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| Original Text | 日本語訳 |
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| We present results from long-term, numerical-relativity simulations of binary neutron star mergers modeled using both, fully tabulated, finite-temperature, equations of state and their corresponding hybrid representations. The simulations extend up to 150 ms which allows us to assess the role of the treatment of finite-temperature effects on the dynamics of the hypermassive neutron star remnant. Our study focuses on the analysis of the spectra of the post-merger gravitational-wave signals and on how these are affected by the treatment of thermal effects in the two EOS representations. Our simulations highlight distinct differences in the GW frequency evolution related to the thermal modeling of the EOS, demonstrating that deviations from established quasi-universal relations become significant at late post-merger phases. Furthermore, we investigate the stability of the HMNS against convection. Employing both the Ledoux criterion, necessary condition for the development of convective instabilities, and the Solberg-Høiland criterion, a generalized criterion for axisymmetric perturbations based on a combined analysis of the Brunt-Väisälä frequency and of the epicyclic frequency, we show that differential rotation and thermal stratification in the HMNS give rise to local (yet sustained) convective patterns that persist beyond 100 ms after merger. Those convective patterns, while substantially different between tabulated and hybrid EOS treatments, trigger the the excitation of inertial modes with frequencies smaller than those attained by the fundamental quadrupolar mode, and are potentially within reach of third-generation GW detectors. The late-time excitation of inertial modes, previously reported in studies based on hybrid EOS, is fully supported by the tabulated, finite-temperature EOS simulations presented here, which account for thermal effects in a more consistent way. | 我々は、完全に表化された有限温度状態方程式とそれに対応するハイブリッド表現の両方を用いてモデル化した連星中性子星合体の長期数値相対論シミュレーションの結果を示す。 シミュレーションは150ミリ秒まで延長され、有限温度効果の取り扱いが超大質量中性子星残骸のダイナミクスに及ぼす役割を評価することができる。 我々の研究は、合体後の重力波信号のスペクトル解析と、これらが2つのEOS表現における熱効果の取り扱いによってどのように影響を受けるかに焦点を当てている。 我々のシミュレーションは、EOSの熱モデリングに関連する重力波周波数の進化における明確な違いを浮き彫りにし、確立された準普遍的な関係からの逸脱が合体後期に顕著になることを実証している。 さらに、我々は対流に対するHMNSの安定性を調査している。 対流不安定性発達の必要条件であるLedoux基準と、Brunt-Väisälä周波数と周転円周波数の複合解析に基づく軸対称摂動の一般化基準であるSolberg-Høiland基準の両方を採用することで、HMNSでの差動回転と熱成層により、合体後100ミリ秒を超えて持続する局所的な（しかし持続的な）対流パターンが発生することを示します。 これらの対流パターンは、表形式のEOS処理とハイブリッドEOS処理の間で大幅に異なりますが、基本四重極モードによって達成される周波数よりも低い周波数で慣性モードの励起を誘発し、潜在的に第3世代の重力波検出器の到達範囲内にあります。 ハイブリッドEOSに基づく研究で以前に報告された慣性モードの後期励起は、ここで提示する表形式の有限温度EOSシミュレーションによって完全に裏付けられており、より一貫した方法で熱効果を考慮しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the Newtonian limit of a class of nonlocal gravity models with exponential form factors $f_s (\Box) = \exp [(-\Box/μ_s^2)^{N_s}]$. Our main goal is to identify similarities and differences between models in this family in regard to weak-field solutions. To this end, we use the effective source formalism to compare the related effective delta sources, mass functions, and Newtonian potentials. We obtain a variety of representations for these quantities in terms of series, integrals, and special functions, as well as simple approximations that capture the relevant dependence on the parameters $N_s$ and $μ_s$ - which can be used to explore the weak-field phenomenology of nonlocal gravity. We explain why only for $N_s>1$ the Newtonian potential oscillates and prove that, despite the oscillations, the effective masses are positive. Moreover, we verify that these linearized solutions are regular (without curvature singularities). Finally, we also calculate the form of the leading logarithmic quantum correction to the Newtonian potential in these models. In all our considerations, we assume that $N_s$ is a positive real parameter. The cases of non-integer $N_s$ might be applied beyond nonlocal gravity, in effective approaches to implement quantum corrections in the weak field regime. | 指数関数形状因子 $f_s (\Box) = \exp [(-\Box/μ_s^2)^{N_s}]$ を持つ非局所重力モデルのニュートン極限を調査する。 主な目的は、このファミリーのモデル間の弱場解に関する類似点と相違点を特定することである。 この目的のために、有効ソース形式を用いて、関連する有効デルタソース、質量関数、およびニュートンポテンシャルを比較する。 これらの量について、級数、積分、特殊関数を用いた多様な表現に加え、パラメータ $N_s$ および $μ_s$ への関連する依存性を捉える単純な近似を得る。 これらは、非局所重力の弱場現象を調査するために使用できる。 ニュートンポテンシャルが $N_s>1$ の場合にのみ振動する理由を説明し、振動にもかかわらず有効質量が正であることを証明する。 さらに、これらの線形解が正則であること（曲率特異点がない）を検証する。 最後に、これらのモデルにおけるニュートンポテンシャルに対する対数量子補正の主要形も計算する。 すべての考察において、$N_s$は正の実数パラメータであると仮定する。 $N_s$が整数でないケースは、非局所重力を超えて、弱場領域における量子補正を実装するための効果的なアプローチに応用できる可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that 3d gravity on manifolds that are topologically a Riemann surface times an interval $Σ_{g,n}\times I$ with end-of-the-world branes at the ends of the interval is described by a random matrix model, namely the Virasoro minimal string. Because these manifolds have $n$ annular asymptotic boundaries, the path integrals naturally correspond to spectral correlators of open strings upon inverse Fourier transforms. For $g=0$ and $n=2$, we carry out an explicit path integration and find precise agreement with the universal random matrix expression. For Riemann surfaces with negative Euler characteristic, we evaluate the path integral as a gravitational inner product between states prepared by two copies of Virasoro TQFT. Along the way, we clarify the effects of gauging the mapping class group and the connection to chiral 3d gravity. | 我々は、区間の両端に世界端ブレーンを持つ、位相的にリーマン面と区間 $Σ_{g,n}\times I$ を掛けた多様体上の 3 次元重力が、ランダム行列モデル、すなわち Virasoro 極小弦によって記述されることを示す。 これらの多様体は $n$ 個の環状漸近境界を持つため、経路積分は逆フーリエ変換における開弦のスペクトル相関子に自然に対応する。 $g=0$ および $n=2$ に対して、明示的な経路積分を実行し、普遍ランダム行列表現と正確に一致することを見出した。 負のオイラー標数を持つリーマン面に対して、経路積分を Virasoro TQFT の 2 つのコピーによって準備された状態間の重力内積として評価する。 その過程で、写像類群のゲージングの効果とカイラル 3 次元重力との関連を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a class of wormhole geometries supported by the non-local gravitational self-energy that regularizes the particle and black-hole sectors of spacetime. Using this framework, inspired by T-duality, we show that two entangled particles (or particle-black-hole pairs) naturally source an Einstein-Rosen-type geometry in which the required violation of the strong energy condition arises from intrinsic quantum-gravity effects rather than from ad hoc exotic matter, which is matter that violates the null energy condition. We classify the resulting wormholes, analyze their horizons, throat structure and embedding properties, and we identify the exotic energy needed at the minimal surface. Imposing the ER=EPR requirement of non-traversability and the absence of a macroscopic throat, we find that only the zero-throat geometry is compatible with an entanglement-induced Einstein-Rosen bridge, providing a concrete realization of ER=EPR within a fully regular spacetime. Finally, we briefly discuss possible implications for microscopic ER networks from vacuum fluctuations, replica-wormhole interpretations of Hawking radiation, and possible links to entanglement-driven dark-energy scenarios. | 我々は、時空の粒子セクターとブラックホールセクターを正則化する非局所的な重力自己エネルギーによって支えられたワームホール幾何学のクラスを構築する。 