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| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a new thermodynamic inequality for stationary and asymptotically Anti-de Sitter charged and rotating black holes, $ 4πJ^2/(3MV)<1 $. This inequality is derived through an analysis of the roots of the identity which holds among the thermodynamic variables to avoid a naked singularity. We have analyzed the Kerr-AdS black hole and the asymptotically AdS uncharged and rotating black strings and find strong supporting evidence for different horizon topologies. Using this inequality we verify the validity of reverse isoperimetric inequality in its conventional form ($ {\cal R}\geq 1 $) in the presence of rotation. By examining a wide range of black hole solutions, we confirm the validity of the proposed inequality. Assuming that reverse isoperimetric inequality continues to hold in higher dimensions, and employing the intermediate refined reverse isoperimetric inequalities introduced in [\href{https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.241401}{Phys. Rev. Lett. {\bf 131}, 241401}] as guiding principles, we extend the inequality to higher-dimensional spacetimes. | 我々は、定常かつ漸近的に反ド・ジッター荷電回転ブラックホールに対する新たな熱力学不等式 $ 4πJ^2/(3MV)<1 $ を提案する。 この不等式は、裸の特異点を回避するために熱力学変数間で成立する恒等式の根の解析を通して導出される。 我々は、Kerr-AdSブラックホールと漸近的にAdS荷電回転ブラックストリングを解析し、異なる地平線トポロジーを裏付ける強力な証拠を見出した。 この不等式を用いて、回転が存在する場合の従来の形（$ {\cal R}\geq 1 $）における逆等周不等式の妥当性を検証する。 広範囲のブラックホール解を検証することで、提案された不等式の妥当性を確認する。 逆等周不等式が高次元でも成立し続けると仮定し、[\href{https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.241401}{Phys. Rev. Lett. {\bf 131}, 241401}]で導入された中間的に改良された逆等周不等式を指針として採用し、不等式を高次元時空に拡張します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Caustics-envelopes formed by the trajectories of fluid particles-arise in proposed dynamical extensions for shell-crossing singularities occurring in the Einstein-dust system. In this study, a local existence result is established, describing the dynamics in a neighbourhood of such caustics. Specifically, we obtain spherically symmetric spacetimes $(M,g_{μν})$ containing a caustic $\mathcal{C}$, which, in the quotient $M/SO(3)$, is a timelike curve forming a singular boundary between a 2-dust region and a vacuum region. The spacetimes are constructed from solutions to a PDE problem posed with a spacelike direction of evolution. Curvature invariants and energy densities diverge as the caustic is approached. Consequently the metric has limited regularity $g\in C^{1,1/2}$ and is shown to satisfy Einstein's equation weakly. On the complement of the caustic, the metric is smooth and satisfies Einstein's equation classically. A (degenerate) coordinate system is identified in which the dynamical variables are smooth with extension to the caustic. Finally, a novel family of static, spherically symmetric spacetimes is identified, complementing the local construction above. Each spacetime contains an eternal annular 2-dust region bounded by a pair of caustics. | 流体粒子の軌道によって形成される包絡線であるコースティックは、アインシュタインダスト系に生じる殻交差特異点に対する提案された力学的拡張において生じる。 本研究では、そのようなコースティックの近傍における力学を記述する局所的存在結果を確立する。 具体的には、コースティック$\mathcal{C}$を含む球対称時空$(M,g_{μν})$を得る。 これは、商$M/SO(3)$において、2次元ダスト領域と真空領域の間に特異境界を形成する時間的曲線である。 時空は、空間的な発展方向を持つ偏微分方程式問題の解から構成される。 曲率不変量とエネルギー密度は、コースティックに近づくにつれて発散する。 結果として、計量は限定的な正則性$g\in C^{1,1/2}$を持ち、アインシュタイン方程式を弱く満たすことが示される。 コースティックの補集合上では、計量は滑らかであり、古典的にはアインシュタイン方程式を満たす。 力学変数がコースティックへの拡張によって滑らかになるような（退化した）座標系が同定される。 最後に、上記の局所構成を補完する、静的で球対称な時空の新しい族が同定される。 各時空には、一対のコースティックによって囲まれた永久環状の2次元ダスト領域が含まれる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate the cosmological implications of holographic dark energy (HDE) when the infrared cutoff is defined through the Granda-Oliveros (GO) model and the entropy-area is generalized in the context of Kaniadakis statistics. For the GO model, we showed that a spatially flat universe inevitably evolves toward a big rip singularity. At the same time, the inclusion of spatial curvature modifies the expansion rate without removing the finite-time divergence: positive curvature speeds up the formation of the singularity, whereas negative curvature induces transitions between