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| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent observations of cosmic microwave background (CMB) anisotropies combined with large-scale structure may point towards higher values of the scalar spectral index, $n_s$. This puts previously preferred inflationary models, such as $α$-attractors, in tension with the new measurements. Pending a resolution of the tension between BAO parameters as determined by CMB datasets and those determined by DESI, we explore in this work the large-$n_s$ regime of $α$-attractor T-models. We show that some T-models can self-consistently produce an extended reheating stage with a stiff equation of state $(\bar w>1/3)$, which allows values for $n_s$ closer to unity. We employ constraints from P-ACT-LB-BK18 data to illustrate what large-$n_s$ observations might imply for T-models. We show that the $n_s$ measurement yields an upper limit on $α$ that is stronger than the one from the tensor-to-scalar ratio only. We find that $n_s$ is maximised for $α\sim1$, therefore the seven Poincaré models are well placed to deliver large $n_s$. However, the ability of a stiff reheating stage to increase the compatibility of T-models with large-$n_s$ measurements saturates as $\bar{w}\to1$. Thanks to this effect, we establish that the largest $n_s$ that T-models can produce is $n_s=0.9682$. T-models are therefore highly predictive in the large-$n_s$ regime and our result provides, under the assumption of perturbative reheating, a benchmark which could be used in the future to rule out T-models. | 大規模構造と組み合わされた宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の異方性の最近の観測は、スカラースペクトル指数$n_s$のより高い値を示唆している可能性がある。 これは、$α$アトラクターなどのこれまで好まれていたインフレーションモデルを、新しい測定結果と矛盾する状況に陥らせる。 CMBデータセットによって決定されたBAOパラメータとDESIによって決定されたBAOパラメータ間の矛盾が解決されるまで、本研究では、$α$アトラクターTモデルの大きな$n_s$領域を調査する。 一部のTモデルは、$n_s$の値が1に近づくことを許容する硬い状態方程式$(\bar w>1/3)$を持つ拡張再加熱段階を自己無撞着に生成できることを示す。 P-ACT-LB-BK18データからの制約を用いて、大きな$n_s$観測がTモデルに何を示唆するかを説明する。 $n_s$測定は、テンソル・スカラー比のみから得られるものよりも強い$α$の上限をもたらすことを示す。 $n_s$は$α\sim1$で最大化されることがわかったため、7つのポアンカレ模型は大きな$n_s$を実現するのに適している。 しかし、Tモデルと大きな$n_s$測定の適合性を高めるための硬い再加熱段階の能力は、$\bar{w}\to1$で飽和する。 この効果により、Tモデルが生成できる最大の$n_s$は$n_s=0.9682$であることが確立される。 したがって、Tモデルは大きな$n_s$領域で高い予測精度を示し、摂動的な再加熱を仮定した場合、我々の結果は将来Tモデルを除外するために使用できるベンチマークとなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The interplay between supermassive black holes (SMBHs) and their surrounding environment is fundamental to understanding galactic evolution. This work investigates the influence of a cold dark matter (DM) halo on the dynamics of relativistic, low angular momentum, inviscid, and advective hot accretion flow onto a galactic SMBH. Modeling the spacetime geometry as a black hole embedded within various DM distributions, including those with a central density spike, we demonstrate that the presence of a DM halo, particularly one that is massive and compact, enhances the luminosity of the accretion disk. The dominant contribution to this luminosity originates from the inner regions of the flow, suggesting that luminosity measurements could serve as a valuable observational probe for the dense DM environments expected near galactic centers. | 超大質量ブラックホール（SMBH）とその周囲環境との相互作用は、銀河進化の理解に不可欠です。 本研究では、冷たい暗黒物質（DM）ハローが、銀河SMBHへの相対論的、低角運動量、非粘性、移流性の高温降着流のダイナミクスに及ぼす影響を調査します。 中心密度スパイクを含む様々なDM分布に埋め込まれたブラックホールとして時空構造をモデル化し、特に大質量かつコンパクトなDMハローの存在が、降着円盤の光度を増大させることを実証しました。 この光度への主な寄与は、流れの内部領域に由来しており、光度測定は、銀河中心付近で予想される高密度のDM環境を観測するための貴重なプローブとなり得ることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We extend a four-qubit quantum circuit model of black hole evaporation that enforces semi-causality, a condition that allows information to enter a black hole but strictly forbids any information from escaping from the interior to outside through the horizon. In this work, we introduce a controlled violation of this principle by inserting a parametric controlled-unitary gate that enables a tunable leakage of quantum information from the black hole interior to the exterior, while preserving global unitarity. By varying the deformation parameter, we study the evolution of entanglement entropy, mutual information, and entanglement negativity throughout the evaporation process. While the semi-causal case yields a Page-like entropy curve with vanishing late-time correlations, we find that even small violations of semi-causality produce a non-zero residual entropy and persistent negativity across the horizon. These features mimic quantum-gravity-induced effects such as remnant formation and horizon permeability, suggesting that minimal deviations from classical causality can leave long-lived imprints on black hole information dynamics. | 我々は、ブラックホール蒸発の4量子ビット量子回路モデルを拡張し、半因果性を強制する。 半因果性とは、ブラックホールに情報が入るのを許すが、内部から地平線を越えて外部に情報が漏れることを固く禁じる条件である。 本研究では、パラメトリック制御ユニタリーゲートを挿入することで、この原理の制御された違反を導入する。 これにより、ブラックホール内部から外部への量子情報の調整可能な漏洩を可能にしながら、グローバルユニタリー性を維持する。 変形パラメータを変化させることで、蒸発プロセス全体にわたるエンタングルメントエントロピー、相互情報量、エンタングルメント負性の変化を調べる。 