T双対性に着想を得たこの枠組みを用いて、二つのエンタングルされた粒子（または粒子-ブラックホール対）が、強いエネルギー条件の必要な破れが、ヌルエネルギー条件に違反する物質であるアドホックなエキゾチック物質ではなく、固有の量子重力効果から生じるアインシュタイン-ローゼン型幾何学を自然に生み出すことを示す。 結果として得られるワームホールを分類し、その地平線、スロート構造、埋め込み特性を分析し、極小面で必要なエキゾチックエネルギーを特定する。 ER=EPRの非通過性と巨視的スロートの欠如という要件を課すと、ゼロスロート幾何学のみがエンタングルメント誘起アインシュタイン-ローゼン橋と両立し、完全に正則な時空内でER=EPRを具体的に実現できることが分かる。 最後に、真空のゆらぎ、ホーキング放射のレプリカワームホールの解釈、エンタングルメント駆動のダークエネルギーシナリオとの関連の可能性が微視的 ER ネットワークに及ぼす影響について簡単に説明します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore how perturbations of a Schwarzschild black hole can redistribute energy among scalar modes and seed turbulent like cascades. We make use of the van der Pol-Krylov-Bogoliubov averaging method and derive coupled mode equations that describe near-resonant interactions between neighbouring multipoles. We compare two routes to instability, namely the difference-frequency mixing between adjacent modes and the diagonal (Mathieu) self-modulation channel. We show that, at high multipole number (eikonal limit), the difference-frequency route dominates and drives a one-way cascade from higher to lower frequencies. We chart the corresponding instability regions ("tongues") and quantify their detuning dependence. The framework provides a simple, quantitative mechanism for energy transfer in black hole ringdowns and clarifies when and how turbulent signatures can arise within linear probes on a weakly perturbed background. | シュワルツシルトブラックホールの摂動が、スカラーモード間のエネルギー再分配と乱流状カスケードの発生メカニズムを解明する。 ファンデルポール・クリロフ・ボゴリュボフ平均化法を用い、隣接する多重極子間の共鳴に近い相互作用を記述する結合モード方程式を導出する。 不安定性に至る2つの経路、すなわち隣接モード間の差周波混合と対角線（マシュー）自己変調チャネルを比較する。 多極子数が多い場合（アイコナール極限）、差周波経路が支配的となり、高周波数から低周波数への一方向カスケードを駆動することを示す。 対応する不安定領域（「舌状体」）を図式化し、それらの離調依存性を定量化する。 この枠組みは、ブラックホールのリングダウンにおけるエネルギー伝達の簡便かつ定量的なメカニズムを提供し、弱摂動を受けた背景における線形プローブ内で、いつ、どのように乱流シグネチャが発生するかを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the formation of primordial black holes (PBHs) in inflationary scenarios featuring an ultra-slow-roll (USR) plateau, focusing on two coexisting production channels: PBHs originating from relic vacuum bubbles where the inflaton got trapped on the plateau, and PBHs arising from standard adiabatic density perturbations. From detailed numerical simulations we find that the bubbles are generically surrounded by type-II curvature fluctuations. Special attention is given to the distribution of initial conditions, including the relevant mean profiles and shape dispersion around them. For the adiabatic channel, we extend the logarithmic template formula $ζ[ζ_G]$, which maps the Gaussian curvature perturbation to the fully non-Gaussian one while incorporating mode evolution, and we compare this with numerical results obtained using the $δN$ formalism. While the template departs from numerical results near its logarithmic divergence, it still provides accurate threshold values for PBH formation in the parameter range relevant to our analysis. Finally, we compute the PBH mass functions for both channels. We find that the adiabatic channel dominates over the bubble-induced channel by a factor $\sim \mathcal{O}(10-10^{2})$, and that both contributions are largely dominated by the mean profiles. | 我々は、超低速回転（USR）プラトーを特徴とするインフレーションシナリオにおける原始ブラックホール（PBH）の形成を、共存する2つの生成経路、すなわち、プラトーに閉じ込められたインフレーションが残存する真空バブルに由来するPBHと、標準的な断熱密度摂動に起因するPBHに着目して調査する。 詳細な数値シミュレーションから、バブルは一般的にタイプII曲率変動に囲まれていることがわかった。 特に、関連する平均プロファイルやバブル周囲の形状分散などの初期条件の分布に注目する。 断熱チャネルについては、モード発展を組み込みながらガウス曲率変動を完全非ガウス曲率変動に写像する対数テンプレート式$ζ[ζ_G]$を拡張し、これを$δN$形式を用いて得られた数値結果と比較する。 テンプレートは対数発散付近で数値結果から逸脱するものの、本解析に関連するパラメータ範囲においてPBH形成の正確な閾値を提供する。 最後に、両チャネルのPBH質量関数を計算する。 断熱チャネルはバブル誘起チャネルよりも$\sim \mathcal{O}(10-10^{2})$の係数で支配的であり、どちらの寄与も平均プロファイルによって大きく支配されていることがわかる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that stationary black holes and the evolving universe belong to fundamentally different thermodynamic regimes: black holes obey ordinary Bekenstein Hawking thermodynamics, whereas cosmology necessarily follows memory-bearing teleodynamics. We show that teleodynamics is not valid for black holes, but is unavoidable in an expanding cosmology. This provides a dynamical, semi-classical realization of the thermodynamic split conjecture and identifies memory accumulation as the natural source of deviations from the area law in cosmology. Our results suggest that quantum gravity should not seek to extrapolate black hole thermodynamics to the universe, but instead must incorporate horizon memory as a fundamental microscopic ingredient and consider cosmological constructions consistent with that. | 静止ブラックホールと進化する宇宙は、根本的に異なる熱力学領域に属することを示す。 ブラックホールは通常のベッケンシュタイン・ホーキング熱力学に従うが、宇宙論は必然的に記憶を伴う目的力学に従う。 目的力学はブラックホールには当てはまらないが、膨張宇宙論では避けられないことを示す。 これは、熱力学的分裂予想の力学的かつ半古典的な実現を提供し、記憶の蓄積が宇宙論における面積法則からの逸脱の自然な原因であることを明らかにする。 我々の研究結果は、量子重力はブラックホール熱力学を宇宙に外挿しようとするべきではなく、むしろ地平線記憶を基本的な微視的要素として組み込み、それと整合する宇宙論的構成を考慮する必要があることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The portion of the gravitational energy absorbed by the black hole due to the radial infall of a point mass is known to diverge at leading order in perturbation theory. This divergence is an artifact of the point-particle model, where the contribution of each multipole to the total absorbed energy is observed to be roughly constant. We show explicitly that this divergent energy arises from the infinite energy present in the singular static field arbitrarily close to the point mass, which also flows into the black hole when the particle trajectory crosses the horizon. We perform a multipole decomposition of the linearized gravitational field generated by the point mass near its world line at the black hole horizon. By applying the standard field-theoretical approach to the particle field, we compute the corresponding partial energy and find that it matches the constant multipole contribution. | 点質点の放射状落下によりブラックホールに吸収される重力エネルギーの部分は、摂動論の主要なオーダーで発散することが知られている。 この発散は点粒子モデルの副産物であり、このモデルでは、各多重極子の全吸収エネルギーへの寄与はほぼ一定であると観測される。 我々は、この発散エネルギーが、点質点に任意に近い特異静場に存在する無限エネルギーから生じ、粒子の軌道が地平線を横切るときにブラックホールにも流れ込むことを明示的に示す。 我々は、ブラックホールの地平線における点質点の世界線付近で生成される線形重力場の多重極子分解を実行する。 