラックホールの超放射の消光メカニズムから生じる、これまで未解明だったニュートリノ背景放射を提案する。 この現象の消光は、超放射によって形成されたボソン雲からのフェルミオン生成（本研究ではニュートリノ生成）によって起こる。 これらの相互作用に関与する結合は、いくつかの研究によって上限が設定されている。 本研究では、そのようなスカラー結合とベクトル結合に下限を設定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Combined measurements of Baryon Acoustic Oscillations (BAO) from the Dark Energy Spectroscopic Survey (DESI), the Cosmic Microwave Background (CMB) and Type Ia Supernovae (SN Ia), have recently challenged the $Λ$-Cold Dark Matter ($Λ$CDM) paradigm, indicating potential evidence for a dynamical dark energy component. These results are usually obtained in the context of the dark energy equation-of-state (EoS) parameterizations, generally implying in phantom-crossing at intermediate redshifts. However, a general mapping between these parameterizations that yields approximately the same background observables clouds the inference of the true nature of dark energy in the context of these parametric methods. In this work, we propose a model-independent reconstruction of the dark energy density, which is more directly constrained than its EoS, based on the Gaussian Process (GP) regression method with the use of DESI DR2 BAO data and the Pantheon+, Union3 and DESY5 SN Ia samples. In addition, we perform a statistical comparison between the energy densities of $Λ$, a non-phantom thawing quintessence-type dark energy, and the Chevallier-Polarski-Linder parameterization with the reconstructed function. We find that all models agree with the GP reconstruction at 95\% C.L., with the largest discrepancy coming from $Λ$CDM with DESY5 at low redshifts. Even in this case, our findings suggest that it may be premature to claim statistically significant evidence for evolving or phantom dark energy with current DESI and SN Ia measurements. | ダークエネルギー分光サーベイ（DESI）、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）、そしてIa型超新星（SN Ia）による重粒子音響振動（BAO）の複合測定は、最近、$Λ$-冷たい暗黒物質（$Λ$CDM）パラダイムに疑問を投げかけ、動的ダークエネルギー成分の潜在的な証拠を示唆している。 これらの結果は通常、ダークエネルギー状態方程式（EoS）パラメータ化の文脈で得られ、一般的に中間赤方偏移におけるファントム交差を示唆している。 しかしながら、これらのパラメータ化間の一般的なマッピングは、ほぼ同じ背景観測量をもたらすため、これらのパラメトリック手法の文脈におけるダークエネルギーの真の性質の推論を曖昧にしている。 本研究では、DESI DR2 BAOデータとPantheon+、Union3、およびDESY5 SN Iaサンプルを用いたガウス過程（GP）回帰法に基づき、EoSよりも直接的に制約されるダークエネルギー密度のモデル非依存再構成を提案する。 さらに、再構成された関数を用いて、非ファントム解凍クインテッセンス型ダークエネルギーである$Λ$のエネルギー密度とChevallier-Polarski-Linderパラメータ化との間の統計的比較を行う。 すべてのモデルがGP再構成と95\% C.L.で一致し、最も大きな食い違いは低赤方偏移におけるDESY5の$Λ$CDMから生じることがわかった。 この場合でも、私たちの研究結果は、現在のDESIおよびSN Ia測定で、進化中またはファントムダークエネルギーの統計的に有意な証拠を主張するのは時期尚早であ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 study Einstein-Maxwell (non-null) sourcefree configurations that can be extended to any conformally invariant non-linear electrodynamics (CINLE) by a constant rescaling of the electromagnetic field. We first obtain a criterion which characterizes such extendable solutions in terms either of the electromagnetic invariants, or (equivalently) of the canonical Newman-Penrose form of the self-dual Maxwell field. This is then used to argue that all static configurations are extendable (more generally, all configurations admitting a non-null twistfree Killing vector field). One can thus draw from the extensive literature to straightforwardly extend to CINLE various known exact solutions, whereby the duality invariance of the Einstein-Maxwell theory allows for dyonic solutions even in more general theories. This is illustrated by a few explicit examples, including the homogeneous $Λ<0$ universe of Ozsváth, a black hole in the universe of Levi-Civita, Bertotti and Robinson, a generalization of the charged $C$-metric, and non-expanding gravitational waves in the Bonnor-Melvin background. | 我々は、電磁場の定数的再スケーリングによって任意の共形不変非線形電磁力学（CINLE）に拡張可能なアインシュタイン-マクスウェル（非ヌル）ソースフリー構成を研究する。 まず、そのような拡張可能な解を電磁不変量、あるいは（等価的に）自己双対マクスウェル場の標準ニューマン-ペンローズ形式のいずれかによって特徴付ける基準を得る。 次に、これを用いて、すべての静的構成（より一般的には、非ヌルのツイストフリーキリングベクトル場を許容するすべての構成）が拡張可能であることを主張する。 このように、広範な文献から様々な既知の厳密解をCINLEに直接拡張することができ、それによりアインシュタイン-マクスウェル理論の双対性不変性は、より一般的な理論においてもダイオン解を可能にする。 これは、オズヴァースの均質な $Λ<0$ 宇宙、レヴィ・チヴィタ、ベルトッティ、ロビンソンの宇宙のブラックホール、荷電された $C$ 計量の一般化、およびボナー・メルビン背景の非膨張重力波を含むいくつかの明示的な例によって説明されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct the graviton propagator in de Sitter space in a one-parameter family of noncovariant gauges. This family generalizes the simple gauge in which most graviton loop computations in de Sitter space have been performed. The resulting propagator has a relatively simple form and will facilitate checks of the gauge dependence of one-loop computations and proposed observables. | 我々は、非共変ゲージの1パラメータ族において、ド・ジッター空間における重力子伝播関数を構築する。 この族は、ド・ジッター空間における重力子ループ計算のほとんどが行われている単純ゲージを一般化する。 結果として得られる伝播関数は比較的単純な形を持ち、1ループ計算と提案された観測量のゲージ依存性の検証を容易にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We extend previous metric-based Schwarzschild studies of gravitational--electromagnetic (GEM) coupling to rotating black holes by working directly in a curvature-based Newman--Penrose/Teukolsky framework on Kerr spacetime. Within a minimally coupled Einstein--Maxwell system, we derive explicit quadratic electromagnetic source terms for the spin-$-2$ Teukolsky equation, providing a foundation for future numerical studies of GEM interactions in the framework of black-hole spectroscopy. Moreover, we give order-of-magnitude arguments showing that GEM quadratic quasinormal modes (QQNMs) can become relevant in a range of charged and magnetized astrophysical scenarios. Finally, we show through a brief dilaton-theory example that the GEM QQNM spectrum is sensitive to how gravity couples to electromagnetism, thereby providing a model-based way to test minimal coupling and to constrain hidden $U(1)$ sectors with gravitational-wave observations. | 我々は、カー時空における曲率に基づくニューマン-ペンローズ/トイコルスキー枠組みを直接用いることで、これまでの計量に基づくシュワルツシルトによる重力-電磁相互作用（GEM）研究を回転ブラックホールに拡張する。 最小結合のアインシュタイン-マクスウェル系において、スピン-2のトイコルスキー方程式の明示的な二次電磁波源項を導出し、ブラックホール分光法の枠組みにおけるGEM相互作用の将来的な数値研究の基礎を提供する。 さらに、GEM二次準正規モード（QQNM）が、様々な荷電・磁化天体物理学的シナリオにおいて重要になり得ることを示す桁違いの議論も示す。 最後に、簡単なディラトン理論の例を通して、GEM QQNMスペクトルが重力と電磁気の結合に敏感であることを示します。 これにより、モデルに基づいて最小結合をテストし、隠れた$U(1)$セクターを重力波観測で制限する方法が提供されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It is the object of the present paper to unimodularise a disformal bimetric scalar-tensor theory, thereby defining what we call bimodular gravity. We impose one unimodular constraint per metric via multipliers $λ_{1,2}$ and show that two natural implementations-a dual fixed-determinant (BUG) and a dual diffeomorphism-invariant (BHT/BDUG) formulation-are classically inequivalent. In BUG the relative volume element $ν=\sqrt{1-2BX}$ is fixed, enforcing a kinematic constraint on the biscalar and we derive the "bimodular cosmological constant" $Λ=λ_1+νλ_2$. In BHT/BDUG, $λ_{1,2}$ are individually constant but $ν$ (hence $BX$) remains dynamical. Recasting the theory in an Einstein-frame form, we derive the biscalar sound speed and identify a subluminal domain $1+B(V+λ_2)>0$. At the background level, BUG admits constant-roll solutions governed by first-order flow, whereas BHT supports solutions with time-dependent roll. These structural differences yield distinct, in-principle testable predictions for the expansion history, the dark-energy equation of state, and the propagation of biscalar perturbations. Finally, we present a diffeomorphism-invariant completion that correlates the two HT volume forms, reproducing the $Λ$ of BUG on shell whilst maintaining full covariance. | 本論文の目的は、非形式双計量スカラー-テンソル理論をユニモジュラ化し、いわゆる双計量重力を定義することである。 我々は乗数$λ_{1,2}$を介して計量ごとに1つのユニモジュラ制約を課し、2つの自然な実装、すなわち双対固定行列式（BUG）と双対微分同相不変（BHT/BDUG）定式化が古典的に同値でないことを示す。 BUGでは相対体積要素$ν=\sqrt{1-2BX}$が固定され、双計量スカラーに運動学的制約が課せられ、「双計量宇宙定数」$Λ=λ_1+νλ_2$が導出される。 BHT/BDUGでは、$λ_{1,2}$はそれぞれ定数であるが、$ν$（したがって$BX$）は動的のままである。 理論をアインシュタイン座標系に書き直すことで、双スカラー音速を導出し、光速以下の領域$1+B(V+λ_2)>0$を特定する。 背景レベルでは、BUGは一次流れに支配される一定ロール解を持つのに対し、BHTは時間依存ロールを持つ解を支持する。 これらの構造的差異は、膨張履歴、暗黒エネルギー状態方程式、そして双スカラー摂動の伝播について、それぞれ異なる、原理的に検証可能な予測をもたらす。 最後に、2つのHT体積形を相関させ、完全な共変性を維持しながらBUGのシェル上の$Λ$を再現する、微分同相不変な完備化を提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a generalized projective gauge theory of gravity and spinorial matter, incorporating both non-metricity and torsion. The work is divided into three parts. Part I provides a thorough review of General Relativity, Metric-Affine gauge theory and Thomas-Whitehead (TW) Gravity. Part II constructs a gauge gravitational theory based on the Projective General Linear Group, wherein the newly found projective symmetric teleparallel (PST) connections are defined. Generalizing to non-inertial frames, and using nonlinear gauge symmetry realizations to implement local Lorentz symmetry, we construct a general geometric framework that unifies TW and Metric-Affine gravity with projectively invariant spacetime torsion. We introduce projective generalized Higgs fields and show how certain gauge choices reduce these to fundamental projective fields, and how they may be used to define fundamental geometric objects such as the projective 2-frame and spacetime connection. A Lovelock-inspired action is shown to support only curvature (metric) dynamics, implying a topologically constrained Schouten field via the Pontrjagin density. The projective Pontrjagin density is shown to contain a new topological invariant, not present in the literature. Part III formulates projective spinors by defining gamma matrices via the projective linear group metric, then employing nonlinear gauge symmetry realizations to ensure local Lorentz covariance. A general spinor metric introduces a complex phase of redundancy. Requiring a real, Hermitian action leads to a projective Einstein-Cartan-type theory. An induced chiral mass emerges without CP violation. | 我々は、非計量性とねじれの両方を組み込んだ、重力とスピノル物質の一般化射影ゲージ理論を展開する。 この研究は3部に分かれている。 第1部では、一般相対性理論、計量アフィンゲージ理論、トーマス・ホワイトヘッド（TW）重力について徹底的にレビューする。 第2部では、射影一般線型群に基づくゲージ重力理論を構築し、その中で新たに発見された射影対称テレパラレル（PST）接続を定義する。 非慣性系に一般化し、非線形ゲージ対称性の実現を用いて局所ローレンツ対称性を実装することで、TW重力と計量アフィン重力を射影不変な時空ねじれと統合する一般的な幾何学的枠組みを構築する。 射影的に一般化されたヒッグス場を導入し、特定のゲージ選択によってこれらがどのように基本的な射影場に縮小されるか、また、それらを用いて射影2次元系や時空接続などの基本的な幾何学的対象をどのように定義できるかを示す。 ラブロックに着想を得た作用は、曲率（計量）ダイナミクスのみをサポートすることが示され、ポントリャギン密度を介して位相的に制約されたスハウテン場を示唆する。 射影ポントリャギン密度は、文献には存在しない新しい位相不変量を含むことが示される。 第3部では、射影線型群計量を介してガンマ行列を定義し、非線形ゲージ対称性の実現を用いて局所ローレンツ共変性を保証することで、射影スピノルを定式化する。 一般スピノル計量は、複雑な冗長性の位相を導入する。 実エルミート作用を必要とすることで、射影アインシュタイン-カルタン型理論が導かれる。 CP対称性の破れなしに、誘起カイラル質量が出現する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper offers a historical overview of the origins and enduring significance of gravitational particle creation, a groundbreaking discovery first formulated in Leonard Parker's 1966 doctoral thesis at Harvard University. By tracing the context in which Parker developed this idea and examining its subsequent influence, the paper highlights how the concept of gravitational particle creation advanced the study of quantum field theory in curved spacetime and profoundly shaped modern cosmology, as well as the quantum theory of black holes. | 本論文は、レナード・パーカーが1966年にハーバード大学で博士論文として発表した画期的な発見である重力粒子生成の起源と永続的な意義について、歴史的に概観する。 