半因果性のケースでは、後期相関が消失するページのようなエントロピー曲線が得られるが、半因果性の小さな違反でさえ、地平線を越えて非ゼロの残余エントロピーと永続的な負性を生成することがわかった。 これらの特徴は、残留物の形成や地平線の浸透性などの量子重力誘発効果を模倣しており、古典的な因果関係からのわずかな逸脱がブラックホールの情報ダイナミクスに長寿命の痕跡を残す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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| In this paper, we investigate the accelerating phase of the Universe within the context of $f(R,L_m,T)$ gravity theory, where $R$, $L_m$, and $T$ represent the Ricci scalar, matter Lagrangian, and the trace of the energy-momentum tensor, respectively. We focus on a particular form of modified gravity defined by $f(R,L_m,T) = R - μL_m T - γ$, with $μ$ and $γ$ being positive constants. The matter sector is characterized by the Lagrangian density $L_m = -ρ$, where $ρ$ denotes the energy density of the cosmological fluid. We conduct an in-depth examination of the model using phase space analysis, thoroughly evaluating the evolution of cosmological solutions with dynamical system techniques. The results is illustrated through graphs in the phase space, the characteristics of critical points and the stable attractors within the proposed modified gravity $f(R,L_m,T)$ cosmological framework. We investigate the transition from the initial decelerating phase of the universe to its current accelerating phase. The behaviour of the EoS, deceleration parameter with the appropriate initial conditions have been investigated. | 本論文では、宇宙の加速段階を $f(R,L_m,T)$ 重力理論の文脈で考察する。 ここで、$R$、$L_m$、$T$ はそれぞれリッチスカラー、物質ラグランジアン、エネルギー運動量テンソルのトレースを表す。 我々は、$f(R,L_m,T) = R - μL_m T - γ$ で定義される修正重力の特定の形式に焦点を当てる。 ここで、$μ$ と $γ$ は正の定数である。 物質セクターはラグランジアン密度 $L_m = -ρ$ で特徴付けられる。 ここで、$ρ$ は宇宙流体のエネルギー密度を表す。 我々は位相空間解析を用いてモデルの詳細な検討を行い、力学系手法を用いて宇宙論的解の発展を徹底的に評価する。 結果は、提案された修正重力 $f(R,L_m,T)$ 宇宙論的枠組みにおける位相空間のグラフ、臨界点の特性、および安定アトラクターを通じて示される。 我々は、宇宙の初期の減速段階から現在の加速段階への移行を研究する。 適切な初期条件におけるEoS（減速パラメータ）の挙動を研究した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We give the first general construction of solutions of the static spherically symmetric Einstein-Euler equations, the Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV-)equation, with prescribed density functions allowed to be discontinuous and non-uniform; these solutions describe stellar phase transitions in General Relativity. Boundedness of the resulting pressure functions solving the TOV-equations, from the boundary down to the stellar center, is obtained by identifying a novel condition on the prescribed density, in generalization of the classical Buchdahl limit. Moreover, we introduce a new necessary condition for the existence of such bounded pressure functions, which in the special case of a uniform density state reduces to the classical Buchdahl limit on the stellar mass-radius relationship. We present various examples to study the stellar mass-radius relationships resulting from our new conditions. | 我々は、不連続かつ非一様であることが許される所定の密度関数を持つ、静的球対称アインシュタイン-オイラー方程式、トルマン-オッペンハイマー-フォルコフ (TOV-) 方程式の解の最初の一般的な構成を与える。 これらの解は、一般相対性理論における恒星の相転移を記述する。 境界から恒星中心に至るまで TOV-方程式を解いた結果として得られる圧力関数の有界性は、古典的なブッフダール限界の一般化において、所定の密度に関する新しい条件を特定することによって得られる。 さらに、我々はそのような有界圧力関数の存在に対する新しい必要条件を導入する。 この条件は、均一密度状態の特殊なケースでは、恒星の質量と半径の関係に関する古典的なブッフダール限界に簡約される。 我々は、新しい条件から生じる恒星の質量と半径の関係を調べるために、さまざまな例を提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Persistent tensions in the Hubble constant (H0) and the matter clustering parameter (S8) motivate late-time new physics that suppresses structure growth without significantly altering the background expansion history of the LambdaCDM model. We study a class of dark-sector dynamics in which a scalar dark energy field, governed by a Z2-symmetric quartic potential, interacts with dark matter through Yukawa and portal couplings. When the matter density drops below a critical threshold, a cosmological spontaneous symmetry breaking mechanism generates a time-dependent vacuum expectation value v(a) and activates an effective coupling eta(a). This creates a symmetric phase (a <= ac) identical to LambdaCDM at early times, and a broken phase (a > ac) in which eta(a) > 0 transfers energy from dark matter to dark energy, suppressing linear structure growth. Using RSD, BAO, cosmic chronometers, Pantheon+SH0ES supernovae, and compressed Planck distance priors, we compare a fixed LambdaCDM background with a self-consistent coupled-scalar evolution. The RSD-only analysis shows a strong shift: the dynamical background gives Omega_m ~ 0.31 +/- 0.10 and sigma8,0 ~ 0.59 +/- 0.01, while the fixed-background case gives Omega_m ~ 0.20 +/- 0.09 and sigma8,0 ~ 0.75 +/- 0.05. In the full joint fit, we obtain Omega_m = 0.29 +/- 0.01, H0 = 69.7 +/- 0.6 km s^-1 Mpc^-1, and sigma8,0 = 0.78 +/- 0.01. A late-time interaction triggered by spontaneous symmetry breaking can therefore damp structure growth and ease the S8 tension while leaving the expansion history and the inferred H0 essentially unchanged, suggesting distinct physical origins for the two tensions. | ハッブル定数 (H0) と物質クラスタリングパラメータ (S8) における持続的な緊張は、LambdaCDM モデルの背景膨張履歴を大幅に変更することなく構造成長を抑制する、後期の新しい物理現象のきっかけとなる。 