標準的な場の理論的アプローチを粒子場に適用することにより、対応する部分エネルギーを計算し、それが一定の多重極子寄与と一致することを発見した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The violation of the null energy condition (NEC) is essential for constructing nonsingular cosmological scenarios, such as Genesis cosmology, which avoids the initial singularity by initiating cosmic evolution from an asymptotically Minkowski state. To address theoretical concerns regarding the accumulation of negative energy, the smeared null energy condition (SNEC) has been proposed as a quantum-motivated, semi-local bound on NEC violation. In this work, we examine the implications of the SNEC conjecture for Genesis models, typically constructed within generalized Galileon theories. Our results demonstrate that SNEC imposes nontrivial restrictions on the viability of Genesis models, highlighting the SNEC conjecture as a powerful tool for constraining nonsingular cosmological scenarios. | ヌルエネルギー条件（NEC）の破れは、ジェネシス宇宙論のような非特異宇宙論シナリオの構築に不可欠である。 ジェネシス宇宙論は、漸近的ミンコフスキー状態から宇宙進化を開始させることで初期特異点を回避する。 負エネルギーの蓄積に関する理論的懸念に対処するため、スミアヌルエネルギー条件（SNEC）が、NEC破れに対する量子論的動機に基づく半局所的境界として提案されている。 本研究では、SNEC予想がジェネシスモデル（典型的には一般化ガリレオン理論内で構築される）に及ぼす影響を検証する。 我々の結果は、SNECがジェネシスモデルの実現可能性に非自明な制約を課すことを示しており、SNEC予想が非特異宇宙論シナリオを制約する強力なツールであることを浮き彫りにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Relativistic black hole collisions are one of the most dramatic astrophysical events that can be imagined. They could provide the ideal condition for searching for possible new physics beyond general relativity. However, such events are presumably rare and difficult to occur under normal conditions. Black holes in a triple system can be accelerated to the relativistic limit and may harbor the chance for a relativistic collision. In this paper, we study the relativistic black hole collisions in a massive black hole background and the capabilities of several current and future gravitational wave detectors in detecting such signals. | 相対論的ブラックホール衝突は、想像し得る最も劇的な天体物理学的事象の一つである。 一般相対論を超える新たな物理現象の探索にとって理想的な条件を提供する可能性がある。 しかしながら、このような事象はおそらく稀であり、通常の条件下では発生しにくいと考えられる。 三重連星系内のブラックホールは相対論的極限まで加速され、相対論的衝突の可能性を秘めている可能性がある。 本論文では、大質量ブラックホール背景における相対論的ブラックホール衝突と、現在および将来のいくつかの重力波検出器がそのような信号を検出する能力について検討する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the imprints of chaos in gravitational waves from extreme-mass-ratio inspirals configuration, where a stellar massive object, confined in a harmonic potential, orbits a supermassive Schwarzschild-like black hole embedded in a Dehnen-type dark matter halo. In our first paper [1], we demonstrated the system's transition from non-chaotic to chaotic dynamics by analyzing Poincaré sections, orbital evolution, and Lyapunov exponents across different energies and dark matter halo parameters. In this work, we compute the gravitational waveforms of the small celestial object along different chaotic and non-chaotic orbits by implementing the numerical kludge scheme. We further perform a spectral analysis of the gravitational waveforms from such orbits. In particular, we show that when the system is in a chaotic state, the gravitational wave signals are characterized by broader frequency spectra with finite widths, enhanced amplitude and energy emission rate, distinctly differentiating them from the signals generated during the system's non-chaotic state. Through recurrence analysis we also show that the time series of gravitational waveforms strain carry unique information on the motion of chaotic dynamics, which can be used to distinctly differentiate from non-chaotic to chaotic motion of the source. Furthermore, we discuss the potential detectability of these orbits for upcoming observatories like LISA, TianQin, and Taiji, emphasizing the significant potential for detecting chaotic imprints in gravitational waves to substantially enhance our understanding of chaotic dynamics in black hole physics and the dark matter environments of galactic nuclei. | 我々は、調和ポテンシャルに閉じ込められた恒星質量天体が、デネン型暗黒物質ハローに埋め込まれた超大質量シュワルツシルト型ブラックホールを周回する、極端質量比インスパイラル構成からの重力波におけるカオスの痕跡を調査する。 最初の論文[1]では、ポアンカレ断面、軌道発展、およびリアプノフ指数を様々なエネルギーおよび暗黒物質ハローパラメータにわたって解析することにより、システムの非カオス的ダイナミクスからカオス的ダイナミクスへの遷移を示した。 本研究では、数値的クルージュスキームを実装することにより、様々なカオス的および非カオス的軌道に沿った小天体の重力波形を計算する。 さらに、そのような軌道からの重力波形のスペクトル解析を行う。 特に、系がカオス状態にある場合、重力波信号は有限幅の広い周波数スペクトル、増大した振幅、およびエネルギー放出率を特徴とし、系の非カオス状態中に生成される信号とは明確に区別されることを示します。 また、再帰解析を通して、重力波形の歪みの時系列はカオス的ダイナミクスの運動に関する独自の情報を持ち、これを用いて発生源の非カオス的運動からカオス的運動を明確に区別できることも示します。 さらに、LISA、天琴、太極といった将来の観測所におけるこれらの軌道の検出可能性についても議論し、重力波におけるカオス的痕跡の検出がブラックホール物理や銀河核の暗黒物質環境におけるカオス的ダイナミクスへの理解を大きく深める大きな可能性を強調します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a systematic post-Newtonian treatment of binary charged black holes immersed in external magnetic fields within the framework of Einstein-Maxwell theory. By incorporating a uniform external magnetic field into the two-body Lagrangian expanded to first post-Newtonian order, we derive the complete equations of motion that capture both gravitational and electromagnetic interactions. The magnetic Lorentz force fundamentally alters the orbital dynamics, breaking the conservation of linear and angular momentum and inducing transitions from planar to three-dimensional trajectories. Through numerical integration of these equations, we compute the resulting gravitational waveforms and quantify the magnetic field imprints using matched filtering techniques. Our results demonstrate that strong background magnetic fields can substantially modify the orbital evolution and leave distinctive signatures in the gravitational wave signals. These findings provide a promising avenue for detecting charged black holes and probing magnetic field environments through gravitational wave observations. | 我々は、アインシュタイン-マクスウェル理論の枠組みにおいて、外部磁場中に置かれた連星荷電ブラックホールの系統的なポストニュートン的扱いを提示する。 第一ポストニュートン秩序に展開された二体ラグランジアンに均一な外部磁場を組み込むことで、重力相互作用と電磁相互作用の両方を捉える完全な運動方程式を導出する。 磁気ローレンツ力は軌道ダイナミクスを根本的に変化させ、線形運動量と角運動量の保存則を破り、平面軌道から三次元軌道への遷移を引き起こす。 これらの方程式を数値積分することで、結果として生じる重力波形を計算し、整合フィルタリング技術を用いて磁場の痕跡を定量化する。 我々の結果は、強い背景磁場が軌道の発展を大きく変化させ、重力波信号に特徴的な特徴を残す可能性があることを示している。 これらの発見は、重力波観測を通じて荷電ブラックホールを検出し、磁場環境を調査するための有望な手段を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the dynamics of spatially homogeneous Friedmann--Robertson--Walker universes filled with a massive scalar field in a neighbourhood of the massless transition $s=1$. At this point the Einstein--scalar system exhibits a codimension--two Hopf--steady--state organising centre whose versal unfolding describes all small deformations of the quadratic model. After reduction to the centre manifold, the dynamics is governed by two slow geometric modes $(r,z)$: the Hopf amplitude $r$, measuring the kinetic departure from de Sitter, and the slowly drifting Hubble mode $z$. We show that the standard slow--roll parameters follow directly from these unfolding variables, $ε\sim\tfrac32 r^{2}$ and $η\sim z$, so that the spectral tilt, tensor--to--scalar ratio, and scalar amplitude arise as universal functions of $(r,z)$, independently of the choice of potential. The two unfolding parameters $(μ_{1},μ_{2})$ classify all perturbations of the quadratic model and can be interpreted physically as controlling the tilt and curvature deformations of generic polynomial inflationary potentials. Thus the near scale--invariance of primordial perturbations emerges as a structural property of the unfolding of the organising centre, providing a potential--independent mechanism for an early phase of accelerated expansion. We discuss the implications of this geometric framework for the interpretation and classification of inflationary models. | 我々は、質量ゼロ遷移$s=1$の近傍において、質量を持つスカラー場によって満たされた空間的に均質なフリードマン-ロバートソン-ウォーカー宇宙のダイナミクスを研究する。 