パーカーがこの概念を発展させた背景を辿り、その後の影響を検証することで、本論文は、重力粒子生成の概念が、曲がった時空における量子場の理論の研究をどのように発展させ、現代宇宙論、そしてブラックホールの量子論に深く影響を与えたかを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this article we investigate the properties of the asymptotically Schwarzschild-like metric as an alternative to the Schwarzschild solution in General Relativity. While asymptotically flat and similar to Schwarzschild at large distances $r$, this metric exhibits a fundamentally different strong-field behavior: it lacks an event horizon and is best interpreted as a traversable wormhole or a black hole surrounded by a specific anisotropic fluid, rather than a true vacuum solution. We analyze key phenomenological features, demonstrating significant deviations from Schwarzschild in the radii of the photon sphere and the Innermost Stable Circular Orbit (ISCO). Furthermore, we derive the Regge-Wheeler equation for gravitational and electromagnetic perturbations and compute the black hole shadow, providing a direct comparison with the Schwarzschild metric. Despite being ruled out by solar system tests, the exponential metric remains relevant for theories beyond standard GR, regular black hole models, and its connection to screened Yukawa potentials. | 本稿では、一般相対論におけるシュワルツシルト解の代替として、漸近的にシュワルツシルト的な計量の性質を調査する。 この計量は漸近的に平坦であり、遠距離$r$ではシュワルツシルトに類似するが、強磁場に対する挙動は根本的に異なる。 事象の地平線を持たず、真の真空解ではなく、通過可能なワームホールまたは特定の異方性流体に囲まれたブラックホールとして解釈するのが最も適切である。 主要な現象論的特徴を分析し、光子球の半径と最内安定円軌道（ISCO）においてシュワルツシルトからの大きな逸脱を示す。 さらに、重力および電磁気摂動に対するレッジェ・ウィーラー方程式を導出し、ブラックホールシャドウを計算して、シュワルツシルト計量との直接的な比較を行う。 太陽系のテストによって排除されているにもかかわらず、指数関数的測定基準は、標準一般相対論、通常のブラックホールモデル、遮蔽された湯川ポテンシャルとの関連を超えた理論にとって依然として重要です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the Coherence--Curvature Model (CCM), a dynamical ensemble of connected graphs governed by a Hamiltonian that couples algebraic connectivity, Ollivier-Ricci curvature, and an edge-density penalty. Using connected simulated annealing we generate low-energy graph configurations and characterize their emergent geometry through the spectral dimension (ds), the Hausdorff dimension (dh), and the average distance. Finite-size scaling shows a clear growth of ds with system size, while dh increases more mildly. At the largest volumes explored the data are compatible with ds ~ 4 and dh ~ 3, implying ds > dh and a nontrivial hierarchy between spectral and volumetric notions of dimension. We also map the dependence on the curvature coupling gamma and the locality coupling beta, and we find a slow power-law growth of typical distances with a small exponent eta. The CCM therefore provides a controlled numerical laboratory in which the interplay of coherence, curvature, and locality yields finite-dimensional, fractal-like geometries. | 我々はコヒーレンス-曲率モデル（CCM）を調査する。 これは、代数的連結性、オリヴィエ-リッチ曲率、およびエッジ密度ペナルティを結合したハミルトニアンによって支配される連結グラフの動的アンサンブルである。 連結シミュレーテッドアニーリングを用いて低エネルギーグラフ構成を生成し、その出現形状をスペクトル次元（ds）、ハウスドルフ次元（dh）、および平均距離によって特徴付ける。 有限サイズのスケーリングでは、システムサイズとともにdsが明確に増加するのに対し、dhの増加はより緩やかである。 調査した最大体積では、データはds ~ 4およびdh ~ 3と互換性があり、ds > dhであり、次元のスペクトル概念と体積概念の間に非自明な階層性があることを意味している。 また、曲率結合ガンマと局所性結合ベータへの依存性をマッピングし、小さな指数イータで典型的な距離が緩やかにべき乗法則で増加することを発見した。 したがって、CCM は、一貫性、曲率、局所性の相互作用によって有限次元のフラクタルのような形状を生成する、制御された数値実験室を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Motivated by weak null singularities in black hole interiors, we study 1+1 dimensional Lorentzian manifolds $(M,g)$ which admit a continuous spacetime extension across a null boundary $v=0$, where $v<0$ is a null coordinate. We study the degree to which such extensions are unique up to the boundary. Firstly, we find that in general not even the $C^0$-structure of the extension is uniquely determined by the assumption that the metric extends continuously. However, we exhibit an interesting local-global relation regarding the $C^0$-structure which in particular entails its rigidity for ''strongly spherically symmetric'' continuous extensions across the Cauchy horizon of the Reissner-Nordström spacetime. Secondly, we construct continuous extensions which have the same $C^0$-structure, but do not have equivalent $C^1$-structures. This construction also carries over to weak null singularities in 3+1 dimensions. Understanding the uniqueness properties of continuous spacetime extensions to the boundary is of importance for the study of low-regularity inextendibility problems. | ブラックホール内部の弱ヌル特異点に着目し、ヌル境界$v=0$（$v<0$はヌル座標）を横切る連続時空拡張を許容する1+1次元ローレンツ多様体$(M,g)$を研究する。 このような拡張が境界に至るまでどの程度一意であるかを研究する。 まず、一般に、計量が連続的に拡張するという仮定によって、拡張の$C^0$構造さえも一意に決定されないことを明らかにする。 しかし、$C^0$構造に関して興味深い局所的・大域的関係を示し、特にライスナー-ノルドストローム時空のコーシー地平線を横切る「強球対称」連続拡張に対しては、$C^0$構造が剛性を持つことを示唆する。 次に、同じ$C^0$構造を持ちながら、等価な$C^1$構造を持たない連続拡張を構築する。 この構築は、3+1次元の弱ヌル特異点にも適用される。 境界への連続的な時空拡張の一意性特性を理解することは、低正則性拡張不可能性問題の研究にとって重要です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the detectability and waveform systematics of sub-solar mass intermediate mass-ratio inspirals (SSM-IMRIs), characterized by mass ratios $q \sim 10^2-10^4$. Using the black hole perturbation theory surrogate model \textsc{BHPTNRSur1dq1e4} as a reference, we assess the performance of the \textsc{IMRPhenomX} phenomenological family in the high-mass-ratio regime. We find that the inclusion of higher-order gravitational wave modes is critical; their exclusion may degrade the signal-to-noise ratio by factors of $\sim3-5$ relative to quadrupole-only templates. With optimal mode inclusion, SSM-IMRIs are observable out to luminosity distances of $\sim575$ Mpc ($z\sim0.12$) with Advanced LIGO and $\sim10.5$ Gpc ($z\sim1.4$) with the Einstein Telescope. However, we identify substantial systematic uncertainties in current phenomenological approximants. Matches between \textsc{IMRPhenomX} and the reference surrogate model \textsc{BHPTNRSur1dq1e4} degrade to values as low as 0.2 for edge-on inclinations, and fitting factors consistently fall below 0.9, indicating a significant loss of effectualness in template-bank searches. Bayesian parameter estimation reveals that these modeling discrepancies induce systematic biases that exceed statistical errors by multiple standard deviations, underscoring the necessity for waveform models calibrated to perturbation theory in the intermediate mass-ratio regime for robust detection and inference. | 質量比が$q \sim 10^2-10^4$である太陽質量未満の中間質量比インスパイラル（SSM-IMRI）の検出可能性と波形の系統性を調査する。 ブラックホール摂動論の代替モデル\textsc{BHPTNRSur1dq1e4}を参照として、高質量比領域における\textsc{IMRPhenomX}現象論ファミリーの性能を評価する。 高次重力波モードを含めることが重要であり、それらを除外すると、四重極のみのテンプレートと比較して信号対雑音比が$\sim3-5$倍低下する可能性があることがわかった。 最適なモード包含により、SSM-IMRIはAdvanced LIGOでは光度距離$\sim575$ Mpc（$z\sim0.12$）、アインシュタイン望遠鏡では光度距離$\sim10.5$ Gpc（$z\sim1.4$）まで観測可能です。 しかしながら、現在の現象論的近似値には大きな系統的不確かさが存在します。 \textsc{IMRPhenomX}と参照サロゲートモデル\textsc{BHPTNRSur1dq1e4}の一致は、エッジオン傾斜角で0.2まで低下し、フィッティング係数は常に0.9を下回ります。 これは、テンプレートバンク検索における有効性の大幅な低下を示しています。 ベイズパラメータ推定により、これらのモデリングの不一致が、統計誤差を複数の標準偏差で超える体系的なバイアスを引き起こすことが明らかになり、堅牢な検出と推論のために中間質量比領域での摂動理論に合わせて調整された波形モデルの必要性が強調されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This study investigates the accretion process and observational signatures of thin accretion disks around a Schwarzschild black hole (BH) embedded in a Dehnen-type dark matter (DM) halo. We examine the influence of the density ρ_{s} and radius r_{s} of the DM halo on key disk properties, including the energy flux, temperature distribution, and emission spectrum. Our results show that all three of these quantities decrease with increasing ρ_{s} or r_{s}. Furthermore, by generating and analyzing both direct and secondary images of the accretion disk, we explore how the observational inclination angle and the DM halo parameters ρ_{s} and rs affect image profiles. Finally, the observed flux distributions are presented for different inclination angles. Our findings indicate that the accretion disk becomes colder and dimmer as the DM halo parameters increase, highlighting the significant role of DM in shaping BH observables. | 本研究では、デーネン型暗黒物質（DM）ハローに埋め込まれたシュワルツシルトブラックホール（BH）の周囲の薄い降着円盤の降着過程と観測的特徴を調査します。 DMハローの密度ρ_{s}と半径r_{s}が、エネルギー流束、温度分布、発光スペクトルなどの主要な円盤特性に与える影響を調べます。 結果は、これら3つの量すべてがρ_{s}またはr_{s}の増加とともに減少することを示しました。 さらに、降着円盤の直接画像と二次画像の両方を生成および解析することにより、観測傾斜角とDMハローパラメータρ_{s}およびrsが画像プロファイルにどのように影響するかを調べます。 最後に、観測されたフラックス分布を異なる傾斜角で示します。 私たちの研究結果は、DMハローパラメータが増加するにつれて降着円盤がより冷たく暗くなることを示し、BH観測量の形成におけるDMの重要な役割を浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the implementation of an anomaly-detection algorithm based on a deep convolutional autoencoder for the search for gravitational waves (GWs) in time-frequency spectrograms. Our method targets short-duration ($\lesssim 2\,\text{s}$) GW signals, exemplified by mergers of compact objects forming or involving an intermediate-mass black hole (IMBH). Such short signals are difficult to distinguish from background noise; yet their brevity makes them well-suited to machine-learning analyses with modest computational requirements. Using the data from the Einstein Telescope Mock Data Challenge as a benchmark, we demonstrate that the approach can successfully flag GW-like transients as anomalies in interferometer data of a single detector, achieving an initial detection efficiency of 23% for injected signals corresponding to IMBH-forming mergers. After introducing weak supervision, the model exhibits excellent generalisation and recovers all injected IMBH-forming mergers, independent of their total mass or signal-to-noise ratio, with a false-alarm rate due to statistical noise fluctuations of approximately 4.5 events per year for a single interferometer operating with a 100% duty cycle. The method also successfully identifies lower-mass mergers leading to the formation of black holes with mass larger than $\simeq 20\,M_\odot$. Our pipeline does not yet classify anomalies, distinguishing between actual GW signals and noise artefacts; however, it highlights any deviation from the learned background noise distribution for further scrutiny. These results demonstrate that anomaly detection offers a powerful, model-independent framework for future GW searches, paving the way toward fully automated and adaptive analysis pipelines. | 時間周波数スペクトログラムにおける重力波 (GW) の探索のための、深層畳み込みオートエンコーダに基づく異常検出アルゴリズムの実装を紹介します。 私たちの手法は、中間質量ブラックホール (IMBH) を形成するか、またはそれを含むコンパクトオブジェクトの合体によって例示される、持続時間の短い ($\lesssim 2\,\text{s}$) 重力波信号を対象としています。 このような短い信号は背景ノイズと区別するのが困難ですが、その短さから、計算要件がそれほど厳しくない機械学習分析に適しています。 アインシュタイン望遠鏡模擬データチャレンジのデータをベンチマークとして使用し、このアプローチにより、単一の検出器の干渉計データ内で重力波のような過渡現象を異常としてフラグ付けし、IMBH を形成する合体に対応する注入信号に対して 23% の初期検出効率を達成できることを実証しました。 弱い監督を導入した後、モデルは優れた一般化を示し、総質量や信号対雑音比に関わらず、注入されたすべてのIMBH形成合体を回復しました。 統計的ノイズ変動による誤報率は、100%デューティサイクルで動作する単一の干渉計の場合、年間約4.5イベントです。 この方法はまた、質量が$\simeq 20\,M_\odot$よりも大きいブラックホールの形成につながる低質量合体も適切に識別します。 私たちのパイプラインは、実際の重力波信号とノイズアーティファクトを区別して異常を分類するわけではありませんが、学習した背景ノイズ分布からの逸脱を強調表示して、さらに精査できるようにします。 