我々は、Z2 対称 4 次ポテンシャルによって支配されるスカラー暗黒エネルギー場が、湯川相互作用およびポータル相互作用を介して暗黒物質と相互作用する、ある種のダークセクターダイナミクスを研究する。 物質密度が臨界閾値を下回ると、宇宙論的自発的対称性の破れ機構によって時間依存の真空期待値 v(a) が生成され、有効結合 eta(a) が活性化される。 これにより、初期には LambdaCDM と同一の対称位相 (a <= ac) と、eta(a) > 0 によって暗黒物質から暗黒エネルギーへエネルギーが伝達され、線形構造成長が抑制される破れの位相 (a > ac) が生じる。 RSD、BAO、宇宙クロノメータ、パンテオン+SH0ES超新星、および圧縮プランク距離事前分布を用いて、固定されたLambdaCDM背景と自己無撞着な結合スカラー進化を比較した。 RSDのみの解析では大きなシフトが見られた。 動的背景の場合、Omega_mは約0.31 +/- 0.10、sigma8,0は約0.59 +/- 0.01となるのに対し、固定背景の場合、Omega_mは約0.20 +/- 0.09、sigma8,0は約0.75 +/- 0.05となる。 完全なジョイントフィットでは、Omega_m = 0.29 +/- 0.01、H0 = 69.7 +/- 0.6 km s^-1 Mpc^-1、sigma8,0 = 0.78 +/- 0.01となった。 したがって、自発的な対称性の破れによって引き起こされる後期の相互作用は、構造の成長を抑制し、S8 の緊張を緩和する一方で、膨張履歴と推定された H0 を本質的に変更しない可能性があり、2 つの緊張の物理的起源が異なることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In k-essence theories within general relativity, where the matter Lagrangian depends on a real scalar field $φ$ and its kinetic term $X$, static and spherically symmetric compact objects with a positive-definite energy density cannot exist without introducing ghosts. We show that this no-go theorem can be evaded when the k-essence Lagrangian is extended to include a dependence on the field strength $F$ of a $U(1)$ gauge field, taking the general form ${\cal L}(φ, X, F)$. In Einstein-scalar-Maxwell theories with a scalar-vector coupling $μ(φ) F$, we demonstrate the existence of asymptotically flat, charged compact stars whose energy density and pressure vanish at the center. With an appropriate choice of the coupling function $μ(φ)$, we construct both electric and magnetic compact objects and derive their metric functions and scalar- and vector-field profiles analytically. We compute their masses and radii, showing that the compactness lies in the range ${\cal O}(0.01)<{\cal C}<{\cal O}(0.1)$. A linear perturbation analysis reveals that electric compact objects are free of strong coupling, ghost, and Laplacian instabilities at all radii for $μ(φ)>0$, while magnetic compact objects suffer from strong coupling near the center. | 一般相対論におけるk-エッセンス理論では、物質ラグランジアンが実スカラー場$φ$とその運動項$X$に依存するため、正定値のエネルギー密度を持つ静的かつ球対称なコンパクト天体はゴーストを導入することなく存在できない。 k-エッセンスラグランジアンを拡張して、一般形${\cal L}(φ, X, F)$をとる$U(1)$ゲージ場の場の強度$F$への依存性を含めると、この立ち入り禁止定理を回避できることを示す。 スカラーベクトル結合$μ(φ) F$を持つアインシュタイン-スカラー-マクスウェル理論では、中心でエネルギー密度と圧力がゼロになる漸近的に平坦な荷電コンパクト星の存在を示す。 結合関数$μ(φ)$を適切に選択することで、電気コンパクト天体と磁気コンパクト天体の両方を構築し、それらの計量関数とスカラー場およびベクトル場のプロファイルを解析的に導く。 これらの質量と半径を計算し、コンパクト性は${\cal O}(0.01)<{\cal C}<{\cal O}(0.1)$の範囲にあることを示した。 線形摂動解析により、電気コンパクト天体は$μ(φ)>0$のあらゆる半径において強結合、ゴースト、ラプラシアン不安定性が生じないのに対し、磁気コンパクト天体は中心付近で強結合の影響を受けることが明らかになった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The assumption that photons are massless is a foundational postulate of modern physics, yet it remains subject to experimental verification. Fast radio bursts (FRBs), with their cosmological distances and precisely measured dispersion, offer an excellent laboratory for testing this hypothesis. In this work, we propose an improved distribution function for the dispersion measure arising from extragalactic gas and demonstrate that it provides an excellent fit to mock data. We then apply this distribution to constrain the photon rest mass under the $Λ$CDM, $w$CDM, and $w_{0}w_{a}$CDM cosmological models, the last of which is favored by recent DESI baryon acoustic oscillation observations. The corresponding 1$σ$ upper limits on the photon mass are found to be $4.83\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$, $4.71\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$, and $4.86\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$, respectively, which are the most stringent constraints derived from FRBs to date. These results indicate that the choice of cosmological model has only a minor impact on photon-mass bounds, demonstrate that FRBs provide robust and reliable constraints, and offer strong empirical support for the massless nature of the photon. | 光子が質量を持たないという仮定は現代物理学の基本公理であるが、依然として実験的検証が待たれる。 宇宙論的距離と精密に測定された分散を持つ高速電波バースト（FRB）は、この仮説を検証するための優れた実験室を提供する。 本研究では、銀河系外ガスに起因する分散尺度に対する改良された分布関数を提案し、それが模擬データに優れた適合性を示すことを示す。 次に、この分布を用いて、$Λ$CDM、$w$CDM、そして$w_{0}w_{a}$CDM宇宙論モデルにおける光子の静止質量を制限する。 このうち$w_{a}$CDM宇宙論モデルは、近年のDESIバリオン音響振動観測で支持されている。 光子質量の1σ上限はそれぞれ$4.83\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$、$4.71\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$、$4.86\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$であることが分かり、これらはFRBからこれまでに得られた最も厳しい制約条件である。 