この点において、アインシュタイン-スカラー系は、余次元2ホップ定常状態の組織化中心を示し、そのバーサル展開は二次関数モデルのあらゆる微小変形を記述する。 中心多様体への還元後、ダイナミクスは2つの遅い幾何学的モード$(r,z)$によって支配される。 すなわち、ド・ジッターからの運動学的逸脱を測定するホップ振幅$r$と、ゆっくりとドリフトするハッブルモード$z$である。 標準的なスローロールパラメータは、これらの展開変数 $ε\sim\tfrac32 r^{2}$ と $η\sim z$ から直接導かれることを示す。 これにより、スペクトル傾斜、テンソル対スカラー比、およびスカラー振幅は、ポテンシャルの選択とは無関係に、$(r,z)$ の普遍関数として現れる。 2つの展開パラメータ $(μ_{1},μ_{2})$ は、二次モデルのすべての摂動を分類し、一般的な多項式インフレーションポテンシャルの傾きと曲率の変形を制御するものとして物理的に解釈できる。 このように、原始的摂動の近似スケール不変性は、組織化中心の展開における構造的特性として現れ、加速膨張の初期段階にポテンシャルに依存しないメカニズムを提供する。 この幾何学的枠組みがインフレーションモデルの解釈と分類に及ぼす影響について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The investigation of gravity in higher-dimensional spacetime has transitioned from a mathematical curiosity to a fundamental framework in theoretical physics, catalyzed by the dimensional requirements of String theory and M-theory. In this paper, we explicitly construct a spherically symmetric charged black hole solution in $D \ge 5$ dimensions within a gravity theory featuring an infinite tower of higher-curvature corrections. For a given mass and electric charge, the model admits a unique static spherically symmetric solution. We demonstrate that, with an appropriate choice of coupling coefficients $α_n$, the central singularity is progressively mitigated as the correction order increases, ultimately resolving into a globally regular spacetime in the limit of infinite-order corrections. Furthermore, the criteria for the existence of extremal black holes are determined. | 高次元時空における重力の研究は、弦理論とM理論の次元要件に触発され、数学的な好奇心から理論物理学の基礎的枠組みへと移行した。 本論文では、無限に続く高曲率補正を特徴とする重力理論を用いて、$D \ge 5$次元における球対称荷電ブラックホール解を明示的に構築する。 与えられた質量と電荷に対して、このモデルは唯一の静的球対称解を許容する。 結合係数$α_n$を適切に選択することで、補正次数が増加するにつれて中心特異点は徐々に緩和され、最終的には無限次補正の極限において大域的に規則的な時空に解決されることを示す。 さらに、極限ブラックホールの存在基準も決定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a detailed analysis of GW250114, the loudest gravitational-wave signal observed to date, using a waveform model capable of describing binary black holes in generic (eccentric and precessing) orbits. Our analysis builds on LIGO-Virgo-KAGRA (LVK)'s results, finding that the source is consistent at a probability of $\geq 96\%$ with the merger of two first-generation, nearly equal-mass, low-spin black holes, forming a remnant within the pair-instability mass gap. The signal's high signal-to-noise ratio ($\gtrsim 75$) enables the detection of the subdominant $(4,\pm4)$ multipoles, whose presence we confirm with higher evidence than previously reported by the LVK. Restricting the analysis even to post-peak data yields $\log_{10}B\gtrsim 1$ in favor of models including the $(4,\pm4)$ mode, demonstrating that this contribution remains detectable well into the post-merger phase. We further perform three independent tests of general relativity, complementary to those performed by the LVK: a modified residual analysis confirms that our semi-analytical model fully describes the signal without detectable discrepancies; a subdominant mode test finds that the amplitude of the $(4,\pm4)$ multipoles agrees with general-relativistic expectations; and a parameterised analysis of the plunge-merger-ringdown regime recovers the GR expectation within the 50\% credible region for the remnant mass and spin, and within the 90\% interval for the $(2,\pm2)$ peak amplitude. Collectively, these results reinforce GW250114 as a landmark event for a precision test of gravity. | これまでに観測された最も大きな重力波信号であるGW250114について、一般的な軌道（偏心軌道および歳差運動軌道）を周回する連星ブラックホールを記述できる波形モデルを用いて詳細な解析を行った。 この解析はLIGO-Virgo-KAGRA（LVK）の結果に基づいており、この信号源は、ほぼ等質量で低スピンのブラックホールを持つ2つの第一世代ブラックホールの合体と確率$\geq 96\%$で一致し、対不安定性質量ギャップ内に残存ブラックホールを形成していることを明らかにした。 この信号の高い信号対雑音比（$\gtrsim 75$）により、準支配的な$(4,\pm4)$多重極子の検出が可能であり、LVKによるこれまでの報告よりも高い証拠によってその存在を確認した。 解析をピーク後データに限定すると、(4,\pm4)モードを含むモデルが有利な$\log_{10}B\gtrsim 1$が得られ、この寄与が合体後段階まで十分に検出可能であることが示される。 さらに、LVKで行われたものと補完する、一般相対論の独立した3つのテストを行った。 修正残差解析により、我々の半解析モデルが検出可能な矛盾なく信号を完全に記述することを確認した。 サブドミナントモードテストでは、(4,\pm4)多重極子の振幅が一般相対論の期待値と一致することがわかった。 そして、プランジ・合体・リングダウン領域のパラメータ化解析により、残留質量とスピンについては50\%の信頼区間内、また、(2,\pm2)ピーク振幅については90\%の区間内で一般相対論の期待値を回復した。 これらの結果を総合すると、GW250114が重力の精密テストにおける画期的なイベントであることを裏付けるものとなる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider a spacetime singularity at $t = 0$ arising in a Kasner-type metric that solves the gravitational equations modified by quantum effects of a conformal field theory (CFT). The resulting constraints can be solved efficiently when expressed in terms of symmetric polynomials. Focusing first on the trace part of the modified gravitational equation, we determine the corresponding solution surfaces in Kasner-parameter space. The geometry of these surfaces depends sensitively on the ratio $η= A/C$, the quotient of the conformal charges characterizing the underlying CFT. We then fully integrate the conformal anomaly near the singularity for a generic Kasner-type metric and obtain the corresponding stress-energy tensor. Its components are expressed in terms of three symmetric polynomials (of degrees $2$, $3$ and $4$) and depend on seven arbitrary constants, which may be interpreted as parameterizing different choices of the quantum state at the singularity. By imposing a set of constraints we reduce this parameter space to a single free constant. Subsequently, we solve, at leading order near the singularity, the modified gravitational equations. Among the admissible solutions, we identify, in particular, those that develop a curvature singularity while remaining geodesically complete. | 我々は、共形場理論（CFT）の量子効果によって修正された重力方程式を解くカスナー型計量において生じる、$t = 0$ における時空特異点について考察する。 結果として生じる制約は、対称多項式で表現すると効率的に解くことができる。 まず、修正された重力方程式のトレース部分に焦点を当て、カスナーパラメータ空間における対応する解面を決定する。 これらの面の形状は、基礎となるCFTを特徴付ける共形電荷の商である比 $η= A/C$ に敏感に依存する。 次に、特異点近傍の共形異常を一般的なカスナー型計量について完全に積分し、対応する応力エネルギーテンソルを得る。 その成分は、3つの対称多項式（次数 $2$、$3$、$4$）で表現され、特異点における量子状態の異なる選択をパラメータ化するものとして解釈できる7つの任意定数に依存する。 一連の制約条件を課すことで、このパラメータ空間を単一の自由定数に縮小する。 続いて、特異点近傍の主要次数で、修正重力方程式を解く。 