これらの結果は、異常検出が将来の重力波探索のための強力でモデルに依存しないフレームワークを提供し、完全に自動化された適応型分析パイプラインへの道を開くことを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The innermost stable circular orbit (ISCO) offers a fundamental test of spacetime structure. However, its behavior in higher-dimensional black holes influenced by anisotropic energy-momentum tensors remains insufficiently explored. In this work, we investigate the upper bound of the ISCO in higher-dimensional, static, spherically symmetric, and asymptotically flat black hole spacetimes in the presence of an anisotropic energy-momentum tensor. The energy-momentum tensor is assumed to satisfy the weak energy condition, possess a non-positive trace, and obey constraints on radial and tangential pressures, collectively equivalent to the dominant energy condition with additional constraints. By analyzing the effective potential for timelike geodesics and imposing ISCO conditions, we demonstrate the general absence of an upper bound on the ISCO radius in higher-dimensional spacetimes. For dimensions greater than or equal to eight, an ISCO may not exist, depending on the radial and tangential components of the energy-momentum tensor. If an ISCO exists, its radius remains unbounded. These findings advance our understanding of orbital stability in higher-dimensional gravitational systems and highlight fundamental differences from four-dimensional black hole dynamics. | 最内安定円軌道（ISCO）は時空構造の基礎的な検証を提供する。 しかし、異方性エネルギー運動量テンソルの影響を受ける高次元ブラックホールにおけるISCOの挙動は十分に解明されていない。 本研究では、異方性エネルギー運動量テンソルが存在する高次元、静的、球対称、漸近平坦なブラックホール時空におけるISCOの上限を調査する。 エネルギー運動量テンソルは、弱エネルギー条件を満たし、非正値トレースを持ち、動径圧力と接線圧力に関する制約に従うものと仮定する。 これらの制約は、支配的なエネルギー条件に追加の制約が課された場合と等価である。 時間的測地線の有効ポテンシャルを解析し、ISCO条件を課すことで、高次元時空におけるISCO半径の上限が一般的に存在しないことを示す。 8次元以上の場合、エネルギー運動量テンソルの動径成分と接線成分によっては、ISCOが存在しない可能性がある。 ISCOが存在する場合、その半径は無限大のままです。 これらの発見は、高次元重力系における軌道安定性の理解を深め、4次元ブラックホールの力学との根本的な違いを浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the images of black holes by gluing two Schwarzschild spacetimes with a thin shell where the Israel junction conditions are satisfied. By studying the refraction law for null geodesics at the spherical shell, and taking account of the light travel time delay, the images are obtained by ray tracing a geometrically and optically thin accretion disk. For a static shell we identify three signatures: a redshift cusp at the shell, a V-shaped profile of the transfer function $r(b)$, and a loss of the one-to-one correspondence between photon spheres and photon rings on the observer's screen. During the collapse of the shell, the spacetime evolves from a stage with a single photon sphere inside the shell, through an intermediate stage with double photon spheres, and finally to a spacetime with a single photon sphere outside the shell. However, when the shell is released from a large distance, the corresponding images never show two separate photon rings, even in the stage with two photon spheres. In addition, the motion of the shell leads to a discontinuity in the redshift factor. These signatures provide a practical basis for testing the Israel junction in black hole spacetimes. | 我々は、イスラエル接合条件を満たす薄い殻で2つのシュワルツシルト時空を接着することにより、ブラックホールの像を研究する。 球殻におけるヌル測地線の屈折則を研究し、光の移動時間遅延を考慮することで、幾何学的かつ光学的に薄い降着円盤を光線追跡することで像を得る。 静的な殻の場合、我々は3つの特徴を特定する。 すなわち、殻における赤方偏移カスプ、伝達関数$r(b)$のV字型プロファイル、そして観測者のスクリーンにおける光子球と光子リング間の1対1対応の喪失である。 殻の崩壊過程において、時空は殻の内側に1つの光子球を持つ段階から、2つの光子球を持つ中間段階を経て、最終的に殻の外側に1つの光子球を持つ時空へと進化する。 しかし、殻が遠距離から解放されると、対応する像は、たとえ2つの光子球を持つ段階であっても、2つの別々の光子リングを示すことはない。 さらに、殻の運動は赤方偏移因子の不連続性をもたらします。 これらの特徴は、ブラックホール時空におけるイスラエル接合を検証するための実用的な基盤を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The prediction of spacetime singularities, regions of infinite curvature where classical physics breaks down, is one of the most profound challenges in General Relativity (GR). In particular, black hole solutions such as the Schwarzschild and Kerr metrics feature central singularities that signal the incompleteness of the theory in high curvature regimes. This thesis is devoted to the study of modified theories of gravity that aim to resolve these singularities and construct physically viable models of regular black holes: black holes that retain an event horizon but exhibit no curvature divergence anywhere in the spacetime ... Throughout the thesis, particular care is taken to ensure that the proposed models are physically sensible: they reduce to GR in the appropriate limits and lead to well behaved curvature scalars. Collectively, these results highlight the viability of regular black hole models in modified gravity theories, providing a promising path toward a consistent semiclassical description of black holes that avoids the need for quantum gravitational resolution of singularities. (Full abstract can be found in document). | 時空特異点（古典物理学が破綻する無限曲率領域）の予測は、一般相対性理論（GR）における最も深遠な課題の一つです。 特に、シュワルツシルト計量やカー計量といったブラックホール解は、高曲率領域における理論の不完全性を示す中心特異点を特徴とします。 本論文は、これらの特異点を解決し、事象の地平線を維持しながらも時空のどこにも曲率発散を示さない正則ブラックホールの物理的に実現可能なモデルを構築することを目的とした、修正重力理論の研究です。 …本論文全体を通して、提案モデルが物理的に妥当であることに特に注意が払われています。 すなわち、適切な限界において一般相対性理論に帰着し、良好な曲率スカラー値へと導くということです。 これらの結果は総合的に、修正重力理論における正則ブラックホールモデルの実現可能性を浮き彫りにし、特異点の量子重力的解決を必要としない、ブラックホールの一貫した半古典的記述への有望な道筋を示しています。 （全文は本文をご覧ください。 ） |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The cosmological constant problem represents a profound conflict between quantum field theory and general relativity. Unimodular gravity offers a compelling starting point by de-gravitating the vacuum energy of the Standard Model, but this framework traditionally trades the problem of vacuum energy for a fine-tuning of initial conditions, which manifest as a ``shadow" cosmological constant. In this paper, we resolve this initial conditions problem by proposing a novel modification to gravity based on nonlinear quantum mechanics. We introduce specific state-dependent terms to the Hamiltonian, constructed from expectation values of the metric such as the average Ricci scalar. These terms alter the dynamical equations of gravity such that the shadow energy density associated with unconstrained initial conditions redshifts away with cosmic expansion, rendering it negligible at late times. The resulting cosmology is naturally dominated by matter and radiation without fine-tuning. We demonstrate that this significant infrared modification of gravity is consistent with local and cosmological tests of gravity. We comment on the possibility of testing this solution in cosmological measurements of Newton's constant. | 宇宙定数の問題は、量子場理論と一般相対性理論の間の深刻な矛盾を表しています。 ユニモジュラー重力は、標準模型の真空エネルギーを脱重力化することで魅力的な出発点を提供するが、この枠組みは伝統的に真空エネルギーの問題を初期条件の微調整と交換しており、これが「影の」宇宙定数として現れる。 本論文では、非線形量子力学に基づく重力への新たな修正を提案することで、この初期条件の問題を解決する。 ハミルトニアンに、平均リッチスカラーなどの計量の期待値から構成される、特定の状態依存項を導入する。 これらの項は重力の力学方程式を変化させ、制約のない初期条件に関連する影のエネルギー密度は宇宙膨張とともに赤方偏移し、後期には無視できるほど小さくなる。 結果として得られる宇宙論は、微調整なしに、自然に物質と放射によって支配される。 我々は、この重力の顕著な赤外線修正が、局所的および宇宙論的重力テストと整合することを示す。 そして、ニュートン定数の宇宙論的測定において、この解決策を検証できる可能性について考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a method for efficiently searching long-duration gravitational wave signals from compact binary coalescences (CBCs). The approach exploits the smooth frequency-domain behavior of ratios between neighboring waveform templates. The matched-filter signal-to-noise ratio (SNR) time series of a data segment is first computed for a reference template, and the SNRs of nearby templates are then reconstructed by convolving this reference SNR time series with the ratio waveforms, defined as the frequency-domain ratios between the reference and neighboring templates. The computational speedup arises because the ratio waveforms can be safely truncated: they are significant only over a short interval approximately equal to the duration difference between the templates. Storing these truncated ratio waveforms is practical and enables additional efficiency gains, in contrast to storing full templates, which is generally infeasible for long-duration, low-mass signals. We demonstrate the efficacy of the method with mock non-spinning CBC injections in the $1-3~M_\odot$ range. The reconstructed SNR time series agrees with that obtained from standard matched filtering to an accuracy of $O(10^{-4})$, while the relative computational cost is reduced by $\gtrsim 25\%$. With a truncation threshold of $10^{-3}$ applied to the ratio waveform amplitudes, the storage requirement is reduced by a factor of $\sim 60$ relative to storing the full template bank. | コンパクトバイナリコアレッセンス（CBC）からの長時間重力波信号を効率的に探索する手法を提示する。 この手法は、隣接する波形テンプレート間の比の滑らかな周波数領域挙動を利用する。 まず、データセグメントの整合フィルタ信号対雑音比（SNR）時系列を基準テンプレートについて計算し、次に、この基準SNR時系列を基準テンプレートと隣接テンプレート間の周波数領域比として定義される比波形と畳み込み、近傍テンプレートのSNRを再構成する。 計算速度の向上は、比波形を安全に切り捨てることができるためである。 比波形は、テンプレート間の時間差にほぼ等しい短い区間でのみ有意となる。 これらの切り捨てられた比波形を保存することは実用的であり、長時間かつ低質量の信号に対しては一般的に実現不可能な完全なテンプレートを保存するのとは対照的に、さらなる効率向上を可能にする。 我々は、$1-3~M_\odot$範囲の模擬非回転CBC注入を用いて、この手法の有効性を示す。 再構成されたSNR時系列は、標準的な整合フィルタリングから得られたものと精度$O(10^{-4})$で一致し、相対的な計算コストは$\gtrsim 25\%$削減されます。 比率波形振幅に$10^{-3}$の切り捨て閾値を適用すると、テンプレートバンク全体を保存する場合と比較して、必要なストレージ容量は$\sim 60$倍削減されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the problem of bulk metric reconstruction in holography by leveraging the inverse scattering framework applied to boundary two-point correlation functions. We generalize our previous work of scalar field and show that reconstruction can be achieved using a single operator rather than a pair. We also apply this method into reconstruction of static homogeneous anisotropic black holes and the reconstruction using correlation function of gauge field. In addition, we analyze the method's robustness under measurement noise and propose filtering strategies to improve reconstruction accuracy. This work advances data-driven bulk reconstruction by providing a concrete, experimentally viable pathway to recover spacetime geometry from field-theoretic observables. | 境界2点相関関数に逆散乱の枠組みを適用することにより、ホログラフィーにおけるバルク計量再構成の問題を調査する。 スカラー場に関するこれまでの研究を一般化し、再構成が演算子ペアではなく単一の演算子を用いて実現可能であることを示す。 また、この手法を静的均質異方性ブラックホールの再構成とゲージ場の相関関数を用いた再構成に適用する。 さらに、測定ノイズに対するこの手法の堅牢性を解析し、再構成精度を向上させるフィルタリング戦略を提案する。 本研究は、場の理論的観測量から時空幾何学を復元するための具体的かつ実験的に実現可能な方法を提供することで、データ駆動型バルク再構成を前進させる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We first note that, at least in perturbation theory, there is a well-defined (subject to regularization) Lorentzian definition of the quantum effective action in both flat and curved space including (perturbative) gravity. The advantage of the latter is that we do not need to deal with the conformal factor problems of Euclidean quantum gravity. We then make some remarks on the Euclidean version (in flat space) and convexity and resolve a puzzle that highlights the importance of keeping the initial and final states in the functional integral. Next we discuss the gauge invariant effective action of Vilkovisky and DeWitt and show its gauge fixing independence. We conclude with the expression for the Wilsonian effective action in this framework. | まず、少なくとも摂動論においては、（摂動）重力を含む平坦空間と曲面空間の両方において、量子有効作用の（正則化を条件とする）明確なロレンツ定義が存在することを指摘する。 