これらの結果は、宇宙論モデルの選択が光子質量の上限にわずかな影響しか与えないことを示しており、FRBが堅牢で信頼性の高い制約条件を与えることを実証し、光子の質量がない性質を経験的に強く裏付けている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate late-time interacting cosmologies within the framework of generalized Rastall gravity, where the interaction arises naturally from the non-conservation of the energy-momentum tensor. We formulate the background evolution of the dark sector as an autonomous dynamical system, defining interaction terms $Q_1=α\,\dot{f}$ and $Q_2=-\dot{f}\,(1+α)$, with $α$ a constant parameter and $f$ a time-dependent function. Three interaction cases are studied: $f \propto ρ_m$, $f \propto ρ_{de}$, and $f \propto ρ_m + ρ_{de}$, assuming a constant dark-energy equation of state $w_{de}$. For each scenario, we derive the closed dynamical system in terms of the density parameters $(Ω_{de}, Ω_m)$, identify its fixed points, and analyze their stability across the parameter space. In this context, the phase-space exhibits a standard cosmological dynamics: an unstable radiation point, a transient matter saddle, and a stable late-time attractor with accelerated expansion. In addition, we utilize a joint likelihood analysis with Cosmic Chronometers, PantheonPlus, and DESI data to obtain marginalized parameter estimates at the $68\%$ and $95\%$ confidence levels, constraining the parameter space in each interaction model. | 本研究では、一般化ラスタール重力の枠組みにおいて、相互作用がエネルギー運動量テンソルの非保存性から自然に生じる、後期時間相互作用宇宙論を調査する。 ダークセクターの背景進化を自律力学系として定式化し、相互作用項 $Q_1=α\,\dot{f}$ および $Q_2=-\dot{f}\,(1+α)$ を定義する。 ここで、$α$ は定数パラメータ、$f$ は時間依存関数である。 相互作用の3つのケース、$f \propto ρ_m$、$f \propto ρ_{de}$、$f \propto ρ_m + ρ_{de}$ を研究し、定数ダークエネルギー状態方程式 $w_{de}$ を仮定する。 各シナリオについて、密度パラメータ $(Ω_{de}, Ω_m)$ を用いて閉力学系を導出し、その固定点を特定し、パラメータ空間全体にわたる安定性を解析する。 この文脈において、位相空間は標準的な宇宙論的ダイナミクス、すなわち不安定な放射点、過渡的な物質サドル、そして加速膨張を伴う安定な後期アトラクターを示す。 さらに、Cosmic Chronometers、PantheonPlus、DESIデータを用いた結合尤度分析を用いて、信頼度水準$68\%$および$95\%$における周辺化パラメータ推定値を求め、各相互作用モデルのパラメータ空間を制約する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The gamma-metric, also known as Zipoy-Voorhees spacetime, is a static, axially symmetric vacuum solution to Einstein's field equations characterized by two parameters: mass and the deformation parameter gamma. It reduces to the Schwarzschild metric when gamma = 1. In this paper we explore potential signatures of the gamma-metric on periodic orbits and their gravitational-wave radiation. Periodic orbits are classified by a rotational number specified by three topological numbers (z, w, v), each triple corresponding to characteristic zoom-whirl behavior. We show that deviations from gamma=1 alter the radii and angular momentum of bound orbits and thereby shift the (z, w, v) taxonomy. We also compute representative gravitational waveforms for certain periodic orbits and demonstrate that gamma != 1 can induce phase shifts and amplitude modulations correlated with changes in the zoom-whirl structure. In particular, larger zoom numbers lead to increasingly complex substructures in the waveforms, and finite deviations from gamma=1 can significantly modify these features. Our results indicate that precise measurements of waveform morphology from extreme-mass-ratio inspirals may constrain deviations from spherical symmetry encoded in gamma. | ガンマ計量（ジポイ・ボーヒーズ時空とも呼ばれる）は、質量と変形パラメータガンマの2つのパラメータで特徴付けられる、アインシュタインの場の方程式の静的で軸対称な真空解である。 ガンマ = 1 のとき、ガンマ計量はシュワルツシルト計量に簡約される。 本稿では、周期軌道とその重力波放射におけるガンマ計量の潜在的な特徴を調査する。 周期軌道は、3つの位相数（z、w、v）で指定される回転数で分類され、各3つ組は特徴的なズーム・ワール挙動に対応する。 ガンマ = 1 からの偏差が、束縛軌道の半径と角運動量を変え、それによって（z、w、v）分類がシフトすることを示す。 また、特定の周期軌道の代表的な重力波形を計算し、ガンマ != 1 がズーム・ワール構造の変化と相関する位相シフトと振幅変調を引き起こす可能性があることを示す。 特に、ズーム数を大きくすると波形のサブストラクチャはますます複雑になり、ガンマ=1からの有限の偏差によってこれらの特徴が大きく変化する可能性があります。 私たちの研究結果は、極端質量比のインスパイラルから波形の形態を精密に測定することで、ガンマにエンコードされた球対称性からの偏差を制限できる可能性を示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The accelerated expansion of the universe poses a significant challenge to General Relativity. Non-local modifications to gravity have emerged as a compelling class of theories to address this dark energy puzzle. Building upon earlier proposals, we investigate a specific non-local modified gravity action incorporating terms like $R\Box^{-2}R$, $R^{μν}\Box^{-2}R_{μν}$, $R^{μνσδ}\Box^{-2}R_{μνσδ}$ and demonstrate that it provides a dynamical origin for a massive graviton by reducing to the standard and extended Fierz-Pauli action at the linearized level. A fixed-point analysis of the background cosmology reveals a stable de Sitter attractor, ensuring the model naturally drives accelerated expansion. Crucially, we investigate the cosmological perturbations and show that the theory's six propagating degrees of freedom are free from ghost instabilities. We further demonstrate that all large-scale tensor modes are dynamically stable and decay on the accelerating background. This ghost-free massive gravity extension provides distinct predictions for gravitational wave polarizations and is theoretically consistent with $\mathbf{ΛCDM}$ at late times, positioning it as a unique alternative to scalar-tensor models like $f(R)$ and Galileons. This robust stability at both the background and perturbative levels establishes our model as a consistent and compelling alternative to the standard $Λ$CDM paradigm. | 宇宙の加速膨張は、一般相対性理論にとって重大な課題を提起している。 重力に対する非局所的修正は、このダークエネルギーの謎を解くための魅力的な理論群として浮上してきた。 先行提案に基づき、我々は$R\Box^{-2}R$、$R^{μν}\Box^{-2}R_{μν}$、$R^{μνσδ}\Box^{-2}R_{μνσδ}$といった項を含む特定の非局所的修正重力作用を研究し、線形化レベルで標準的かつ拡張されたフィエルツ・パウリ作用に還元することで、質量を持つ重力子の力学的起源を与えることを示す。 背景宇宙論の固定点解析から安定なド・ジッター・アトラクターが明らかになり、モデルが自然に加速膨張を駆動することが保証される。 