許容される解の中で、特に、測地線的に完全でありながら曲率特異点を生じる解を特定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We find the constraint on the population of ultra-light regular primordial black holes (RPBHs) by using isocurvature gravitational waves (GW). If ultra-light RPBHs dominated the early Universe, the initial isocurvature perturbation is converted into curvature perturbation that induce second-order GW background upon evaporation of RPBHs. The upper limit of extra relativistic degrees of freedom $ΔN_{\rm eff}$, which could be inferred from Big Bang Nucleosynthesis or Cosmic Microwave Background observations, places a constraint on the maximum energy density of GW, which in turn can be used to constrain the RPBH population. As RPBHs have different lifetime from their singular counterparts, the constraint must be modified accordingly. While the formalism that we provide is generic, we work out explicitly the case of Simpson-Visser metric for demonstration. The RPBHs associated with this metric have lower Hawking temperature and smaller horizon size, leading to a longer lifetime than the singular Schwarzschild black holes. This implies a stronger constraint on RPBH population as they dominate the Universe for a longer period of time and generate stronger GW. | 等曲率重力波（GW）を用いて、超軽量正規原始ブラックホール（RPBH）の種族に対する制約条件を見出した。 超軽量RPBHが初期宇宙を支配していたとすれば、初期の等曲率摂動は曲率摂動に変換され、RPBHの蒸発時に二次重力背景を誘発する。 ビッグバン元素合成や宇宙マイクロ波背景放射の観測から推定できる相対論的自由度超過の上限$ΔN_{\rm eff}$は、重力波の最大エネルギー密度に制約条件を課し、それによってRPBHの種族に対する制約条件を導き出すことができる。 RPBHは特異なRPBHとは寿命が異なるため、この制約条件はそれに応じて修正する必要がある。 我々が提供する形式論は汎用的であるが、デモンストレーションのためにシンプソン・ヴィッサー計量の場合を明示的に解析する。 この指標に関連する超対称ブラックホールは、ホーキング温度が低く、地平線サイズが小さいため、単一のシュワルツシルトブラックホールよりも寿命が長くなります。 これは、超対称ブラックホールがより長い期間にわたって宇宙を支配し、より強い重力波を生成するため、超対称ブラックホールの個体数に対する制約が強くなることを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The detection of gravitational waves from compact binary coalescences has provided significant insights into our Universe, and the discovery of new and unique gravitational wave candidates from independent searches remains an ongoing field of research. In this work, we built a hybrid search pipeline that combines matched filtering and deep learning to identify stellar-mass binary black hole candidates from detector strain data. We first present results from a targeted injection study to benchmark the sensitivity of our method and compare it with existing search pipelines. We demonstrate that our hybrid approach has comparable sensitivity for injections with a source-frame chirp mass greater than 25$\,$M$_{\odot}$, and below this threshold our sensitivity drops off for signals with a network SNR less than 15. We also observe that our search method can identify a significant population of unique candidates. Furthermore, we conduct an offline search for gravitational wave candidates in the third observing run of the LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration (LVK), yielding 31 candidates previously reported by the LVK with a probability of astrophysical origin $p_{\rm astro}\geq0.5$. We identify two other candidates: one previously reported only in a search conducted by the Institute for Advanced Study, and one previously unreported promising new candidate with a $p_{\rm astro}$ of 0.63. This unique candidate has a high chirp mass and a high probability that the primary black hole is an intermediate-mass black hole. | コンパクトな連星合体からの重力波の検出は、宇宙への重要な洞察をもたらしており、独立した探索から新しくユニークな重力波候補を発見することは、現在も進行中の研究分野です。 本研究では、マッチドフィルタリングとディープラーニングを組み合わせたハイブリッド探索パイプラインを構築し、検出器の歪みデータから恒星質量連星ブラックホール候補を特定しました。 まず、標的注入研究の結果を示し、この方法の感度をベンチマークし、既存の探索パイプラインと比較します。 ハイブリッドアプローチは、ソースフレームチャープ質量が 25$\,$M$_{\odot}$ を超える注入に対して同等の感度を持ち、このしきい値を下回ると、ネットワーク SNR が 15 未満の信号に対して感度が低下することを実証しました。 また、この探索方法がユニークな候補のかなりの集団を識別できることも確認しました。 さらに、LIGO-Virgo-KAGRAコラボレーション（LVK）の第3回観測ランにおいて、重力波候補天体のオフライン探索を実施し、LVKで以前に報告された31個の候補天体のうち、天体起源の確率が$p_{\rm astro}\geq0.5$であるものを特定しました。 さらに2個の候補天体を特定しました。 1個は高等研究所による探索でのみ報告されたもので、もう1個はこれまで報告されておらず、$p_{\rm astro}$が0.63である有望な新候補天体です。 この特異な候補天体はチャープ質量が大きく、主ブラックホールが中間質量ブラックホールである確率が高いことが示されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Working in an arbitrary gauge, we derive the source term for scalar-induced gravitational waves (SIGW) valid during a general reheating epoch. Specifically, the dominant energy component is allowed to transition smoothly from an inflaton field to a radiation fluid, possibly via a period of matter domination. Gauge invariance is verified up to second order. | 任意のゲージを用いて、一般的な再加熱期に有効なスカラー誘起重力波（SIGW）の源項を導出する。 具体的には、支配的なエネルギー成分が、おそらく物質支配期を経て、インフレーション場から放射流体へと滑らかに遷移することを許容する。 ゲージ不変性は2次のオーダーまで検証される。 |
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| This paper studies the thermodynamics and Ruppeiner geometry of D-dimensional RN black holes. We analyze the thermodynamic curvature scalar $R$ in various thermodynamic ensembles. It is found that in an ensemble of fixed charge (canonical ensemble), the Ruppeiner curvature is curved and diverges at a critical point, indicating the existence of a phase transition for $D > 4$. In contrast, when all extensive variables are allowed to fluctuate (for example, in a grand-canonical ensemble or with pressure fixed), the Ruppeiner geometry can appear flat. We also demonstrate that the thermodynamic geometric metric has a one-to-one correspondence with the periodicity of the Euclidean path integral method. In particular, the inverse temperature (the Euclidean time period) serves as a bridge connecting the thermodynamic geometry and the Euclidean action approach. | 本論文では、D次元RNブラックホールの熱力学とルッパイナー幾何学を研究する。 様々な熱力学アンサンブルにおける熱力学的曲率スカラー$R$を解析する。 固定電荷のアンサンブル（カノニカルアンサンブル）では、ルッパイナー曲率は湾曲しており、臨界点で発散することがわかった。 これは、$D > 4$の相転移の存在を示唆している。 対照的に、すべての示量変数が変動することを許容する場合（例えば、グランドカノニカルアンサンブルや圧力固定）、ルッパイナー幾何学は平坦に見える可能性がある。 また、熱力学的幾何学的計量がユークリッド経路積分法の周期性と一対一に対応することを示す。 特に、逆温度（ユークリッド時間周期）は、熱力学幾何学とユークリッド作用アプローチを繋ぐ橋渡しとして機能する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Space-based gravitational wave (GW) detectors are designed for wave sources in the millihertz band with different locations and orientations. Time-delay interferometry (TDI) technique is an indispensable ingredient in space-borne GW detection that effectively suppresses the laser phase noise. The abundant TDI solutions derived in the literature also feature distinct angular-dependent sensitivities. Because a GW source's angular location is unknown prior to the signals' detection, a solid-angle average is often performed when analyzing the sensitivity function of a given TDI combination. The present study explores the angular dependence of the detector's sensitivity. This detail is relevant, because once the initial detection is achieved, the source's location can be extracted and used to provide information on a refined TDI combination tailored for the specific GW source. As the TDI technique is a post-processing algorithm, such a procedure can be implemented in practice. We evaluate the angular dependence of the detector's response function to the GW signals for different TDI combinations as a function of the orientation angles. Moreover, we classify the response functions into seven categories at the low-frequency limit, leveraging the characteristics of the underlying geometrical TDI combinations. By further averaging out the azimuthal angle $φ_D$ in the detector's plane, the main features of the resulting response functions and their zenithal dependence with respect to the GW source are scrutinized. The findings presented in this work provide pertinent insights for ongoing space-borne detector programs. | 宇宙搭載型重力波検出器は、位置や方向が異なるミリヘルツ帯の波源を検出するために設計されています。 