後者の利点は、ユークリッド量子重力の共形因子問題を扱う必要がないことである。 次に、ユークリッド版（平坦空間）と凸性について若干の考察を行い、汎関数積分において初期状態と終状態を維持することの重要性を浮き彫りにするパズルを解く。 次に、VilkoviskyとDeWittのゲージ不変有効作用について考察し、そのゲージ固定非依存性を示す。 最後に、この枠組みにおけるウィルソン有効作用の表現式を導いて結論とする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study quasinormal modes of test scalar, electromagnetic, and Dirac fields in the background of a new analytic regular black-hole solution obtained as an exact solution of the Einstein equations sourced by a Dehnen-type matter distribution in [R. A. Konoplya, A. Zhidenko, arXiv:2511.03066]. The metric is asymptotically flat and characterized by a simple lapse function $f(r)=1-2 M r^{2}/(r+a)^{3}$, where $M$ is the ADM mass and $a$ represents the characteristic scale of the surrounding dark-matter halo that regularizes the central region. The effective potentials for all perturbing fields possess the standard single-barrier form, ensuring linear stability and the applicability of the WKB formalism. The quasinormal frequencies are computed using the sixth- and ninth-order WKB methods with Padé corrections and verified by time-domain integration, both approaches showing excellent agreement. The parameter $a$ leads to a moderate increase in the real oscillation frequency, while the damping rate remains almost unchanged, producing only small corrections to the Schwarzschild spectrum. Since such deviations become appreciable only for unrealistically dense halos, our results confirm that the quasinormal spectrum of astrophysical black holes is safely unaffected by ordinary galactic dark-matter environments. | [R. A. Konoplya, A. Zhidenko, arXiv:2511.03066] におけるデネン型物質分布を源とするアインシュタイン方程式の厳密解として得られる新たな解析的正則ブラックホール解の背景における、テストスカラー場、電磁場、およびディラック場の準正規モードを研究する。 この計量は漸近平坦であり、単純な減衰関数 $f(r)=1-2 M r^{2}/(r+a)^{3}$ によって特徴付けられる。 ここで、$M$ は ADM 質量、$a$ は中心領域を正則化する周囲の暗黒物質ハローの特性スケールを表す。 すべての摂動場に対する有効ポテンシャルは標準的な単一障壁形式を持ち、線形安定性と WKB 形式の適用可能性を保証する。 準正規振動数は、パデ補正を加えた6次および9次のWKB法を用いて計算され、時間領域積分によって検証された。 どちらの手法も優れた一致を示した。 パラメータ$a$は実振動周波数を適度に増加させるが、減衰率はほぼ変化しないため、シュワルツシルトスペクトルへの補正はわずかである。 このような偏差は非現実的なほど高密度のハローでのみ顕著となるため、我々の結果は、天体ブラックホールの準正規スペクトルが通常の銀河系暗黒物質環境の影響を受けないことを裏付けている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we examine the physical consequences of a recently introduced black hole solution in bumblebee gravity [1]. The geometry is first presented and then reformulated through suitable coordinate adjustments, which make its global conical character evident. We then study the propagation of particles by solving the geodesic equations for null and timelike trajectories. The associated critical orbits (or photon spheres) are obtained, and shadow radius are computed and compared with other Lorentz-violating configurations in bumblebee and Kalb-Ramond models, including their charged and cosmological extensions. Massive particle motion is analyzed separately, followed by the construction of the effective potentials for scalar, vector, tensor, and spinor perturbations. These potentials allow the calculations of quasinormal frequencies and the corresponding time-domain evolution. Gravitational lensing phenomena are investigated in the weak and strong deflection regimes, and the light-travel time delay is also evaluated. The study concludes with bounds on the Lorentz-violating parameter based on classical Solar System experiments. | 本論文では、最近導入されたブラックホール解のバンブルビー重力[1]における物理的影響を検証する。 まずその幾何学的形状を提示し、適切な座標調整によって再定式化することで、その大域的な円錐特性を明らかにする。 次に、ヌル軌道および時間的軌道の測地線方程式を解くことで粒子の伝播を解析する。 関連する臨界軌道（または光子球）を求め、影の半径を計算し、バンブルビー模型およびカルブ・ラモンド模型における他のローレンツ破れの配置（荷電拡張および宇宙拡張を含む）と比較する。 質量を持つ粒子の運動は個別に解析し、続いてスカラー、ベクトル、テンソル、およびスピノル摂動に対する有効ポテンシャルを構築する。 これらのポテンシャルにより、準正規振動数とそれに対応する時間領域発展を計算することができる。 重力レンズ現象は、弱い偏向領域と強い偏向領域で研究され、光の移動時間遅延も評価される。 この研究は、古典的な太陽系実験に基づいてローレンツ対称性を破るパラメータの限界を結論づけています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Building on the characterisation in [C. D. Hill, J. Lewandowski and P. Nurowski, Indiana Univ. Math. J. 57 (2008), 3131--3176] of 4-dimensional Lorentzian metrics adapted to an optical structure and satisfying the null fluid Einstein equations, we give an explicit parameterisation of this class under the assumption that the optical structure is of Kerr type. As immediate consequences, we obtain: (1) a new method for constructing solutions to the Einstein equations with a null fluid energy momentum tensor, yielding a large family of explicit metrics that naturally includes the classical Kerr black hole metrics and all Ricci flat examples described in [M. Ganji, C. Giannotti, G. Schmalz and A. Spiro, Ann. Physics 75 (2025), Paper No. 169908, 28]; (2) a solution to a conjecture in Hill, Lewandowski and Nurowski's paper on the local existence of smooth optical lifts in the case of Sasaki CR structures. | [C. D. Hill, J. Lewandowski and P. Nurowski, Indiana Univ. Math. J. 57 (2008), 3131--3176] における光学構造に適合しヌル流体アインシュタイン方程式を満たす4次元ロレンツ計量の特徴付けに基づいて、光学構造がカー型であるという仮定の下でこのクラスの明示的なパラメーター化を与える。 直接的な帰結として、(1) ヌル流体エネルギー運動量テンソルを持つアインシュタイン方程式の解を構築する新しい方法が得られ、これによって [M. Ganji, C. Giannotti, G. Schmalz and A. Spiro, Ann. Physics 75 (2025), Paper No. 169908, 28] で説明されている古典的なカーブラックホール計量とすべてのリッチ平坦例を自然に含む明示的な計量の大きな族が得られる。 （２）ヒル、レワンドフスキ、ヌロウスキの論文における、ササキCR構造の場合の滑らかな光学リフトの局所的存在に関する予想の解決。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the physical phenomena occurring around a spherically symmetric, non-rotating charged black hole (BH) to explore the effects of scalar-tensor Gauss-Bonnet gravity on circular motion, accretion disk properties, and Bondi-Hoyle-Lyttleton (BHL) accretion flow. By analytically and numerically examining the influence of the Gauss-Bonnet coupling constant $c_1$ and the cosmological parameter $Λ$, we reveal how these modified gravity parameters alter the underlying physical processes. Using geodesic analysis, we compute the specific energy, angular momentum, innermost stable circular orbit (ISCO) radius, and radiation flux of test particles, providing insight into how the modified gravity framework affects orbital stability and the organization of the accretion flow. Subsequently, through numerical solutions of the general relativistic hydrodynamic (GRHD) equations, we describe the morphology of the shock cone formed via the BHL accretion mechanism around the BH. The numerical results demonstrate that increasing the values of $c_1$ and negative $Λ$ reduce gravitational focusing. Consequently, depending on the parameter choices, the opening angle of the shock cone either widens or narrows compared to the Schwarzschild case. However, because of weakened gravitational focusing, both the amount of accreted matter and the density of material trapped inside the cone decrease significantly. These results indicate that scalar-tensor Gauss-Bonnet corrections act as an effective gravitational damping term, transferring turbulence and transforming shock-dominated accretion into more stable configurations. The consistency between theoretical and numerical results suggests that the observable properties of accretion disks and quasi-periodic oscillations (QPOs) can serve as probes to constrain the parameters of scalar-tensor Gauss-Bonnet gravity in strong-field regimes. | 球対称で回転しない荷電ブラックホール（BH）の周囲で起こる物理現象を調査し、スカラー-テンソルガウス-ボネ重力が円運動、降着円盤の特性、ボンダイ-ホイル-リトルトン（BHL）降着流に及ぼす影響を探る。 ガウス-ボネ結合定数$c_1$と宇宙論パラメータ$Λ$の影響を解析的および数値的に調べることで、これらの修正重力パラメータが基礎となる物理過程をどのように変化させるかを明らかにする。 測地線解析を用いて、試験粒子の比エネルギー、角運動量、最内安定円軌道（ISCO）半径、および放射フラックスを計算し、修正重力フレームワークが軌道安定性と降着流の構造にどのように影響するかについての知見を提供する。 次に、一般相対論的流体力学（GRHD）方程式の数値解を用いて、BH周囲のBHL降着機構によって形成されるショックコーンの形態を記述する。 数値結果は、$c_1$ の値と負の $Λ$ が増加すると重力フォーカスが減少することを示している。 その結果、パラメータの選択に応じて、衝撃波コーンの開口角はシュワルツシルトの場合と比較して広くなったり狭くなったりする。 しかし、重力フォーカスが弱まるため、コーン内に捕捉される物質の量と密度はともに大幅に減少する。 これらの結果は、スカラーテンソルガウスボネ補正が有効な重力減衰項として作用し、乱流を伝達して衝撃波が支配的な降着をより安定した構成に変換することを示している。 理論結果と数値結果の一貫性は、降着円盤と準周期振動 (QPO) の観測可能な特性が、強磁場領域におけるスカラーテンソルガウスボネ重力のパラメータを制限するためのプローブとして機能できることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Upgrades to current gravitational wave detectors for the next observation run and upcoming third-generation observatories, like the Einstein telescope, are expected to have enormous improvements in detection sensitivities and compact object merger event rates. Estimation of source parameters for a wider parameter space that these detectable signals will lie in, will be a computational challenge. Thus, it is imperative to have methods to speed-up the likelihood calculations with theoretical waveform predictions, which can ultimately make the parameter estimation faster and aid in rapid multi-messenger follow-ups. Towards this end, we present a conditional variational auto-encoder model, based on the best performing architecture of Liao+2021, for faster generation of aligned-spin SEOBNRv4 inspiral-merger-ringdown waveforms. Our parameter space consists of four parameters, [$m_1$, $m_2$, $χ_1(z)$, $χ_2(z)$]. The masses are uniformly sampled in $[5,75]\,M_{\odot}$ with a mass ratio limit at $10\,M_{\odot}$, while the spins are uniform in $[-0.99,0.99]$. We train the model using $\sim10^5$ input waveforms data with a 70\%/10\% train/validation split, while 20\% data are reserved for testing. The median mismatch for the generated waveforms in the test dataset is $\sim10^{-2}$, with better performance in a restricted parameter space of $χ_{\rm eff}\in[-0.80,0.80]$. Our model is able to generate 100 waveforms in 0.1 second at an average speed of about 4.46 ms per waveform. This is 2-3 orders of magnitude faster than the native SEOBNRv4 implementation in lalsimulation. The latent sampling uncertainty of our model can be quantified with a mean mismatch deviation of $2\times10^{-1}$ for 1000 generations of the same waveform. Our work aims to be the first step towards developing a production-ready machine learning framework for the faster generation of gravitational waveform approximations. | 次期観測ランや、アインシュタイン望遠鏡のような将来導入予定の第三世代観測所に向けた、現在の重力波検出器のアップグレードにより、検出感度とコンパクト天体合体イベント発生率が大幅に向上すると期待されています。 これらの検出可能な信号が存在するより広いパラメータ空間におけるソースパラメータの推定は、計算上の課題となります。 そのため、理論的な波形予測を用いて尤度計算を高速化する手法が不可欠です。 これにより、パラメータ推定が高速化され、マルチメッセンジャーの迅速な追跡が可能になります。 この目的のため、我々はLiao+2021の最高性能アーキテクチャに基づく条件付き変分オートエンコーダモデルを提示し、整列スピンSEOBNRv4インスパイラル・マージャー・リングダウン波形の高速生成を実現します。 パラメータ空間は、[$m_1$、$m_2$、$χ_1(z)$、$χ_2(z)$]の4つのパラメータで構成されます。 質量は$[5,75]\,M_{\odot}$の範囲で均一にサンプリングされ、質量比の制限は$10\,M_{\odot}$です。 一方、スピンは$[-0.99,0.99]$の範囲で均一です。 $\sim10^5$個の入力波形データを用いて、70\%/10\%の学習/検証分割でモデルを学習し、20\%のデータはテスト用に予約されています。 テストデータセットで生成された波形の不一致の中央値は$\sim10^{-2}$であり、$χ_{\rm eff}\in[-0.80,0.80]$の制限されたパラメータ空間でより良いパフォーマンスが得られました。 このモデルは、平均速度で1波形あたり約4.46ミリ秒で、0.1秒間に100個の波形を生成できます。 これは、lalsimulationのネイティブSEOBNRv4実装よりも2～3桁高速です。 私たちのモデルの潜在的サンプリング不確実性は、同じ波形を1000世代生成した場合の平均ミスマッチ偏差が$2\times10^{-1}$であることで定量化できます。 