重要な点として、我々は宇宙論的摂動を研究し、理論の6つの伝播自由度がゴースト不安定性から自由であることを示す。 さらに、すべての大規模テンソルモードが動的に安定であり、加速背景で減衰することを示す。 このゴーストフリーの質量重力拡張は、重力波の偏光について明確な予測を提供し、後期においては$\mathbf{ΛCDM}$と理論的に整合しており、$f(R)$やガリレオンのようなスカラーテンソルモデルに代わる独自のモデルとして位置付けられる。 背景レベルと摂動レベルの両方におけるこのロバストな安定性は、我々のモデルを標準的な$Λ$CDMパラダイムに代わる、一貫性があり魅力的なモデルとして確立する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the first exact, non-singular black hole solution in General Relativity sourced by a Dirac-Born-Infeld (DBI) scalar field. Crucially, the solution is exclusively supported by the phantom branch of the DBI action, dynamically replacing the central singularity with a regular core. The solution is asymptotically flat, possesses non-trivial scalar hair, and replaces the central singularity with a regular 2-sphere. The mechanism for singularity resolution is a dynamical kinetic stiffness -- analogous to shear thickening in non-Newtonian fluids -- which also explains the evasion of classical no-hair theorems. We show these black holes evaporate to a stable, non-singular, extremal Planck-scale relic. This provides a robust mechanism to evade standard evaporation constraints, opening a vast, previously forbidden mass window for light Primordial Black Holes to constitute dark matter. The model is testable via distinctive gravitational-wave signatures from its scalar hair. | 一般相対論において、ディラック・ボルン・インフェルト（DBI）スカラー場を源とする、初めて厳密で特異でないブラックホール解を提示する。 重要なのは、この解がDBI作用のファントム枝によってのみ支持され、中心特異点を通常の核に動的に置き換える点である。 この解は漸近的に平坦で、非自明なスカラーヘアを持ち、中心特異点を通常の2次元球面に置き換える。 特異点解決のメカニズムは、非ニュートン流体におけるずり粘稠化に類似した動的運動学的剛性であり、これは古典的なノーヘア定理の回避も説明する。 我々は、これらのブラックホールが安定した、特異でない、極限的なプランクスケールの残骸に蒸発することを示す。 これは標準的な蒸発制約を回避する堅牢なメカニズムを提供し、これまで禁じられていた、軽い原始ブラックホールが暗黒物質を構成するための広大な質量の窓を開く。 このモデルは、スカラー毛からの特徴的な重力波シグネチャを介して検証可能です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Light propagating from near a black hole horizon to the outside world is highly redshifted. In the limit that the emitter passes through the horizon, the redshift becomes infinite. In this sense the near horizon region is unobservable, as emission energies fall below some detectability bound. However, in Schwarzschild de Sitter (SdS) spacetime there is a second, cosmological, horizon due to the positive cosmological constant. Judiciously placed observers can take advantage of the blueshift due to this horizon. The frequency of signals emitted from near the black hole can be shifted back upward to an observable value. This effect is computed for a variety of accelerated and geodesic observers. An analysis of radial and circular geodesics in SdS is a key component of the paper. We find a ``cresting-wave" shaped critical curve in the SdS-geodesic parameter space such that under the curve there are three circular orbits, on the curve there are two orbits, and elsewhere there is one. It is found that the best strategy for observing photons from an emitter falling into the black hole is for the receiver to be near the cosmological horizon and also moving towards the black hole. For photons emitted from the smallest circular orbit and received at the largest circular orbit, the nonzero cosmological constant enhances observations by a factor that varies from zero to three. | ブラックホールの地平線付近から外界へ伝播する光は、大きく赤方偏移する。 放射体が地平線を通過する限界では、赤方偏移は無限大となる。 この意味では、放射エネルギーが検出限界を下回るため、地平線付近の領域は観測不可能となる。 しかし、シュワルツシルト・ド・ジッター（SdS）時空では、正の宇宙定数により、第二の宇宙地平線が存在する。 観測者は、この地平線による青方偏移を利用することができる。 ブラックホール付近から放射される信号の周波数は、観測可能な値まで上方偏移させることができる。 この効果は、様々な加速観測者と測地観測者について計算される。 SdSにおける放射状および円形の測地線の解析は、本論文の主要部分である。 SdS測地パラメータ空間において、「波頭」型の臨界曲線が発見されました。 この曲線の下には3つの円軌道、曲線上には2つの円軌道、そしてそれ以外の場所には1つの円軌道が存在します。 ブラックホールに落ち込む放出源からの光子を観測するための最良の戦略は、受信機を宇宙の地平線近くに設置し、ブラックホールに向かって移動させることです。 最小の円軌道から放出され、最大の円軌道で受信される光子の場合、非ゼロの宇宙定数は観測結果を0から3まで変化させる係数で増強します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Throughout this paper, we conduct our discussion by a partial review of Elko's Hermiticity, introducing the Hermitian formulation for interacting mass dimension one fermions based on Elko spinor. It includes pivotal observations about renormalizability and the study of some allowed interactions. Beyond these points, since dark-matter phenomenology is mainly connected to gravitation, we introduce original remarks on how the Hermitian prescription can be readily generalized to include curved space-time, considering the very definition of the Elko spinor structure. We establish the Elko dual as arising from the path-integral formulation of a more fundamental structure. It enables one to include a curved background space-time and also quantum gravity into our investigations. | 本論文では、エルコのエルミート性について部分的にレビューを行い、エルコスピノルに基づく相互作用する質量次元1フェルミオンのエルミート定式化を導入することで議論を進める。 これには、繰り込み可能性に関する重要な考察と、許容される相互作用の研究が含まれる。 これらの点に加え、暗黒物質現象論は主に重力と関連しているため、エルコスピノル構造の定義そのものを考慮し、エルミート定式化をいかにして曲がった時空を含むように容易に一般化できるかについて、独自の考察を紹介する。 エルコ双対は、より基本的な構造の経路積分定式化から生じるものとして確立する。 