時間遅延干渉法（TDI）技術は、レーザー位相雑音を効果的に抑制する宇宙搭載型重力波検出に不可欠な要素です。 文献で導出されている豊富なTDI解は、角度に依存する明確な感度も示しています。 重力波源の角度位置は信号検出前には不明であるため、特定のTDI組み合わせの感度関数を解析する際には、立体角平均がしばしば実行されます。 本研究では、検出器感度の角度依存性を調査します。 この詳細は重要です。 なぜなら、初期検出が達成されると、源の位置を抽出し、特定の重力波源に合わせて調整された洗練されたTDI組み合わせに関する情報を提供できるからです。 TDI技術は後処理アルゴリズムであるため、このような手順は実際に実装可能です。 異なるTDIの組み合わせにおける重力波信号に対する検出器応答関数の角度依存性を、方位角の関数として評価する。 さらに、基礎となる幾何学的TDIの組み合わせの特性を利用し、低周波限界において応答関数を7つのカテゴリーに分類する。 検出器面内の方位角$φ_D$をさらに平均化することで、結果として得られる応答関数の主な特徴と、重力波源に対する天頂依存性を精査する。 本研究で示された知見は、現在進行中の宇宙搭載検出器プログラムに適切な知見を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the absorption of massless scalar waves by three distinct hairy black hole solutions obtained through the gravitational decoupling method, considering the weak, the strong or the dominant energy conditions. Remarkably, in certain configurations of hairy black holes associated with the fulfillment of the weak energy condition, quasibound states may appear, resulting in Breit-Wigner-like resonances in their absorption profile. These quasibound states (and consequently the spectral lines in the absorption spectrum) can be related to stable light rings in the spacetime, a structure often associated with horizonless exotic compact objects, such as wormholes. We investigate how the gravitational decoupling method introduces novel light ring structures in hairy black holes and influences the absorption spectra through its deformation parameters. Our numerical results show excellent agreement with well-known approximations. | 我々は、重力分離法によって得られた3つの異なるヘアリーブラックホール解による質量ゼロスカラー波の吸収を、弱エネルギー条件、強エネルギー条件、あるいは支配的なエネルギー条件を考慮して調査する。 注目すべきことに、弱エネルギー条件の充足に関連するヘアリーブラックホールの特定の構成では、準束縛状態が出現し、吸収プロファイルにブライト・ウィグナー共鳴のような共鳴が生じる可能性がある。 これらの準束縛状態（ひいては吸収スペクトル中のスペクトル線）は、時空内の安定した光リングと関連している可能性がある。 この構造は、ワームホールなどの地平線のないエキゾチックなコンパクト天体によく見られる。 我々は、重力分離法がヘアリーブラックホールに新たな光リング構造をどのように導入し、その変形パラメータを通じて吸収スペクトルにどのように影響を与えるかを調査した。 我々の数値結果は、よく知られた近似値と非常によく一致することを示した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the linear stability of nonrelativistic Proca stars under generic perturbations. Using a combination of analytic and numerical methods, we demonstrate that, as expected, the ground state is always mode-stable. Additionally, we identify several mode-stable spherically symmetric excited states, including stationary states of constant and radial polarization, as well as multi-frequency states in case that the spin-spin selfinteraction vanishes. The existence of stable excited states may have implications for spin-$1$ ultralight dark matter models. | 我々は、一般的な摂動下における非相対論的プロカ星の線形安定性を研究した。 解析的手法と数値的手法を組み合わせ、予想通り、基底状態は常にモード安定であることを証明した。 さらに、一定分極および径方向分極の定常状態、そしてスピン-スピン相互作用が消失した場合の多周波状態など、いくつかのモード安定な球対称励起状態を特定した。 安定励起状態の存在は、スピン1の超軽量暗黒物質モデルに影響を与える可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate some cosmological implications at background level of the Bumblebee model. The phase-space, the critical points and their stability are analyzed in detail applying well-established dynamical system techniques. What is more, upon comparison to available supernovae data, the best fit numerical value of the unique free parameter of the model is determined. We show graphically all the cosmological quantities of interest versus red-shift, such as the deceleration parameter, dark energy equation of state parameter, etc. The statefinders and the age of the Universe are also computed. Finally, a comparison to the $Λ$-CDM model is made as well. | バンブルビーモデルの背景レベルにおける宇宙論的含意を調査する。 位相空間、臨界点、そしてそれらの安定性を、確立された力学系手法を用いて詳細に解析する。 さらに、既存の超新星データと比較することで、モデルの唯一の自由パラメータの最適な数値を決定する。 減速パラメータ、ダークエネルギー状態方程式パラメータなど、赤方偏移に対するすべての関心のある宇宙論的量をグラフで示す。 状態ファインダーと宇宙の年齢も計算する。 最後に、$Λ$-CDMモデルとの比較も行う。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Astrophysical objects like black holes are usually surrounded by matter in the form of accretion disks or jets of matter. These astrophysical scenarios are expected to introduce novel phenomenology in the scattering of particles and fields. Wormholes are viable candidates for exotic compact objects that can mimic some black hole properties. Hence, it is natural to wonder what would happen if the central astrophysical object were a wormhole, instead of a black hole. We investigate the astrophysical environment effect on the absorption of a massless scalar field by a dirty wormhole surrounded by a thick shell of matter. We study null geodesics around these dirty wormholes and analyze under which conditions new pairs of light rings can appear. The presence of new stable light rings allows new quasibound states in the spacetime, apart from the ones trapped near the throat. Thus, the astrophysical environment can introduce deviations in the absorption bands. Remarkably, although heavy and dense distributions of matter are considered surrounding the wormhole, the position of most of the spectral lines in the absorption bands is preserved, indicating that the astrophysical environment cannot hide some fingerprints of the central object. | ブラックホールのような天体は通常、降着円盤や物質ジェットの形で物質に囲まれています。 これらの天体物理学的シナリオは、粒子や場の散乱に新たな現象をもたらすと期待されています。 ワームホールは、ブラックホールの特性を模倣できるエキゾチックコンパクト天体の有力な候補です。 したがって、中心となる天体がブラックホールではなくワームホールだったらどうなるのか疑問に思うのは当然です。 私たちは、厚い物質の殻に囲まれたダーティーワームホールによる質量ゼロのスカラー場の吸収に対する天体物理学的環境の影響を調査します。 これらのダーティーワームホールの周囲のヌル測地線を研究し、どのような条件下で新しい光リングのペアが出現するかを分析します。 新しい安定した光リングの存在は、喉部付近に閉じ込められた状態とは別に、時空に新しい準束縛状態をもたらします。 したがって、天体物理学的環境は吸収帯に偏差をもたらす可能性があります。 驚くべきことに、ワームホールの周囲には重くて密度の高い物質の分布があると考えられるにもかかわらず、吸収帯のスペクトル線のほとんどの位置は保存されており、天体物理環境が中心天体の痕跡を隠すことができないことを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a mechanism for gravitational wave (GW) production from isocurvature perturbations in spectator scalar fields during inflation. These energetically subdominant fields develop blue-tilted power spectra through inflationary dynamics, generating second-order scalar perturbations that source a stochastic GW background. The mechanism naturally satisfies CMB constraints at large scales while producing enhanced signals at smaller scales across a broad frequency range $10^{-20} - 1$ Hz. We perform comprehensive numerical and analytical calculations of the complete isocurvature spectrum evolution, including gravitational particle production, reheating dynamics, and scalar-induced GW generation. For spectator fields with effective masses $0.5 \lesssim m_{χ,\mathrm{eff}}/H_I$, the resulting GW energy density reaches $Ω_{\text{GW}} h^2 \sim 10^{-20}$-$10^{-12}$, accessible to pulsar timing arrays, space-based interferometers, and next-generation CMB experiments. Our analysis reveals that GW-induced constraints exceed current isocurvature bounds. We examine both unstable (curvaton-like) and stable (dark matter) spectator fields, demonstrating strong sensitivity to reheating temperature, inflaton-spectator coupling, and decay dynamics. This framework establishes isocurvature-sourced GWs as a powerful probe of early universe physics, enabling simultaneous constraints on inflationary dynamics, dark matter production, and reheating through coordinated multi-frequency GW observations. | インフレーション中のスペクテイタースカラー場における等曲率擾乱から重力波（GW）が生成されるメカニズムを提示する。 