私たちの研究は、重力波形の近似値をより高速に生成するための、実用化可能な機械学習フレームワークの開発に向けた第一歩となることを目指しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It is well known that the calculated cosmological constant, when regularized with a cutoff, differs hugely from the measured value. These calculations are made on the basis of a wave-vector cut-off that is usually set at the Planck scale. Further, Weinberg's no-go theorem indicates that in the presence of translational invariance, local quantum field theories cannot produce a zero cosmological constant without fine-tuning. Various non-local theories have been constructed, starting from modifications to Einstein's equations, in order to `cancel' away the cosmological constant term. There is also a well-known theory, due to Coleman, that assumes one can compute a probability distribution function for baby universes connected by wormholes that has the most probable value of the constant to be zero under some assumptions. The current paper starts from a QFT in 4-dimensions, breaks translational invariance by confining the fields to a box and adds a marginal (in power-counting terms) non-linear, momentum-dependent term that dominates the dynamics produced by the quadratic terms in the high-energy limit. It immediately produces an equation for the wave-vector cutoff applicable to the theory - the equation is reminiscent of that from UV/IR mixing and it effectively lowers the cutoff massively for a box the size of the Universe. However, as will be shown, the wave-vector cutoff for a box relevant for regular particle physics experiments is much larger, in fact, the Planck scale, so there is no conflict with current experiments, including the Casimir effect. We consider several possibilities for these additional terms and conclude that only one is relevant to a low cut-off. We also make a connection to the recent DESI results. | 計算された宇宙定数は、カットオフを用いて正規化されると、測定値と大きく異なることがよく知られています。 これらの計算は、通常プランクスケールに設定される波数ベクトルのカットオフに基づいて行われます。 さらに、ワインバーグのノーゴー定理は、並進不変性が存在する場合、局所量子場理論は微調整なしにゼロの宇宙定数を生成できないことを示しています。 宇宙定数項を「打ち消す」ために、アインシュタイン方程式の修正から始まり、様々な非局所理論が構築されてきました。 また、コールマンによる有名な理論では、ワームホールでつながれたベイビーユニバースの確率分布関数を計算でき、いくつかの仮定の下で定数の最も確率の高い値がゼロになるというものです。 本論文は4次元のQFTから出発し、場を箱の中に閉じ込めることで並進不変性を破り、高エネルギー極限における二次項によって生じるダイナミクスを支配する、周辺的（べき乗項で）非線形で運動量依存の項を追加する。 これにより、理論に適用可能な波数ベクトルのカットオフ方程式が即座に生成される。 この方程式はUV/IR混合の方程式を彷彿とさせ、宇宙ほどの大きさの箱の場合、実質的にカットオフを大幅に低下させる。 しかし、後述するように、通常の素粒子物理学実験に関連する箱の波数ベクトルのカットオフははるかに大きく、実際にはプランクスケールであるため、カシミール効果を含む現在の実験とは矛盾しない。 これらの追加項については複数の可能性を検討し、低いカットオフに関連するのは1つだけであると結論付ける。 また、最近のDESIの結果との関連についても示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The response of a black hole (BH) to tidal forces encodes key information about the underlying gravitational theory and affects the waveform of gravitational waves emitted during binary inspiral processes. In this paper, we analyze the dynamical tidal response of static and spherically symmetric BHs in a low-frequency regime within general relativity (GR), based on a matching between the Mano-Suzuki-Takasugi (MST) methods for an analytical approach to BH perturbations and the worldline effective field theory (EFT) for an efficient and unified computation of the binary dynamics within the post-Newtonian regime. We show that the renormalized tidal response function is subject to inevitable ambiguities associated with the choice of renormalization scheme and with the initial condition of the renormalization flow equation. Once these ambiguities are fixed, we obtain scheme-dependent dynamical tidal Love numbers. We also discuss possible extensions of our formalism, including generic non-rotating compact objects (e.g., neutron stars) in GR and BHs in theories beyond GR. | ブラックホール（BH）の潮汐力への応答は、基礎となる重力理論に関する重要な情報を符号化し、連星のインスパイラル過程で放出される重力波の波形に影響を与える。 本稿では、BH摂動に対する解析的アプローチである間野・鈴木・高杉（MST）法と、ポストニュートン領域内の連星ダイナミクスの効率的かつ統一的な計算を行う世界線有効場理論（EFT）とのマッチングに基づき、一般相対論（GR）の範囲内の低周波領域における静的および球対称BHの動的潮汐応答を解析する。 我々は、繰り込みスキームの選択と繰り込みフロー方程式の初期条件に関連する避けられない曖昧さの影響を受けることを示す。 これらの曖昧さが修正されると、スキームに依存する動的潮汐ラブ数が得られる。 また、一般相対論における一般的な非回転コンパクト天体（中性子星など）や一般相対論を超える理論における境界水素原子など、私たちの形式論の可能な拡張についても議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study wormhole as the solution of the Wheeler-deWitt (WdW ) equation satisfying Hawking-Page wormhole boundary conditions in Friedmann-Robertson-Walker (FRW) cosmology. The quantum wormholes are formulated with arbitrary factor ordering of the Hamiltonian constraint operators with perfect fluid matter sources as well as minimally coupled scalar fields. | フリードマン・ロバートソン・ウォーカー（FRW）宇宙論において、ホーキング・ペイジ・ワームホール境界条件を満たすホイーラー・ドウィット（WdW）方程式の解としてワームホールを研究する。 量子ワームホールは、ハミルトニアン拘束演算子の任意の因子順序付けと、完全流体物質源および極小結合スカラー場を用いて定式化される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We unveil a novel class of traversable wormholes exhibiting exact spherical symmetry, geometrically inspired by the minimal surface structure of a catenoid. Introducing the spacetime metric, we rigorously derive its fundamental curvature properties, including the Riemann curvature tensor, and consequently compute the Einstein tensor and stress-energy tensor. This framework reveals that the wormhole is sustained by an anisotropic fluid. A detailed analysis of the energy conditions demonstrates the requisite presence of exotic matter, establishing the physical viability and constraints of this configuration. Subsequent investigations address the wormhole's traversability characteristics, gravitational lensing signatures, and dynamic stability. Crucially, we establish that this catenoid-inspired spacetime represents a finite wormhole, possessing bounded spatial extent. | 我々は、カテノイドの最小曲面構造に幾何学的に着想を得た、正確な球対称性を示す新しい種類の通過可能なワームホールを明らかにする。 時空計量を導入し、リーマン曲率テンソルを含むその基本的な曲率特性を厳密に導出し、その結果としてアインシュタインテンソルと応力エネルギーテンソルを計算する。 この枠組みは、ワームホールが異方性流体によって支えられていることを明らかにする。 エネルギー条件の詳細な分析は、エキゾチック物質の必須存在を実証し、この構成の物理的実現可能性と制約を確立する。 その後の研究では、ワームホールの通過特性、重力レンズ効果の特徴、および動的安定性について検討する。 重要な点として、このカテノイドに着想を得た時空は、有限のワームホールであり、その空間的広がりは有限であることを確立した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the energy-momentum tensor of a dark matter (DM) spike formed during the adiabatic growth of a black hole embedded in a DM halo, and investigate its backreaction on the spacetime geometry. Within the Einstein cluster framework, we derive the complete tensor, explicitly incorporating the kinetic contribution to the energy density and the anisotropic pressure arising from noncircular particle orbits. Adopting the Hernquist profile as an illustrative model of DM halo and employing parameters appropriate to the Milky Way, we find that near the spike, the kinetic term enhances the total energy density by approximately $50\%$ relative to the rest-mass component, while the nonzero radial pressure induces a mild anisotropy in the stress tensor. The derived tensor satisfies all standard energy conditions. By treating it as a fixed source in Einstein' s equations, we numerically obtain a static, spherically symmetric metric that deviates from the Schwarzschild solution by an amount more than twice that found when only the mass density is considered. These results demonstrate that including the full dynamical structure of the DM spike is essential for accurately modeling the backreaction of DM on black hole spacetimes. | 我々は、暗黒物質（DM）ハローに埋め込まれたブラックホールの断熱成長中に形成されるDMスパイクのエネルギー運動量テンソルを研究し、その時空幾何学への反作用を調査する。 アインシュタイン・クラスターの枠組みにおいて、エネルギー密度への運動学的寄与と非円形粒子軌道に起因する異方性圧力を明示的に組み込んだ完全なテンソルを導出した。 DMハローの例示的なモデルとしてヘルンキスト・プロファイルを採用し、天の川銀河に適切なパラメータを用いた結果、スパイク近傍において、運動学的項が静止質量成分と比較して総エネルギー密度を約50%増加させ、一方で非ゼロの径方向圧力が応力テンソルに軽度の異方性を誘起することが分かった。 導出されたテンソルは、すべての標準的なエネルギー条件を満たす。 これをアインシュタイン方程式の固定源として扱うことで、シュワルツシルト解から質量密度のみを考慮した場合の2倍以上離れた、静的で球対称な計量を数値的に得る。 これらの結果は、DMスパイクの完全な動的構造を考慮することが、ブラックホール時空におけるDMの反作用を正確にモデル化するために不可欠であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In the present work, we develop and examine a series of exact solutions to Einstein's 5-dimensional field equations in the vacuum, which depend on two constant parameters, $p$ and $q$, which generalize the solutions of Lü and Mei [8] belonging to our class $p=2$. This category of solutions can be split into two sections: when $p$ is odd, it represents a compact object that may have naked singularities. However, the intriguing outcome occurs when $p$ is even, as asymptotically Ricci flat wormholes emerge in this scenario. The Kreschman invariant of these solutions depends on the constant parameter $l = 1 + \frac{3 q^2 - p^2}{4}$. When $l = 0$ and $l \leq -\frac{1}{2}$, the solutions are regular. For the specific cases where $l \leq 0$, or $l > 0$ such that $q < 0$ for $p \geq 2$, $q \leq \frac{1}{3}$ for $p = 2$, and $q \leq \frac{1 + \sqrt{2}}{3}$ for $ p \geq 4$, this class of wormholes adheres to Wormhole Cosmic Censorship, implying that the throat effectively obscures all causal anomalies and singularities. In our analysis, we investigated the embedded geometry, geodesics, singularities, potential event horizons, ergoregions, and the wormhole throat. | 本研究では、真空中におけるアインシュタインの5次元場の方程式の厳密解の系列を開発し、検証する。 これらの解は2つの定数パラメータ $p$ と $q$ に依存し、我々のクラス $p=2$ に属する Lü と Mei [8] の解を一般化する。 このカテゴリの解は2つのセクションに分けられる。 $p$ が奇数のとき、それは裸の特異点を持つ可能性のあるコンパクトオブジェクトを表す。 しかし、$p$ が偶数のとき、興味深い結果が生じ、このシナリオでは漸近的にリッチ平坦ワームホールが出現する。 これらの解のクレシュマン不変量は定数パラメータ $l = 1 + \frac{3 q^2 - p^2}{4}$ に依存する。 $l = 0$ かつ $l \leq -\frac{1}{2}$ のとき、解は正則である。 $l \leq 0$、または$l > 0$で$p \geq 2$の場合には$q < 0$、$p = 2$の場合には$q \leq \frac{1}{3}$、$ p \geq 4$の場合には$q \leq \frac{1 + \sqrt{2}}{3}$となるような特定のケースでは、このクラスのワームホールはワームホール宇宙検閲に準拠し、その喉部がすべての因果的異常と特異点を効果的に隠蔽することを意味します。 本解析では、埋め込み幾何学、測地線、特異点、潜在的な事象の地平線、エルゴ領域、そしてワームホール喉部を調査しました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We identify a relativistic-fluid counterpart of the Unruh effect, in which a comoving probe measures a \emph{Thermodynamic Unruh temperature}. Frame changes in first-order hydrodynamics can be recast as a local, time-dependent hyperbolic rotation in a Rindler-style state space; the instantaneous map between frames is the \emph{Thermodynamic Boost}, and its proper-time variation defines the \emph{Thermodynamic Acceleration} that imprints a thermal spectrum. Using the Israel--Stewart theory and extending it to modern relativistic fluid theories,we show that this temperature is frame-independent to leading order and universal for out-of-equilibrium relativistic fluids. | 我々は、ウンルー効果の相対論的流体における対応関係を同定した。 これは、共動プローブが\emph{熱力学的ウンルー温度}を測定するものである。 一次流体力学におけるフレーム変化は、リンドラー型状態空間における局所的かつ時間依存の双曲回転として再構成することができる。 フレーム間の瞬間的な写像は\emph{熱力学的ブースト}であり、その固有時間変化は熱スペクトルを刻み込む\emph{熱力学的加速}を定義する。 