これにより、曲がった背景時空と量子重力を研究に含めることができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work we introduce the concept of self-interacting dark matter with scale-dependent equation of state, in the context of which dark matter is collisional and its equation of state is radius-dependent and has the form $P(r)=K(r)\left(\frac{ρ(r)}{ρ_{\star}}\right)^{γ(r)}$. We confronted the effectively 2-parameter model with 174 galaxies from the SPARC data, and we found that the rotation curves of 100 galaxies can be perfectly fitted by the model. These galaxies are dark matter dominated, mostly dwarfs, low-luminosity and low-surface-brightness spiral galaxies. We demonstrate that scale-dependent self-interacting dark matter solves the cusp-core issue for dark matter dominated galaxies. More importantly, the structure of the scale-dependent SIDM model produces in a semi-theoretically and semi-empirically way the canonical Tully-Fisher and the baryonic Tully-Fisher relations when these 100 viable dwarfs, low-surface-brightness and low-luminosity galaxies are taken into account. The behavior of the entropy function $K(r)$ is assumed to be $K(r)=K_0\times\left(1+\frac{r}{r_c}\right)^{-p}$. The perfect fits of the rotation curves come for a nearly isothermal and virialized dark matter halo, which naturally predicts the correlation $K_0\sim V_{\mathrm{max}}^2$. This correlation holds true empirically as confirmed by the data and we also find empirically $L\sim K_0^2$ from the data, thus the canonical Tully-Fisher relation is reproduced semi-theoretically and semi-empirically. We perform the same task and we find theoretically, for dark matter dominated galaxies, that $K_0\sim V_{\mathrm{flat}}^2$ which is also confirmed empirically from the data, along with the correlation $K_0\sim M_b^{0.5}$, hence the baryonic Tully-Fisher law naturally emerges in a semi-theoretical and semi-empirical manner. | 本研究では、スケール依存の状態方程式を持つ自己相互作用暗黒物質の概念を導入する。 この概念では、暗黒物質は衝突性を持ち、その状態方程式は半径に依存し、$P(r)=K(r)\left(\frac{ρ(r)}{ρ_{\star}}\right)^{γ(r)}$ の形をとる。 SPARCデータから得られた174個の銀河を用いて、この事実上2パラメータモデルを検証した結果、100個の銀河の回転曲線がこのモデルに完全に適合することが分かった。 これらの銀河は暗黒物質が優勢で、ほとんどが矮小銀河であり、低光度で低表面輝度の渦巻銀河である。 スケール依存の自己相互作用暗黒物質が、暗黒物質が優勢な銀河のカスプコア問題を解決することを実証する。 さらに重要なのは、スケール依存SIDMモデルの構造が、これらの100個の矮小銀河、低表面輝度銀河、低光度銀河を考慮に入れた場合、半理論的かつ半経験的に、標準的なタリー・フィッシャー関係式とバリオン・タリー・フィッシャー関係式を生成することです。 エントロピー関数$K(r)$の挙動は、$K(r)=K_0\times\left(1+\frac{r}{r_c}\right)^{-p}$と仮定されます。 回転曲線の完全な適合は、ほぼ等温でビリアル化された暗黒物質ハローに対して得られ、これは自然に相関$K_0\sim V_{\mathrm{max}}^2$を予測します。 この相関はデータによって確認されるように経験的に成り立ち、またデータから経験的に$L\sim K_0^2$も得られることから、標準的なタリー・フィッシャー法則が半理論的かつ半経験的に再現されます。 同じ作業を行い、暗黒物質優勢銀河について理論的に$K_0\sim V_{\mathrm{flat}}^2$が成り立つことを発見しました。 これはデータからも経験的に確認されており、相関$K_0\sim M_b^{0.5}$とともに、バリオンのタリー・フィッシャー法則が半理論的かつ半経験的に自然に現れることがわかります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black holes in our Universe are rarely truly isolated, being instead embedded in astrophysical environments such as plasma or dark matter. A particularly intriguing possibility is that light scalar fields form bound states around black holes, producing extended ''clouds'' known as gravitational atoms. When these clouds become sufficiently compact, the spacetime can no longer be described by a vacuum solution of General Relativity. In this regime, one can construct quasi-stationary, spherically symmetric, self-gravitating scalar gravitational-atom configurations. Here, we explore an observationally relevant aspect of these systems by computing their fundamental quasi-normal mode. We present a fully relativistic calculation of the axial modes in both the time and frequency domains, finding frequency shifts relative to the vacuum case that depends mostly on the compactness of the gravitational atom. For sufficiently compact configurations, these shifts may be detectable by current or future gravitational wave detectors. | 宇宙におけるブラックホールは、真に孤立していることは稀で、プラズマや暗黒物質といった天体物理学的環境に埋め込まれています。 特に興味深い可能性として、光スカラー場がブラックホールの周囲に束縛状態を形成し、重力原子として知られる拡張された「雲」を形成することが挙げられます。 これらの雲が十分にコンパクトになると、時空はもはや一般相対性理論の真空解では記述できなくなります。 この領域では、準定常で球対称、自己重力のスカラー重力原子構成を構築できます。 本稿では、これらの系の観測的に関連する側面を、その基本的な準基準モードを計算することで探究します。 時間領域と周波数領域の両方において、軸モードの完全相対論的計算を提示し、真空の場合に対する周波数シフト（主に重力原子のコンパクト性に依存する）を明らかにします。 十分にコンパクトな構成であれば、これらのシフトは、現在または将来の重力波検出器によって検出できる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We provide a construction of a new class of axisymmetric extremal isolated horizons admitting a structure of U(1)-principal fiber bundle over a two-sphere. In contrast to the previous examples, the null generators are assumed to be transversal to the bundle fibers. We impose the Einstein equations at the horizon and explicitly derive all intrinsic geometries of the extremal horizon, consisting of a two-sphere metric and a rotation 1-form, in the above class. The 2-geometries turn out to be equivalent to the classification of conically singular horizons with product topology. Both the rotating and non-rotating horizons are then embedded in the Plebański-Demiański spacetimes, which naturally admit horizons of this type. Furthermore, we compare our results with previously obtained solutions to the Einstein vacuum extremal horizon equation with cosmological constant and the solution of Petrov type D equation with transversal bundle structure. | 我々は、二球面上のU(1)主ファイバーバンドル構造を許容する、新しいクラスの軸対称極限孤立地平線の構成法を提示する。 