これらのエネルギー的に支配的でない場は、インフレーションダイナミクスを通じて青傾斜のパワースペクトルを発達させ、確率論的な重力背景の源となる二次スカラー擾乱を生成する。 このメカニズムは、大規模なスケールではCMB制約を自然に満たし、同時に小規模スケールでは広い周波数範囲$10^{-20} - 1$ Hzにわたって増強された信号を生成する。 我々は、重力粒子生成、再加熱ダイナミクス、スカラー誘起重力波生成を含む、完全な等曲率スペクトルの発展について包括的な数値計算と解析計算を行う。 有効質量が $0.5 \lesssim m_{χ,\mathrm{eff}}/H_I$ である観察者場の場合、結果として生じる重力波エネルギー密度は $Ω_{\text{GW}} h^2 \sim 10^{-20}$-$10^{-12}$ に達し、パルサータイミングアレイ、宇宙ベースの干渉計、および次世代 CMB 実験で測定可能になります。 私たちの解析により、重力波によって誘起される制約が現在の等曲率の限界を超えていることが明らかになりました。 不安定な (曲率のような) 観察者場と安定した (暗黒物質の) 観察者場の両方を調べ、再加熱温度、インフレーション-観察者場結合、および崩壊ダイナミクスに対する強い感度を実証しました。 この枠組みにより、等曲率起源の重力波は初期宇宙物理の強力なプローブとして確立され、協調的な多周波数重力波観測を通じてインフレーションダイナミクス、暗黒物質生成、および再加熱に対する同時制約が可能になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate the (pre)-inflationary dynamics of a flat, homogeneous, and isotropic universe governed by the Starobinsky potential within the framework of noncommutative effective loop quantum cosmology. The field equations are solved numerically for various initial conditions and different values of the noncommutative parameter. We analyze the background dynamics for three representative regimes -- the extreme kinetic-energy domination, kinetic-energy domination, and potential-energy domination. A complementary analysis is performed from the viewpoint of dynamical systems, highlighting the qualitative features of the scalar field evolution. Finally, a discussion comparing our results with previous studies employing the chaotic (quadratic) potential in the same formalism is presented. | 本研究では、非可換有効ループ量子宇宙論の枠組みにおいて、スタロビンスキーポテンシャルに支配される平坦、均質、等方的な宇宙の（前）インフレーションダイナミクスを調査する。 様々な初期条件と非可換パラメータの値に対して、場の方程式を数値的に解く。 3つの代表的な領域、すなわち極限運動エネルギー優位、運動エネルギー優位、およびポテンシャルエネルギー優位について、背景ダイナミクスを解析する。 力学系の観点から相補的な解析を行い、スカラー場の発展の質的特徴を明らかにする。 最後に、同じ形式論においてカオス（二次）ポテンシャルを用いた先行研究と本研究の結果を比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider the Vlasov equation on slowly expanding isotropic homogeneous tori, described by the Friedmann--Lemaître--Robertson--Walker cosmological spacetimes. For expansion rate $t^q$, with $0< q<\frac{1}{2}$ (excluding certain exceptional values), we show that the spatial density decays at the rate $t^{-6q}$ and that, when the spatial average is removed, the density decays at an enhanced rate due to a phase mixing effect. This enhancement is polynomial for Sobolev initial data and super-polynomial, but sub-exponential, for real analytic initial data. We further show that, when the expansion rate is the borderline $t^{\frac{1}{2}}$ -- the rate which describes a radiation filled universe -- a degenerate phase mixing effect results in a logarithmic enhancement for Sobolev initial data and a super-logarithmic enhancement (in fact, a gain of $\exp(-μ(\log t)^ε)$ for some $μ,ε>0$) for analytic initial data. The proof is based on a collection of commuting vector fields, and certain combinatorial properties of an associated collection of differential operators. The vector fields are not explicit, but are shown to have good properties when $t$ is large with respect to the momentum support of the solution. A physical space dyadic localisation is employed to treat non-compactly supported (in particular, non-trivial real analytic) but suitably decaying solutions. | フリードマン-ルメートル-ロバートソン-ウォーカー宇宙時空によって記述される、緩やかに膨張する等方性均質トーラス上のヴラソフ方程式を考察する。 膨張率$t^q$、$0< q<\frac{1}{2}$（特定の例外値を除く）において、空間密度は$t^{-6q}$の速度で減少し、空間平均を除去すると位相混合効果により密度はより速い速度で減少することを示す。 この増加は、ソボレフ初期データに対しては多項式的であり、実解析的初期データに対しては超多項式的であるが指数関数的ではない。 さらに、膨張率が境界線 $t^{\frac{1}{2}}$（放射線に満ちた宇宙を記述する率）のとき、縮退位相混合効果により、ソボレフ初期データに対しては対数的な増強が、解析的初期データに対しては超対数的な増強（実際には、ある $μ,ε>0$ に対して $\exp(-μ(\log t)^ε)$ のゲイン）が生じることを示します。 証明は、可換ベクトル場の集合と、関連する微分演算子の集合の特定の組み合わせ特性に基づいています。 ベクトル場は明示的ではありませんが、解の運動量サポートに対して $t$ が大きいときに優れた特性を持つことが示されています。 コンパクトにサポートされていない（特に、非自明な実解析的）が適切に減衰する解を扱うために、物理的な空間ダイアディック局所化が採用されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| How is the production of primordial black holes (PBHs) in single-field models of inflation impacted by the presence of additional scalar fields? We consider the effect of a spectator field - a free scalar field with sub-Hubble mass, no direct coupling to the inflaton, and which makes a subdominant contribution to the total energy density - in the context of single-field models of inflation featuring a transient phase of ultra-slow roll (USR) evolution. Despite the modest title, a spectator field can have a dramatic impact: the slow-roll evolution of the spectator prevents the combined inflaton-and-spectator system from entering into USR, which naively might be expected to preclude the production of PBHs. However, we demonstrate that the growth of perturbations is maintained or enhanced by the spectator, through the rich interplay of curvature and isocurvature perturbations. We show in a model-independent way that the single-field phase of ultra-slow-roll is replaced by two turns in field space encompassing a phase of tachyonic instability for the isocurvature perturbations and a transfer of power from isocurvature to curvature modes. Furthermore, we highlight a degeneracy between the fine-tuning of the feature in the inflaton potential and the parameters of the spectator, leading to an overall resilience of model predictions to parameter variations. This makes it easier for the underlying PBH model to accommodate both high-precision CMB constraints and production of PBHs in the asteroid-mass range. | 単一場インフレーション模型における原始ブラックホール（PBH）の生成は、付加的なスカラー場の存在によってどのような影響を受けるのだろうか？我々は、超低速ロール（USR）発展の過渡期を特徴とする単一場インフレーション模型との関連で、サブハッブル質量を持ち、インフレーションとは直接結合せず、全エネルギー密度への寄与が支配的でない自由スカラー場であるスペクテイター場の効果を考察する。 控えめな名称にもかかわらず、スペクテイター場は劇的な影響を及ぼす可能性がある。 スペクテイターの低速ロール発展は、インフレーションとスペクテイターの複合システムがUSRに入るのを防ぎ、単純に考えるとPBHの生成を防ぐと予想されるかもしれない。 しかし、我々は、曲率摂動と等曲率摂動の豊かな相互作用を通じて、摂動の成長がスペクテイターによって維持または強化されることを示す。 モデルに依存しない方法で、超スローロールの単一磁場位相が、等曲率摂動のタキオン不安定性の位相と等曲率モードから曲率モードへのエネルギー移動を含む磁場空間の2回転に置き換えられることを示す。 さらに、インフレーションポテンシャルの特徴の微調整とスペクテイターのパラメータとの間の退化を強調し、パラメータ変動に対するモデル予測の全体的な復元力につながることを示した。 