イスラエル-スチュワート理論を用い、それを現代の相対論的流体理論に拡張することで、この温度が主要次数に対してフレーム非依存であり、非平衡な相対論的流体に対して普遍的であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study quasinormal modes and grey-body factors of a massive scalar field in the background of a Schwarzschild black hole surrounded by a spherically symmetric galactic dark matter halo. The background metric, recently obtained as an analytic generalization of the Schwarzschild geometry, depends on the halo velocity parameter $V_{c}$ and the core radius $a$. Using the sixth- and seventh-order WKB methods with Pade approximants, supported by time-domain integration and Prony analysis, we compute the fundamental quasinormal frequencies and transmission coefficients. The results show that the real part of the frequency slightly increases while the damping rate decreases with growing field mass $μ$, leading to longer-lived oscillations. The influence of the dark matter halo parameters is found to be negligible for astrophysically realistic values, confirming the robustness of Schwarzschild-like ringdown signatures. Grey-body factors decrease with increasing field mass and multipole number, while the effect of the halo parameters remains small. | 球対称な銀河暗黒物質ハローに囲まれたシュワルツシルトブラックホールの背景にある大質量スカラー場の準正規モードと灰色体因子を研究する。 シュワルツシルト幾何学の解析的一般化として最近得られた背景計量は、ハロー速度パラメータ$V_{c}$とコア半径$a$に依存する。 時間領域積分とプロニー解析に裏付けられた、パデ近似を用いた6次および7次のWKB法を用いて、基本的な準正規振動数と透過係数を計算する。 結果から、振動数の実部はわずかに増加するが、減衰率は場の質量$μ$の増加とともに減少し、振動の寿命が長くなることがわかる。 暗黒物質ハローパラメータの影響は、天体物理学的に現実的な値に対して無視できるほど小さいことがわかり、シュワルツシルトのようなリングダウンシグネチャの堅牢性が確認される。 灰色体因子は磁場質量と多重極数が増加すると減少しますが、ハローパラメータの影響は小さいままです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves (GWs) offer an alternative way to measure the Hubble parameter. The optimal technique, the ``bright siren'' approach, requires the identification of an electromagnetic counterpart. However, a significant fraction of gravitational waves signals will not have counterparts. Such events can still constrain the Hubble parameter $H_0$ via statistical methods, exploiting galaxy information from the GWs sky localisation volume. In this work, we investigate the power of this method using high-resolution, cosmological simulations that include realistic clustering. We find that clustering leads to increased convergence of the $H_0$ posteriors, with clear recovery of the input value as early as $N_{\rm gw}=40$ events, compared to uniform catalogues, where the posterior remains largely unconstrained, even with $N_{\rm gw}=100$ events. In addition, we quantify the role of catalogue incompleteness. We show that catalogues with completeness levels as low as $f=25\%$ can be competitive with fully complete catalogues, confirming the impact of clustering. Completeness levels of $f=50\%$ perform statistically similar to complete catalogues with as few as $N_{\rm gw}=40$ events. This indicates the need to focus on improving gravitational waves detection capabilities, rather than obtaining more complete galaxy catalogues. Finally, we investigate additional properties of the method by taking into consideration physical weights, different observational errors, potential biases from the $H_0$ priors, a variety of detectors' horizon distances, and different methods of catalogue completion and statistical analysis. | 重力波（GW）は、ハッブルパラメータを測定する代替手段を提供する。 最適な手法である「ブライト・サイレン」アプローチでは、電磁波の対応物を特定する必要がある。 しかし、重力波信号の相当数には対応物が存在しない。 そのような事象は、重力波の天空局在ボリュームから得られる銀河情報を活用し、統計的手法によってハッブルパラメータ$H_0$を制限することができる。 本研究では、現実的なクラスタリングを含む高解像度の宇宙論的シミュレーションを用いて、この手法の有効性を検討する。 その結果、クラスタリングによって$H_0$事後分布の収束性が向上し、$N_{\rm gw}=40$事象という早い段階で入力値が明確に回復することがわかる。 一方、一様カタログでは、$N_{\rm gw}=100$事象であっても事後分布はほぼ制限されない。 さらに、カタログの不完全性の役割を定量化する。 完全性レベルが$f=25\%$と低いカタログでも、完全に完全なカタログと競合できることを示し、クラスタリングの影響を確認した。 完全性レベルが$f=50\%$の場合、イベント数が$N_{\rm gw}=40$と少ない完全なカタログと統計的に同等の性能を示した。 これは、より完全な銀河カタログを取得するよりも、重力波検出能力の向上に重点を置く必要があることを示唆している。 最後に、物理的な重み、異なる観測誤差、$H_0$事前分布による潜在的なバイアス、検出器の地平線距離、そしてカタログ完成と統計解析の異なる手法を考慮して、この手法のさらなる特性を調査する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Unlike QFT in Minkowski spacetime (QFTM), QFT in curved spacetime (QFTCS) suffers from a conceptual obscurity on the empirical (experimentally verifiable/falsifiable) laws. We propose to employ the notion of prior conditional probabilities to describe a part of the empirical laws of QFTCS. This is interpreted as a quantum conditional probability without no information on the initial state. Hence this notion is expected to be free from the inevitable vagueness of the empirical meaning of quantum states in QFTCS. More generally in quantum physics, this notion seems free from the conceptual problems on state reductions. We confine ourselves to the probabilistic laws of the free scalar fields (Klein-Gordon fields) in curved spacetime, which require some reconsideration on the empirical meaning of the canonical commutation relation (CCR). We give some examples of empirical laws in terms of prior conditional probabilities, concerning the CCR and the free scalar QFTCS. | ミンコフスキー時空における QFT (QFTM) とは異なり、曲がった時空における QFTCS (QFTCS) は経験的（実験的に検証可能/反証可能な）法則に関する概念的な曖昧さを抱えている。 我々は QFTCS の経験的法則の一部を記述するために、事前条件付き確率の概念を用いることを提案する。 これは、初期状態に関する情報を持たない量子条件付き確率として解釈される。 したがって、この概念は QFTCS における量子状態の経験的意味の必然的な曖昧さから自由であると期待される。 より一般的に量子物理学において、この概念は状態簡約に関する概念的な問題から自由であるように思われる。 我々は、正準交換関係 (CCR) の経験的意味について再考を必要とする、曲がった時空における自由スカラー場（クライン・ゴルドン場）の確率法則に限定する。 CCR と自由スカラー QFTCS に関して、事前条件付き確率の観点から経験法則のいくつかの例を示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Quantum information science has been broadly explored in Einstein gravity and in various modified gravity theories; however, its extension to quantum gravity settings remains largely unexplored. Motivated by this gap, in this paper we investigate the degradation of quantum entanglement of scalar and Dirac fields in the third-type black hole geometry arising from effective quantum gravity, which incorporates generic quantum gravitational corrections beyond classical general relativity. This quantum corrected spacetime is free of a Cauchy horizon and can be cast into a Rindler form in the near-horizon regime, allowing a direct identification of vacuum modes and a clear correspondence with the framework developed for uniformly accelerated observers. Within this framework, we compute the quantum entanglement and mutual information of uniformly entangled detector pairs in terms of the quantum parameter $\tildeζ$, the mode frequency $\tildeω$, and Bob's radial position $R_0$. The quantum parameter $\tildeζ$ consistently weakens the horizon-induced loss of correlations. For scalar fields this effect is pronounced, producing clear departures from the classical behavior, whereas for Dirac fields the familiar correlation pattern remains intact but its degradation is noticeably reduced. Overall, $\tildeζ$ acts as a universal protective factor against gravitational suppression of quantum correlations. The third-type effective quantum black hole therefore provides a controlled and physically transparent arena for probing how quantum-gravity corrections influence relativistic quantum information. | 量子情報科学は、アインシュタイン重力理論や様々な修正重力理論において広く研究されてきたが、量子重力理論への拡張は未だほとんど未開拓である。 このギャップを踏まえ、本論文では、古典的一般相対論を超える一般的な量子重力補正を組み込んだ有効量子重力理論に起因する、第三型ブラックホール幾何学におけるスカラー場とディラック場の量子エンタングルメントの劣化を考察する。 この量子補正時空はコーシー地平線を持たず、地平線近傍領域においてリンドラー形式に変換できるため、真空モードの直接同定が可能となり、一様加速観測者向けに開発された枠組みとの明確な対応が得られる。 この枠組みにおいて、一様エンタングルメントされた検出器対の量子エンタングルメントと相互情報量を、量子パラメータ$\tildeζ$、モード周波数$\tildeω$、およびボブの動径位置$R_0$を用いて計算する。 量子パラメータ$\tildeζ$は、地平線に起因する相関の損失を一貫して弱める。 スカラー場の場合、この効果は顕著であり、古典的な振る舞いから明確に逸脱する。 一方、ディラック場の場合、おなじみの相関パターンはそのまま残るものの、その劣化は著しく減少する。 全体として、$\tildeζ$は量子相関の重力抑制に対する普遍的な保護因子として作用する。 したがって、第3種の有効量子ブラックホールは、量子重力補正が相対論的量子情報にどのように影響するかを調べるための、制御された物理的に透明な場を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Arguably one can use a canonical scalar field $\varphi$, minimally coupled to gravity, with quadratic potentials $V = Λ\pm \frac12 m^2\varphi^2$ to explore some general features of slow-roll and hilltop thawing quintessence, respectively. For each of these two potentials, and pressure-free matter, we introduce a regular unconstrained dynamical system on a compact state space, where the formulation for the hilltop case is new. Together with a derivation of monotonic functions in the two global state space settings, this enables us to obtain global results and to introduce figures that illustrate the global solution spaces of these models, in which we situate the observationally viable quintessence solutions. | 重力と最小限に結合した正準スカラー場$\varphi$と二次ポテンシャル$V = Λ\pm \frac12 m^2\varphi^2$を用いて、それぞれスローロールとヒルトップの解凍クインテッセンスの一般的な特徴を探求できると主張できる。 これら2つのポテンシャルと無圧力物質のそれぞれについて、我々はコンパクト状態空間上に正規の制約のない力学系を導入する。 ヒルトップの場合の定式化は新しい。 2つのグローバル状態空間設定における単調関数の導出と組み合わせることで、グローバルな結果を得ることができ、観測的に実現可能なクインテッセンス解を位置づけるこれらのモデルのグローバル解空間を示す図を導入することができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This study examines the dynamical evolution of self-gravitating systems in the presence of exotic matter within the framework of $f(R)$ gravity. Specifically, we have adopted the Starobinsky model $f(R) = R + αR^2$, which incorporates higher-order curvature corrections to describe nonlinear gravitational behavior. The analysis focuses on the nonlinear spherical evolution of anisotropic matter configurations and explains how dark matter influences their physical characteristics. The presence of dark matter is found to significantly affect the radial and tangential pressure distributions, thereby altering the overall dynamics of the system. The model is employed for the compact object $ Her~X-1$ described by the generalized Tolman-Kuchowicz metric, demonstrating a singularity-free behavior of the physical parameters. The results reveal that increasing the parameter $n$ of the generalized Tolman-Kuchowicz metric leads to striking variations in the model characteristics, highlighting its essential role in governing internal structure and evolution of the compact object. The model remains physically viable under different testing criteria like energy conditions, hydrostatic equilibrium condition, adiabatic index, causality conditions, Herrera's Cracking condition and mass-radius relation presented in this work. | 本研究では、エキゾチック物質が存在する自己重力系の動的進化を、$f(R)$重力の枠組みの中で検証する。 具体的には、高次曲率補正を組み込んだスタロビンスキーモデル$f(R) = R + αR^2$を採用する。 本解析は、異方性物質配置の非線形球面進化に焦点を当て、暗黒物質がそれらの物理的特性にどのように影響するかを説明する。 暗黒物質の存在は、半径方向および接線方向の圧力分布に大きく影響し、それによって系全体のダイナミクスを変化させることが明らかになった。 このモデルは、一般化トルマン・クチョヴィッツ計量で記述されるコンパクト天体$ Her~X-1$に適用され、物理パラメータの特異点フリーな挙動を示す。 結果は、一般化トルマン・クチョヴィッツ計量のパラメータ$n$を増加させるとモデル特性が著しく変化することを明らかにし、コンパクト天体の内部構造と進化を支配する上でのその重要な役割を浮き彫りにする。 