これまでの例とは異なり、ヌル生成元はバンドルファイバーに対して横方向であると仮定する。 我々は地平線にアインシュタイン方程式を課し、上記のクラスにおける二球計量と回転1形式からなる極限地平線のすべての固有幾何学を明示的に導出する。 2次元幾何学は、積位相を持つ円錐特異地平線の分類と等価であることが判明する。 回転地平線と非回転地平線は両方とも、このタイプの地平線を自然に許容するプレバンスキー-デミアンスキー時空に埋め込まれる。 さらに、我々は、これまでに得られた宇宙定数を持つアインシュタイン真空極限地平線方程式の解、および横方向バンドル構造を持つペトロフD型方程式の解と、我々の結果を比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The characteristic decomposition for GRMHD in the comoving frame of the fluid has been known for a long time. However, it has not been known in the coordinate frame of the simulation and in terms of the conserved variables evolved in typical numerical simulations. This paper applies the method of quasi-invertible transformations developed in Paper I to derive this decomposition. Among other benefits, this will allow us to use the most accurate known computational methods, such as full-wave Riemann solvers. The results turn out to be simpler than expected based on earlier attempts. | 流体の共動座標系におけるGRMHDの特性分解は古くから知られていました。 しかし、シミュレーションの座標系や、典型的な数値シミュレーションで展開される保存変数の観点からは、この分解は知られていませんでした。 本論文では、論文Iで開発された準可逆変換法を用いてこの分解を導出します。 これにより、フルウェーブリーマンソルバーなど、最も高精度な既知の計算手法を使用できるなどの利点があります。 結果は、これまでの試みに基づいて予想されていたよりも単純であることがわかりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The characteristic decomposition for GRMHD is not known in a form useful for current numerical simulations. This prevents us from using the most accurate known computational methods, such as full-wave Riemann solvers. In this paper, we present a new method of finding decompositions. The method is based on transformations from the comoving frame, where the fluid flow is simplest and the decomposition has been known for a long time. The key innovation we introduce is that of quasi-invertible transformations. In this first paper, we introduce these transformations using the simpler example of relativistic hydrodynamics. We recover the known decomposition for relativistic hydrodynamics in somewhat simpler form than previously derived, and without the need for computer algebra. A new result in this paper is the characteristic decomposition when the the evolution tracks the composition of a fluid in nuclear statistical equilibrium. In Paper II of this series, we apply a quasi-invertible transformation to derive the complete characteristic decomposition for GRMHD in the conserved variables used in simulations. | GRMHD の特性分解は、現在の数値シミュレーションに有用な形式では知られていません。 そのため、フルウェーブ リーマン ソルバーなどの最も正確な既知の計算方法を使用することができません。 本論文では、分解を見つけるための新しい方法を紹介します。 この方法は、流体の流れが最も単純で、分解が古くから知られている共動フレームからの変換に基づいています。 私たちが導入する重要な革新は、準可逆変換です。 この最初の論文では、より単純な相対論的流体力学の例を使用して、これらの変換を紹介します。 私たちは、以前に導出されたものよりもいくぶん単純な形式で、コンピュータ代数を必要とせずに、相対論的流体力学の既知の分解を復元します。 本論文の新しい結果は、発展が核統計平衡にある流体の組成をたどる場合の特性分解です。 このシリーズの論文 II では、シミュレーションで使用される保存変数における GRMHD の完全な特性分解を導くために準可逆変換を適用します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational observables for binary systems exhibit a simple polynomial dependence on the masses $m_1$, $m_2$ of the two scattering objects when they are written in terms of the appropriate kinematic variables in the post-Minkowskian (PM) regime. We point out that this property, combined with particle interchange symmetry, allows one to reconstruct the leading and subleading PM waveforms from their probe limit, $m_1 \gg m_2$. As an application, focusing on their re-expansion in the small-velocity or post-Newtonian (PN) regime, we calculate the probe-limit waveforms up to 10PN, and then exploit this observation to deduce from them the waveforms for generic masses in the center-of-mass frame up to 5PN. To this end, we employ both the amplitude-based waveform integrands and the tail formula. This combined approach simplifies substantially the PN expansion of the full subleading PM waveform. | 連星系の重力観測量は、ポストミンコフスキー（PM）領域における適切な運動学的変数を用いて記述された場合、2つの散乱体の質量$m_1$、$m_2$に対して単純な多項式依存性を示す。 この特性と粒子交換対称性を組み合わせることで、リーディングおよびサブリーディングPM波形をそのプローブ限界$m_1 \gg m_2$から再構成できることを指摘する。 応用として、低速度領域またはポストニュートン（PN）領域における再展開に着目し、10PNまでのプローブ限界波形を計算し、この観測結果を利用して、質量中心座標系における一般的な質量の波形を5PNまで導出する。 この目的のために、振幅ベースの波形積分関数とテール公式の両方を用いる。 この組み合わせたアプローチにより、サブリーディングPM波形全体のPN展開が大幅に簡素化される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The recent binary black hole (BH) merger GW231123, with both components likely in the high-mass gap and with high spins, challenges standard BH binary formation models. It is usually thought that the BHs are of second (or higher) generation (2G), resulting from the mergers of smaller BHs. But the physical processes that produce the merging 2G BH binaries are unclear and highly unconstrained. We show that such 2G mergers can be naturally produced in the nuclear star cluster of Milky Way-like galaxy. The dominant channel combines a sequence of binary-single interactions with secular evolution driven by the central supermassive BH. Our model produces a merger rate consistent with GW231123 and further predicts an abundant population of 2G BH-star (or low-mass BH) binaries; these binaries may observationally manifest as micro tidal disruption events or low-frequency gravitational-wave (GW) sources. Detecting these binaries would provide crucial insights into the dynamical pathways of hierarchical BH assembly. | 最近発生した連星ブラックホール（BH）の合体GW231123は、両方の構成要素が高質量ギャップにあり、高スピン状態にあると考えられており、標準的なBH連星形成モデルに疑問を投げかけています。 