これにより、基礎となるPBHモデルは、高精度CMB制約と小惑星質量範囲におけるPBHの生成の両方をより容易に考慮できるようになる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The electromagnetic duality symmetry of Maxwell's equations in vacuum implies that the circular polarization $Q$ of classical electromagnetic waves is conserved. In quantum field theory, the normal-ordered operator $\hat Q$ represents the difference between the number operators of right- and left-handed photons. Previous studies have shown that its expectation value is not conserved for observers propagating in a gravitational field. Here, we show that this Noether symmetry can also be realized in empty waveguides with duality-preserving boundary conditions, and we quantize the source-free Maxwell theory inside a long, cylindrical waveguide undergoing both linear and rotational acceleration from rest. In the vacuum $|0\rangle$ associated to inertial observers, we find that the expectation value $\langle 0| \hat Q |0\rangle $ fails to be conserved for observers co-moving with the waveguide. In particular, frame-dragging effects induce a spectral asymmetry between the right- and left-handed field modes at late times. As a consequence, accelerated detectors co-moving with the rotating waveguide can detect photon-pair excitations from the quantum vacuum, exhibiting an imbalance between opposite helicity modes. This is a relativistic quantum effect, which shows that the classical conservation law associated with duality symmetry is broken in the quantum theory even in flat spacetime, provided we work with non-inertial systems. Our analysis provides a concrete proof of concept for testing this effect in analogue gravity platforms. | 真空中のマクスウェル方程式の電磁双対性対称性は、古典電磁波の円偏光 $Q$ が保存されることを意味する。 量子場の理論では、正規順序演算子 $\hat Q$ は右手系と左手系の光子の数演算子の差を表す。 これまでの研究で、重力場中を伝播する観測者に対してはその期待値が保存されないことが示されている。 本研究では、このノイマン対称性が双対性保存境界条件を持つ空導波管でも実現できることを示し、静止状態から直線加速と回転加速の両方を受ける長い円筒導波管内のソースフリーマクスウェル理論を量子化する。 慣性観測者に関連する真空 $|0\rangle$ では、導波管と共に移動する観測者に対して期待値 $\langle 0| \hat Q |0\rangle $ が保存されないことがわかる。 特に、フレームドラッグ効果は、遅い時間に右手系と左手系の磁場モード間のスペクトル非対称性を誘起します。 その結果、回転導波管と共に移動する加速検出器は、量子真空からの光子対励起を検出し、反対のヘリシティモード間の不均衡を示します。 これは相対論的な量子効果であり、非慣性系を対象とする限り、平坦時空においても量子理論では双対対称性に関連する古典的な保存則が破れていることを示しています。 本解析は、この効果をアナログ重力プラットフォームで検証するための具体的な概念実証を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Inflation generally assumes a field with nonzero potential that leads to inflationary expansion happening at arbitrarily early times. We demonstrate potentially observable consequences of inflation with a finite initial time in a model in five-dimensional warped anti-de Sitter space, with both a UV and an IR brane present during inflation. Considering an inflaton with an approximately flat potential localized on the UV brane, we derive the resulting brane motion in the bulk and the 4D effective action describing the dynamics. A concrete model allows us to evaluate possible consequences of a starting point of inflation. The background evolution is driven by the fast roll of the radion at early times and the slow roll of the inflaton at late times. We find that the action has the form of a two-field hyperbolic inflation model, the two fields being the radion and the inflaton, both of which have a time-dependent background solution. This setup is holographically dual to an inflaton coupled to a strongly coupled confined sector in which the confinement scale is larger than the Hubble scale, and a confinement scale whose ratio to the 4D Planck scale evolves cosmologically. Focusing on the period when the equation of state becomes that of inflation, we find that the presence of the IR brane leads to deviations from the approximate de Sitter background in addition to those from the slow-roll parameters of the inflaton potential. We quantify the effect of the presence of the IR brane on the two point function of the adiabatic scalar perturbations and tensor perturbations. The dominant deviations occur at large scales: the adiabatic power spectrum has a blue tilt, while the tensor power spectrum shows oscillatory features. We present numerical fits to the shape of the adiabatic power spectrum, and discuss the implications for cosmic microwave background (CMB) analysis. | インフレーションは一般に、任意の早い時点でインフレーション膨張が起こるような非ゼロのポテンシャルを持つ場を仮定する。 我々は、インフレーション中に UV ブレーンと IR ブレーンの両方が存在する 5 次元の歪んだ反ド・ジッター空間のモデルで、有限の初期時間を持つインフレーションの潜在的に観測可能な結果を実証する。 UV ブレーンに局在するほぼ平坦なポテンシャルを持つインフラトンを考え、結果として生じるバルクでのブレーン運動と、ダイナミクスを記述する 4D 有効作用を導出する。 具体的なモデルにより、インフレーションの開始点の考えられる結果を評価できる。 背景発展は、初期時間での放射子の高速回転と後期時間でのインフラトンの低速回転によって駆動される。 作用は 2 つの場からなる双曲型インフレーション モデルの形をとることがわかった。 この 2 つの場とは放射子とインフラトンであり、どちらも時間依存の背景解を持つ。 この設定は、閉じ込めスケールがハッブルスケールよりも大きい強く結合した閉じ込めセクターに結合したインフレーションと、4D プランクスケールに対する比が宇宙論的に変化する閉じ込めスケールとのホログラフィックな双対である。 状態方程式がインフレーションの方程式になる期間に焦点を当てると、IR ブレーンの存在により、インフレーション ポテンシャルのスロー ロール パラメータからの偏差に加えて、近似的なド・ジッター背景からの偏差も生じることがわかった。 IR ブレーンの存在が、断熱スカラー摂動とテンソル摂動の 2 点関数に与える影響を定量化する。 支配的な偏差は大規模で発生し、断熱パワー スペクトルは青に傾斜し、テンソル パワー スペクトルは振動特性を示す。 断熱パワー スペクトルの形状への数値的近似を示し、宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) 解析への影響について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate extreme-mass ratio inspirals (EMRIs) with orbital periods exceeding the observational timescale of mHz gravitational wave observatories. In their early, highly eccentric phases, these systems generate transient gravitational wave bursts during pericentre passages, separated by long quiescent intervals; we designate these signals ``popcorn EMRIs.'' We utilize a steady-state analytical model based on the continuity equation in phase space to estimate the population in a Milky Way-like galaxy. The normalization of this model is linked to the solution of the Fokker-Planck equation describing stellar relaxation. Adopting a conservative one-year observation baseline ($P>1$ year), we estimate the steady-state population of popcorn EMRIs. We forecast an observable burst rate of 5 to 44 events per year. The low duty cycle ($\sim 10^{-4}$) confirms their manifestation as isolated transients. Individual bursts from the Galactic Centre exhibit high detectability. Analyzing these intrinsically transient signals demands a rigorous mathematical framework, as standard windowing techniques distort burst morphology. We establish an analytical foundation using standard smoothing techniques commonly used in real analysis. This yields the mathematically correct definition for the Fourier transform of transient signals, justifying the use of the direct Fourier transform without ad hoc windowing and ensuring the integrity of spectral analysis. | 我々は、mHz重力波観測所の観測時間スケールを超える軌道周期を持つ極端質量比インスパイラル（EMRI）を調査する。 これらのシステムは、初期の高離心率期に、近点通過時に長い静止期間を挟んで過渡的な重力波バーストを発生させる。 我々はこれらの信号を「ポップコーンEMRI」と名付ける。 我々は、位相空間における連続方程式に基づく定常解析モデルを用いて、天の川銀河型銀河におけるポップコーンEMRIの個体数を推定する。 このモデルの正規化は、恒星の緩和を記述するフォッカー・プランク方程式の解と関連している。 保守的な1年間の観測ベースライン（$P>1$年）を採用し、ポップコーンEMRIの定常状態における個体数を推定する。 観測可能なバースト発生率は年間5～44件と予測される。 低いデューティサイクル（$\sim 10^{-4}$）は、これらの現象が孤立した過渡現象として現れることを裏付ける。 銀河中心から発せられる個々のバーストは高い検出能を示す。 これらの本質的に過渡的な信号を解析するには、標準的な窓関数法ではバーストの形態が歪んでしまうため、厳密な数学的枠組みが必要となる。 我々は、実解析で一般的に用いられる標準的な平滑化手法を用いて解析基盤を確立した。 これにより、過渡信号のフーリエ変換に対する数学的に正しい定義が得られ、アドホックな窓関数法を用いずに直接フーリエ変換を用いることが正当化され、スペクトル解析の完全性が保証される。 |