このモデルは、エネルギー条件、静水力平衡条件、断熱指数、因果関係条件、ヘレラのクラッキング条件、本研究で提示された質量半径関係などのさまざまなテスト基準の下で、物理的に実行可能です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a relativistic modeling framework for GNSS-based navigation in Geocentric and Barycentric Celestial Reference Systems, i.e., GCRS and BCRS, respectively. Using the IAU-adopted GCRS and BCRS conventions, we derive closed-form transformations for position, velocity, and acceleration that are required to achieve fractional-frequency transfer precision of 10^{-16} and sub-cm positional accuracy. Numerical simulations with GipsyX validate cm-level orbit determination and timing stability within tens of picoseconds across GCRS and BCRS and demonstrate mm-level round-trip GCRS <--> BCRS frame closure over 24 h. These results underscore the necessity of relativistic corrections for high-precision GNSS throughout the Earth-Moon system and demonstrate that GNSS signals can support a decimeter-level orbit accuracy and sub-nanosecond-scale timing synchronization in cislunar space, establishing a robust framework for future operations. We introduce the Lunicentric Celestial Reference System (LCRS) and its associated time scale to extend GNSS-based navigation into cislunar space. We present a minimal cislunar case study (NRHO-like geometry) that applies the improved position/velocity/acceleration transformations and the light-time model. | 地心天文基準系（GCRS）と重心天文基準系（BCRS）におけるGNSSベースのナビゲーションのための相対論的モデリングフレームワークを提示する。 IAUが採用しているGCRSおよびBCRSの慣例を用いて、10^{-16}の分数周波数変換精度とサブcmの位置精度を達成するために必要な、位置、速度、加速度の閉形式変換を導出する。 GipsyXを用いた数値シミュレーションにより、GCRSとBCRSを跨いで数十ピコ秒以内のcmレベルの軌道決定とタイミング安定性を検証し、24時間にわたるmmレベルのGCRS <--> BCRS往復フレームの閉包を実証した。 これらの結果は、地球-月系全体にわたる高精度GNSSのための相対論的補正の必要性を強調するものであり、GNSS信号が地球-月周回空間においてデシメートルレベルの軌道精度とナノ秒未満のタイミング同期をサポートできることを実証し、将来の運用のための堅牢な枠組みを確立するものである。 本研究では、月中心天体基準系（LCRS）とそれに関連する時間スケールを導入し、GNSSベースのナビゲーションを地球-月周回空間に拡張する。 改良された位置/速度/加速度変換と光時間モデルを適用した、地球-月周回空間における最小限のケーススタディ（NRHOのような幾何学）を示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Compact binary systems emitting gravitational waves (GWs) can exhibit orbital eccentricity, along with generic spin orientations, leading to the precession of the orbital angular momentum, individual spins, and the orbital plane. While eccentric binaries with aligned spins are well studied, closed form post Newtonian (PN) expressions that simultaneously include eccentricity and precessing spin effects have remained unavailable. Eccentricity complicates orbital evolution because solving the coupled differential equations typically requires numerical integration, which slows down the generation of waveforms. We exploit the separation of timescales between orbital motion, spin precession, and radiation reaction, applying the precession averaging method of Morras et al. (2025) to remove explicit time dependence from the spin orbit and spin spin dynamics through the second PN order. Using this framework, we derive analytic phasing formulae from the evolution equations for orbital frequency and eccentricity, treating eccentricity as a small parameter. Closed form solutions for the eccentricity evolution and GW phase are obtained up to eighth order in the initial eccentricity. We also generalize the TaylorT2 approximant to include spin precession effects and compute the orbital phase in both time and frequency domains. To improve accuracy for moderate to high initial eccentricities, we perform a resummation of the TaylorT2 phasing. These results offer efficient, closed form phasing expressions that capture the coupled dynamics of eccentricity and precession, enabling more accurate and computationally tractable GW waveform modeling for data analysis. | 重力波（GW）を放出するコンパクトな連星系は、一般的なスピンの向きとともに軌道の離心率を示すことがあり、軌道角運動量、個々のスピン、および軌道面の歳差運動につながります。 整列したスピンを持つ離心率の高い連星はよく研究されていますが、離心率と歳差運動するスピンの効果を同時に含む閉じた形式のポストニュートン（PN）表現はまだ得られていません。 離心率は軌道の発展を複雑にします。 なぜなら、結合した微分方程式を解くには通常、数値積分が必要になり、波形の生成が遅くなるからです。 私たちは、軌道運動、スピン歳差運動、および放射反応の時間スケールの分離を利用し、Morras et al.（2025）の歳差運動平均化法を適用して、スピン軌道とスピンスピンダイナミクスから第2のPNオーダーまでの明示的な時間依存性を除去します。 この枠組みを用いて、軌道周波数と離心率の発展方程式から解析的な位相式を導出し、離心率を小さなパラメータとして扱う。 離心率の発展と重力波位相の閉形式解は、初期離心率において8次まで得られる。 また、TaylorT2近似を一般化してスピン歳差運動の影響を考慮し、時間領域と周波数領域の両方で軌道位相を計算する。 中程度から高い初期離心率における精度を向上させるため、TaylorT2位相の再総和を行う。 これらの結果は、離心率と歳差運動の結合ダイナミクスを捉える効率的な閉形式位相式を提供し、データ解析のためのより正確で計算的に扱いやすい重力波波形モデリングを可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, the combination of the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) Data Release 2 (DR2) baryon acoustic oscillation (BAO) data and the Planck cosmic microwave background (CMB) measurements has shown a $\sim$3$σ$ preference for a dynamical dark energy model with a phantom-crossing behavior. However, such a phantom-crossing dark energy evolution further exacerbates the already severe Hubble tension in the $Λ$CDM model. Moreover, there exists a $\sim2σ$ tension between the DESI DR2 BAO and CMB datasets. Therefore, it is essential to measure the Hubble constant and dark-energy equation-of-state (EoS) parameters using only late-universe observations. In this work, we investigate a novel late-universe data combination: gravitational-wave (GW) standard sirens, BAO, and Type Ia supernovae (SNe Ia). This combination provides a fully distance-ladder- and CMB-independent determination of the Hubble constant and the dark-energy EoS. Using 47 GW standard sirens from the third Gravitational-Wave Transient Catalog, the DESI DR2 BAO data, and DESY5 SNe Ia data, in the $w_0w_a$CDM model, we obtain $H_0=74.8^{+6.3}_{-8.9}$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$, $Ω_{\rm m}=0.320^{+0.015}_{-0.012}$, $w_0=-0.775^{+0.072}_{-0.074}$, and $w_a=-0.80\pm0.47$, indicating a mild phantom-crossing behavior within the $1σ$ credible interval with an $H_0$ value consistent with the distance ladder measurements. Our analysis demonstrates the power of GW standard sirens in breaking parameter degeneracies, and this novel data combination provides joint constraints on the Hubble constant and the dark-energy EoS parameters. | 最近、ダークエネルギー分光装置（DESI）データリリース2（DR2）の重粒子音響振動（BAO）データとプランク宇宙マイクロ波背景放射（CMB）測定の組み合わせにより、ファントム交差挙動を示す動的ダークエネルギーモデルが$\sim$3$σ$優先であることが示された。 しかし、このようなファントム交差ダークエネルギーの進化は、$Λ$CDMモデルにおけるすでに深刻なハッブル張力をさらに悪化させる。 さらに、DESI DR2 BAOとCMBデータセット間には$\sim$2$σ$張力が存在する。 したがって、ハッブル定数とダークエネルギー状態方程式（EoS）パラメータを後期宇宙観測のみを用いて測定することが不可欠である。 本研究では、重力波（GW）標準サイレン、BAO、およびIa型超新星（SNe Ia）という新しい後期宇宙データの組み合わせを調査する。 この組み合わせにより、距離ラダーや CMB にまったく依存しないハッブル定数と暗黒エネルギー EoS の決定が可能になります。 第3重力波トランジェントカタログの47GW標準サイレン、DESI DR2 BAOデータ、DESY5 SNe Iaデータを使用して、$w_0w_a$CDMモデルで、$H_0=74.8^{+6.3}_{-8.9}$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$、$Ω_{\rm m}=0.320^{+0.015}_{-0.012}$、$w_0=-0.775^{+0.072}_{-0.074}$、$w_a=-0.80\pm0.47$を得ました。 これは、距離ラダー測定と一致する$H_0$値で、$1σ$信頼区間内で軽度のファントム横断挙動を示しています。 私たちの分析は、パラメータの退化を打破する GW 標準サイレンの威力を実証しており、この新しいデータの組み合わせはハッブル定数とダークエネルギー EoS パラメータに対する共同制約を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct and analyze a symmetric bimetric cosmological model connecting Anti-de Sitter (AdS) and de Sitter (dS) regimes through a coupled scalar field. Starting from a Lagrangian with Einstein-Hilbert terms for two FLRW metrics and an inter-metric potential, we derive modified Friedmann and Klein-Gordon equations governing their evolution. In the symmetric effective-fluid limit, the model reproduces the main phenomenology of the $Λ$CDM cosmology with a small dynamical correction proportional to $(1+z)^{-3}$, and naturally satisfies local-gravity constraints through Vainshtein screening. This article outlines the theoretical structure and calibration of the model within a dual-geometry cosmological setting. | 反ド・ジッター（AdS）領域とド・ジッター（dS）領域を結合スカラー場を介して接続する対称双計量宇宙論モデルを構築し、解析する。 2つのFLRW計量と計量間ポテンシャルに対するアインシュタイン-ヒルベルト項を含むラグランジアンから出発し、それらの発展を支配する修正フリードマン方程式およびクライン-ゴルドン方程式を導出する。 対称有効流体極限において、このモデルは、(1+z)-3に比例する小さな力学的補正を伴って、$Λ$CDM宇宙論の主要な現象を再現し、ヴァインシュタイン遮蔽によって局所重力制約を自然に満たす。 本稿では、双対幾何学宇宙論設定におけるこのモデルの理論的構造と較正について概説する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Modeling disk formation and mass ejection in binary neutron star systems is an important component in the construction of models for the electromagnetic signals powered by these events. Most models rely on analytical formulae for the disk mass and dynamical ejecta that are fitted to the results of numerical simulations, yet these fits have large uncertainties that significantly limit our ability to extract information from merger observations. In a recent manuscript, Darc et al claim that disk mass formulae constructed using symbolic regression outperform existing formulae and robustly extend to regions of the parameter space outside of the fitting region. I show here that the improvement over the most directly comparable existing model comes mostly from the use of different error measures in optimizing the fitting parameters. For the limited training data used so far, that existing fitting formula has a performance similar to symbolic regression models when optimized over the same error measure. More importantly, I show that many of the formulae obtained through symbolic regression provide unphysical results when used over the whole range of parameters relevant to the modeling of binary neutron star mergers, making them dangerous to use within parameter estimation pipelines. I conclude that fitting formulae with more physics input (e.g. Lund et al 2025), albeit certainly imperfect, remain safer to use in data analysis than these symbolic regression results. Symbolic regression results used in conjunction with careful physics-based vetting may however outperform them in the future. | 中性子星連星系におけるディスク形成と質量放出のモデル化は、これらのイベントによって駆動される電磁信号のモデル構築において重要な要素です。 ほとんどのモデルは、数値シミュレーションの結果にフィッティングしたディスク質量と動的放出物の解析式に依存していますが、これらのフィッティングには大きな不確実性があり、合体観測から情報を抽出する能力が著しく制限されます。 最近の論文で、Darc らは、シンボリック回帰を使用して構築されたディスク質量式が既存の式よりも優れており、フィッティング領域外のパラメータ空間の領域に確実に拡張されると主張しています。 ここでは、最も直接的に比較可能な既存モデルに対する改善は、主にフィッティングパラメータの最適化において異なる誤差指標を使用することから得られることを示します。 これまでに使用した限られたトレーニングデータでは、既存のフィッティング式は、同じ誤差指標で最適化された場合、シンボリック回帰モデルと同様のパフォーマンスを示します。 さらに重要な点として、シンボリック回帰によって得られた式の多くは、連星中性子星合体のモデリングに関連するパラメータの全範囲にわたって使用すると非物理的な結果をもたらし、パラメータ推定パイプライン内での使用が危険であることを示しています。 より多くの物理的入力（例：Lund et al 2025）を用いたフィッティング式は、確かに不完全ではあるものの、これらのシンボリック回帰の結果よりもデータ分析において安全に使用できると結論付けます。 しかしながら、慎重な物理的検証と組み合わせてシンボリック回帰の結果を使用することで、将来的にはシンボリック回帰の結果よりも優れた性能を発揮する可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present an improved subdominant-mode amplitude (SMA) test of general relativity (GR), which probes amplitude-level deviations in the higher-order modes of gravitational-wave (GW) signals from binary black hole mergers while keeping the dominant quadrupole mode fixed. Using a comprehensive parameter-estimation campaign, we benchmark the test against Gaussian noise fluctuations, waveform modeling systematics, and physical effects such as spin precession and orbital eccentricity. When applied to numerical-relativity simulations, the SMA test performs reliably for aligned-spin and mildly precessing systems but exhibits measurable biases for strongly precessing or eccentric binaries. Although designed to detect amplitude deviations, the test also responds coherently to phase perturbations, yielding apparent GR violations when applied to phase-modified waveforms. Applied to recent GW detections, we report the strongest constraint on the hexadecapolar (4,4) mode amplitude deviation, $δA_{44} = -0.30^{+1.16}_{-3.45}$, consistent with GR. With these results, this work establishes the SMA test as a robust and broadly sensitive framework for probing strong-field gravity and demonstrates a systematic approach for assessing the robustness of GW tests of GR. | 我々は一般相対性理論（GR）の改良されたサブドミナントモード振幅（SMA）検定を提示する。 