通常、BHは第二世代（またはそれ以上）の世代（2G）であり、より小型のBHの合体によって生じたものと考えられています。 しかし、合体する2G BH連星を生成する物理過程は不明瞭で、制約が非常に緩やかです。 本研究では、このような2G合体が天の川銀河のような核星団で自然に生成され得ることを示します。 支配的な経路は、一連の連星系単独相互作用と、中心の超大質量BHによって引き起こされる永年進化を組み合わせたものです。 本モデルは、GW231123と一致する合体率を導き出し、さらに2G BH-星（または低質量BH）連星の豊富な存在を予測します。 これらの連星系は、観測的には微小潮汐破壊イベントまたは低周波重力波（GW）源として現れる可能性があります。 これらのバイナリを検出することで、階層的な BH アセンブリの動的経路に関する重要な洞察が得られます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We extend the Bondi formalism to describe asymptotically-flat spacetimes where the outgoing null geodesic congruence is not hypersurface-orthogonal, i.e. has a non-vanishing twist. In the Newman-Penrose formulation, the twist $\text{Im}(ρ)$ is sourced by a twist potential sitting in the transverse null dyad $(m,\bar{m})$, while in the metric formulation this potential arises from $g_{ra}\neq0$. We explain how to arrange and solve the Einstein equations for such generalized line elements, thereby providing an extension of the Bondi hierarchy to asymptotically-flat spacetimes with non-vanishing twist. We work out the twisting generalizations of all the well-known features pertaining to asymptotically-flat spacetimes in Bondi gauge, such as the solution space, the flux-balance laws, the asymptotic symmetries, and the transformation laws. The twist potential has a natural Carrollian interpretation as an Ehresmann connection, and gives rise to Carroll boosts as extra asymptotic symmetries. One of the advantages of the Bondi gauge with non-vanishing twist is that it allows to write algebraically special solutions in a manifestly finite radial expansion, and with a repeated principal null direction such that $Ψ_0=Ψ_1=0$. This is in particular the case for the Kerr-Taub-NUT solution. The asymptotic symmetries of algebraically special solutions also have a finite radial expansion, which enables to study the supertranslated Schwarzschild solution and its charges quite straightforwardly. We expect that these results will find applications in the development of flat holography for algebraically special solutions and in the study of their perturbations. We also study an analogue of the twist in three-dimensional spacetimes with non-vanishing cosmological constant, and find an 8-dimensional solution space which encompasses and generalizes the existing results in the literature. | 我々はボンディ形式を拡張し、出力ヌル測地合同が超曲面直交ではない、すなわち零でないねじれを持つ漸近平坦時空を記述する。 ニューマン-ペンローズ形式においては、ねじれ $\text{Im}(ρ)$ は横方向ヌルダイアド $(m,\bar{m})$ に存在するねじれポテンシャルに起因し、計量形式においてはこのポテンシャルは $g_{ra}\neq0$ に起因している。 我々は、このような一般化された線要素に対するアインシュタイン方程式を整理して解く方法を説明し、それによってボンディ階層を零でないねじれを持つ漸近平坦時空に拡張する。 ボンディゲージにおける漸近平坦時空に関連するよく知られた特徴、例えば解空間、フラックスバランス則、漸近対称性、変換則などについて、ねじれの一般化を解明する。 ツイストポテンシャルは、エアレスマン接続として自然なキャロル解釈を持ち、追加の漸近対称性としてキャロルブーストを生じます。 非零ツイストを持つボンディゲージの利点の一つは、明らかに有限な動径展開において、かつ$Ψ_0=Ψ_1=0$となるような繰り返し主零方向を持つ代数特殊解を記述できることです。 これは特にカー・タウブ・NUT解の場合に当てはまります。 代数特殊解の漸近対称性もまた有限の動径展開を持つため、超平行移動シュワルツシルト解とその電荷を非常に直接的に研究することができます。 これらの結果は、代数特殊解のための平坦ホログラフィーの開発や、それらの摂動の研究に応用できると期待されます。 また、非零宇宙定数を持つ3次元時空におけるツイストの類似体を研究し、文献の既存の結果を包含し一般化する8次元解空間を見出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Finite density corrections to the lighter-than-QCD axion can invert the effective axion potential, sourcing a non-trivial axion field inside dense objects. We perform the first numerical study of the complete dynamics of the lighter-than-QCD axion in a neutron star in 1+1 general relativity, extending the region of analysis to low-mass axions with kilometer-scale Compton wavelengths. We calculate gravitational effects of the axion field on the neutron star and show that for a broad range of axion masses and decay constants, neutron star properties, such as the mass, radius, and compactness, are affected at the order-1 level. This result indicates that approximate universal tidal deformability-compactness relation for neutron stars is non-trivially broken and can serve as a probe of lighter-than-QCD axions, independent of the unknown nuclear equation of state. We comment on the potential for axion studies with future gravitational-wave observations of neutron stars and applications of this work to other new physics signatures. | QCDより軽いアクシオンに対する有限密度補正は、有効アクシオンポテンシャルを反転させ、高密度天体内部に非自明なアクシオン場を発生させる可能性がある。 我々は、1+1一般相対論における中性子星におけるQCDより軽いアクシオンの完全なダイナミクスについて、初めて数値的に研究を行い、解析領域をキロメートル規模のコンプトン波長を持つ低質量アクシオンにまで拡張した。 我々は、中性子星に対するアクシオン場の重力効果を計算し、アクシオン質量と崩壊定数の広い範囲において、質量、半径、コンパクトネスなどの中性子星特性が1次のレベルで影響を受けることを示す。 この結果は、中性子星のおおよその普遍的な潮汐変形能とコンパクトネスの関係が非自明に破れており、未知の原子核状態方程式とは独立に、QCDより軽いアクシオンのプローブとして利用できることを示している。 我々は、中性子星の将来の重力波観測によるアクシオン研究の可能性と、この研究の他の新しい物理学のシグネチャへの応用についてコメントします。 |