これは、支配的な四重極モードを固定したまま、連星ブラックホール合体からの重力波（GW）信号の高次モードにおける振幅レベルの偏差を調べるものである。 包括的なパラメータ推定キャンペーンを用いて、ガウス雑音変動、波形モデリングの系統的性質、スピン歳差運動や軌道離心率などの物理的効果に対してこの検定をベンチマークする。 数値相対論シミュレーションに適用した場合、SMA検定は整列スピンおよび弱歳差運動する系に対して確実に機能するが、強く歳差運動するまたは離心率の高い連星に対しては測定可能なバイアスを示す。 振幅偏差を検出するように設計されているが、この検定は位相摂動にもコヒーレントに反応し、位相修正された波形に適用すると明らかなGRの破れをもたらす。 最近の重力波検出に適用した結果、16極子(4,4)モードの振幅偏差に対する最も強い制約、$δA_{44} = -0.30^{+1.16}_{-3.45}$が得られ、これは一般相対性理論と整合する。 これらの結果により、本研究はSMAテストを強磁場重力探査のための堅牢かつ広域感度な枠組みとして確立し、一般相対性理論の重力波テストの堅牢性を評価するための体系的なアプローチを実証する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a fully analytic treatment of Schwarzschild--de Sitter (SdS) black-hole evaporation in two-dimensional dilaton gravity with anomaly-induced backreaction. Starting from the spherical reduction of four-dimensional Einstein gravity with a cosmological constant, we construct an exactly solvable 2D model that captures the full causal and thermodynamic structure of the SdS static patch, including both black-hole and cosmological horizons. Incorporating the trace anomaly of $N$ conformal matter fields via the Polyakov action, we determine the evolution of the black-hole mass and geometry in the Unruh--de Sitter state, track the steady nonequilibrium Hawking flux, and compute local thermodynamic observables for static observers. The conserved Killing energy flux drives an irreversible heat current from the black hole to the cosmological horizon whenever their surface gravities differ, ensuring monotonic entropy growth and satisfaction of the generalized second law. We prove that $κ_b > κ_c$ throughout the physical static patch, so the only zero-flux configuration is the Nariai limit where the horizons coincide. Extending the framework to the quantum-information regime, we construct a thermally controlled estimate of the Page curve and show how quantum extremal surfaces and entanglement islands emerge naturally within the anomaly-induced steady state. These results constitute a fully analytic, backreacted solution for SdS evaporation that unifies semiclassical thermodynamics and information flow in a cosmological setting, thereby elucidating the ultimate fate of evaporating black holes in de Sitter space. | 異常誘起反作用を伴う2次元ディラトン重力におけるシュワルツシルト・ド・ジッター（SdS）ブラックホール蒸発の完全解析的取り扱いを提示する。 宇宙定数を用いた4次元アインシュタイン重力の球面縮小から出発し、ブラックホールと宇宙の地平線の両方を含むSdS静的パッチの完全な因果的および熱力学的構造を捉える、厳密に解ける2次元モデルを構築する。 ポリヤコフ作用を介して$N$共形物質場のトレース異常を組み込み、ウンルー・ド・ジッター状態におけるブラックホールの質量と形状の発展を決定し、定常非平衡ホーキング流束を追跡し、静的観測者に対する局所熱力学的観測量を計算する。 保存されるキリングエネルギー流束は、ブラックホールと宇宙の地平線の表面重力が異なる場合は常に、ブラックホールから宇宙の地平線へ不可逆な熱流を駆動し、単調なエントロピー増加と一般化第二法則の充足を保証する。 我々は、物理的静的パッチ全体にわたって$κ_b > κ_c$が成り立つことを証明する。 したがって、ゼロフラックス構成は、地平線が一致するナリアイ極限のみである。 この枠組みを量子情報領域に拡張し、ページ曲線の熱制御推定値を構築し、異常誘起定常状態において量子極限面とエンタングルメント島が自然に出現する様子を示す。 これらの結果は、SdS蒸発に対する完全に解析的な逆反応解を構成し、半古典的熱力学と情報の流れを宇宙論的設定で統合し、それによってド・ジッター空間における蒸発ブラックホールの最終的な運命を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We derive relativistic Maxwell-Bloch equations for potential applications in astronomical environments, where various radiative processes are known to occur, including the maser action and Dicke's superradiance. We show that for both phenomena a radiating system's response is preserved at different relative velocities between the system's rest frame and the observer, while the relevant timescales and the radiation intensity transform as expected from relativistic considerations. We verify that the level of coherence between groups of emitters travelling at different speeds is unchanged in all reference frames. We also derive relativistic versions of the maser equations applicable in the steady-state regime. | 我々は、メーザー作用やディッケ超放射など、様々な放射過程が発生することが知られている天文環境への応用を念頭に、相対論的マクスウェル・ブロッホ方程式を導出する。 これらの現象において、放射系の応答は、系の静止系と観測者との間の相対速度が異なっても維持される一方で、関連する時間スケールと放射強度は相対論的考察から予想される通り変化することを示す。 また、異なる速度で移動する放射体群間のコヒーレンスレベルは、すべての基準系において変化しないことを確認する。 さらに、定常状態に適用可能なメーザー方程式の相対論的バージョンも導出する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a complete computation of the scalar power spectrum in the \emph{inflation without inflaton} (IWI) framework, where the inflationary expansion is driven solely by a de~Sitter (dS) background and scalar fluctuations arise as second-order effects sourced by tensor perturbations. By explicitly deriving and numerically integrating the full second-order kernel of the Einstein equations, we obtain a scale-invariant scalar spectrum without invoking a fundamental scalar field. In this framework, the amplitude of the scalar fluctuations is directly linked to the scale of inflation. More precisely, we show that matching the observed level of scalar fluctuations, $Δ_φ^2(k_\ast)\approx 10^{-9}$ at Cosmic Microwave Background (CMB) scales, fixes the inflationary energy scale $H_{\rm inf}$ as a function of the number of observed e-folds $N_{\rm obs}$. For $N_{\rm obs}\simeq 30 - 60$, we find $H_{\rm inf} \simeq 5\times 10^{13}\,\mathrm{GeV} - 2\times 10^{10}\,\mathrm{GeV}$, corresponding to a tensor-to-scalar ratio $r \simeq 0.01 - 5\times 10^{-9}$. In particular, requiring consistency with instantaneous reheating, we predict a number of e-folds of order~$\mathcal{O}(50)$ and an inflationary scale $H_{\rm inf} \simeq 10^{11}\,\mathrm{GeV}$. We also incorporate in our framework the quantum break-time of the dS state and show that it imposes an upper bound on the number of particle species. Specifically, using laboratory constraints on the number of species limits the duration of inflation to $N_{\rm obs}\lesssim 126$ e-folds. These results establish the IWI scenario as a predictive and falsifiable alternative to standard inflaton-driven models, linking the observed amplitude of primordial fluctuations directly to the quantum nature and finite lifetime of dS space. | 我々は、インフレーションなしのインフレーション（IWI）枠組みにおけるスカラーパワースペクトルの完全な計算を提示する。 この枠組みでは、インフレーション膨張はデ・シッター（dS）背景のみによって駆動され、スカラー揺らぎはテンソル摂動に起因する2次効果として生じる。 アインシュタイン方程式の2次核全体を明示的に導出し、数値積分することで、基本的なスカラー場を用いることなく、スケール不変なスカラースペクトルを得る。 この枠組みでは、スカラー揺らぎの振幅はインフレーションのスケールに直接結びついている。 より正確には、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）スケールにおける観測スカラー変動レベル $Δ_φ^2(k_\ast)\approx 10^{-9}$ と一致すると、観測された電子倍数 $N_{\rm obs}$ の関数としてインフレーションエネルギースケール $H_{\rm inf}$ が固定されることを示します。 $N_{\rm obs}\simeq 30 - 60$ の場合、$H_{\rm inf} \simeq 5\times 10^{13}\,\mathrm{GeV} - 2\times 10^{10}\,\mathrm{GeV}$ となり、テンソル対スカラー比 $r \simeq 0.01 - 5\times 10^{-9}$ に相当します。 特に、瞬間再加熱との整合性を前提として、我々は約$\mathcal{O}(50)$のオーダーのe-foldの数とインフレーションスケール$H_{\rm inf} \simeq 10^{11}\,\mathrm{GeV}$を予測する。 また、dS状態の量子ブレークタイムをこの枠組みに組み込み、それが粒子種の数に上限を課すことを示す。 具体的には、種の数に対する実験室的制約を用いると、インフレーションの持続時間は$N_{\rm obs}\lesssim 126$ e-foldに制限される。 これらの結果から、IWIシナリオは標準的なインフレーション駆動モデルに代わる予測可能かつ反証可能な代替モデルとして確立され、観測された原始的揺らぎの振幅がdS空間の量子的性質と有限寿命に直接結び付けられる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The release of the fourth Gravitational Wave Transient Catalog (GWTC-4.0) by the LIGO-Virgo-KAGRA collaboration includes more than 200 compact binary coalescence (CBC) candidates that can be used to probe the cosmic expansion. The population of merging binary black holes has been used so far to provide a constraint on the Hubble constant and dark matter fraction under the hypothesis of a flat-$Λ$-Cold-Dark-Matter Universe. In this work, we provide the first non-parametric constrain on the Hubble parameter from 137 dark sirens reported in GWTC-4.0. We employ the relation between detector and source frame masses for detected GW signals, to obtain a statistical redshift evaluation for the population of binary black holes (BBHs). We model the Hubble parameter as a non-parametric autoregressive process in terms of the scale factor, using splines. In addition, we introduce two novel features: the use of \textit{anchor} points for $H(z)$ derived from an external probe - here, Baryon Acoustic Oscillations (BAOs) - and a constraining power coefficient that quantifies where the inference is most data-driven by GW detections. We highlight three key findings: (i) using GWs alone, the Hubble parameter determination is the most GW-data-driven around redshift $z = 0.44$, yielding to $H(0.44) = 92.3_{-36.6}^{+29.9}\rm\, km s^{-1} Mpc^{-1}$. Its value at $z = 0$, the Hubble constant, is therefore less constrained by the GW data. (ii) The Hubble parameter inferred from analyses assuming a flat-$Λ$CDM cosmological model is strongly affected by the cosmological model assumption. (iii) Introducing an anchor point for $H(z)$ enhances the inferred constraints and provides a clear visualization of the redshift range where GWs contribute most to the constraining power. | LIGO-Virgo-KAGRA共同研究による第4回重力波トランジェントカタログ（GWTC-4.0）の公開には、宇宙膨張の探査に利用可能な200個以上のコンパクト連星合体（CBC）候補が含まれています。 これまで、合体する連星ブラックホールの種族は、平坦な$Λ$-冷たい暗黒物質宇宙の仮説の下で、ハッブル定数と暗黒物質の割合に対する制限を与えるために用いられてきました。 本研究では、GWTC-4.0で報告された137個のダークサイレンから、ハッブルパラメータに対する初めてのノンパラメトリックな制限を与えます。 検出された重力波信号の検出器とソースフレームの質量の関係を用いて、連星ブラックホール（BBH）の種族の統計的な赤方偏移評価を得ます。 ハッブルパラメータを、スプラインを用いてスケール係数に関するノンパラメトリックな自己回帰過程としてモデル化します。 さらに、我々は2つの新しい特徴を導入する。 すなわち、外部プローブ（ここではバリオン音響振動（BAO））から導出された$H(z)$の\textit{アンカー}ポイントの使用と、推論が重力波検出によって最もデータ駆動されている場所を定量化する制約係数である。 我々は3つの重要な発見を強調する。 (i) 重力波のみを用いた場合、ハッブルパラメータの決定は赤方偏移$z = 0.44$付近で最も重力波データ駆動的となり、$H(0.44) = 92.3_{-36.6}^{+29.9}\rm\, km s^{-1} Mpc^{-1}$となる。 したがって、$z = 0$におけるその値、すなわちハッブル定数は重力波データによる制約を受けにくくなる。 (ii) 平坦$Λ$CDM宇宙論モデルを仮定した解析から推定されるハッブルパラメータは、宇宙論モデルの仮定に強く影響される。 (iii) $H(z)$のアンカーポイントを導入すると、推論された制約が強化され、重力波が制約力に最も寄与する赤方偏移の範囲が明確に視覚化されます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We establish the analytic structure of the S-matrix in the complex-frequency plane for classical wave scattering on a Schwarzschild background in four space-time dimensions. Our argument relies on the analytic continuation of the gravitational potential, with the singularity behind the horizon playing a crucial role. We find that in the lower half-plane the partial-wave amplitudes are analytic except for the quasinormal-mode poles and the branch cut associated with late-time tails. As a direct consequence of causality, the retarded Green's function and absorption amplitude are analytic in the upper-half plane. We show, however, that Stokes phenomena can obstruct this analyticity domain from carrying over to the elastic amplitude, which instead develops a branch-cut in the upper-half plane. We also determine the effect of infrared (IR) regulators on the analytic structure, showing that polynomial boundedness requires a sharp lower bound on the IR cutoff in terms of the Schwarzschild radius. | 4次元時空におけるシュワルツシルト背景による古典波動散乱について、複素周波数平面におけるS行列の解析構造を確立する。 この議論は、重力ポテンシャルの解析接続に基づいており、地平線の背後にある特異点が重要な役割を果たしている。 下半平面では、準正規モード極と後期裾野に関連する分岐切断を除き、部分波振幅は解析的であることがわかった。 因果律の直接的な結果として、遅延グリーン関数と吸収振幅は上半平面において解析的である。 しかし、ストークス現象によってこの解析性領域が弾性振幅に持ち越されることが妨げられ、代わりに上半平面に分岐切断が生じることを示す。 また、赤外線（IR）レギュレータが解析構造に与える影響を明らかにし、多項式有界性には、シュワルツシルト半径に関してIRカットオフの明確な下限が必要であることを示す。 |