quintessence, de Sitter, and phantom-like regimes. When Kaniadakis entropy corrections are incorporated, the qualitative behavior changes substantially. The modified HDE density admits a stable de Sitter critical point and evolves toward a little rip singularity, in which the Hubble rate diverges only at infinite cosmic time. We further demonstrate that spatial curvature acts solely as a quantitative deformation in this scenario. Although it alters the detailed expansion history, it does not alter the little-rip character of the future singularity. Our results reveal that the asymptotic fate of holographic cosmologies is highly sensitive to the underlying entropy-area relation: the GO model robustly predicts a big rip. At the same time, its Kaniadakis deformation consistently softens the singularity into a little rip, even in curved universes. | 本研究では、赤外線カットオフがグランダ・オリベロス (GO) モデルによって定義され、エントロピー領域がカニアダキス統計のコンテキストで一般化された場合の、ホログラフィックダークエネルギー (HDE) の宇宙論的意味合いを調査する。 GO モデルでは、空間的に平坦な宇宙は必然的に大きなリップ特異点に向かって進化することを示した。 同時に、空間曲率を含めると、有限時間発散を除去することなく膨張率を修正する。 つまり、正の曲率は特異点の形成を加速するが、負の曲率はクインテッセンス、ド・ジッター、およびファントムのような領域間の遷移を引き起こす。 カニアダキスのエントロピー補正を組み込むと、質的な挙動が大幅に変化する。 修正された HDE 密度は安定なド・ジッター臨界点を許容し、ハッブル率が無限宇宙時間でのみ発散する小さなリップ特異点に向かって進化する。 さらに、このシナリオでは空間曲率が量的変形としてのみ作用することを示す。 曲率は詳細な膨張の歴史を変化させるが、将来の特異点の「小さな裂け目」という性質は変化させない。 我々の結果は、ホログラフィック宇宙論の漸近的運命が、根底にあるエントロピーと面積の関係に非常に敏感であることを示している。 GOモデルは「大きな裂け目」をロバストに予測する。 同時に、そのカニアダキス変形は、曲がった宇宙においても、特異点を一貫して「小さな裂け目」へと緩和する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Regular black holes offer a compelling framework to explore the consequences of resolving the central singularity of standard black holes. Using the Simpson-Visser "black-bounce" geometry as an elegant, analytically tractable framework, we explore the intricate thermodynamic behavior in such models. We demonstrate that this regular spacetime exhibits a critical instability, marked by a phase transition where the heat capacity is discontinuous. This transition signals a fundamental change in the black hole's evaporation state, which depends on the regularization parameter. Pushing beyond the semiclassical limit, we then derive the leading-order quantum corrections to the entropy via the Hamilton-Jacobi tunneling formalism. Our analysis provides a refined statistical basis for the entropy of non-singular spacetimes and offers a quantitative analysis of the nature of the black hole end-state. These results reveal that singularity resolution is not merely a geometric modification but a profound thermodynamic event, with direct implications for the stability and ultimate fate of evaporating black holes. | 正則ブラックホールは、標準的なブラックホールの中心特異点を解消することの帰結を探るための魅力的な枠組みを提供する。 シンプソン・ヴィッサーの「ブラックバウンス」幾何学を、解析的に扱いやすい洗練された枠組みとして用い、我々はこのようなモデルにおける複雑な熱力学的挙動を探求する。 我々は、この正則時空が、熱容量が不連続となる相転移を特徴とする臨界不安定性を示すことを示す。 この転移は、ブラックホールの蒸発状態における根本的な変化を示し、これは正則化パラメータに依存する。 次に、半古典的極限を超えて、ハミルトン・ヤコビ・トンネル形式を用いて、エントロピーに対する主要次数の量子補正を導出する。 我々の解析は、非特異時空のエントロピーに対する洗練された統計的基盤を提供し、ブラックホールの終状態の性質を定量的に分析する。 これらの結果は、特異点の解消が単なる幾何学的変化ではなく、蒸発するブラックホールの安定性と最終的な運命に直接的な影響を与える、深遠な熱力学的事象であることを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The strong interplay between Bianchi--Kantowski--Sachs (BKS) spacetimes and Thurston geometries motivates the exploration of the role of topology in our understanding of gravity. As such, we study non-tilted BKS solutions of a theory of gravity that explicitly depends on Thurston geometries. We show that shear-free solutions with perfect fluid, as well as static vacuum solutions, exist for all topologies. Moreover, we prove that, aside from non-rotationally-symmetric Bianchi II models, all BKS metrics isotropize in the presence of a positive cosmological constant, and that recollapse is never possible when the weak energy condition is satisfied. This contrasts with General Relativity (GR), where these two properties fail for Bianchi IX and KS metrics. No additional parameters compared to GR are required for these results. We discuss, in particular, how this framework might allow for simple inflationary models in any topology. | ビアンキ・カントフスキー・ザックス（BKS）時空とサーストン幾何学の強い相互作用は、重力の理解における位相の役割を探究する動機となっている。 そこで我々は、サーストン幾何学に明示的に依存する重力理論の非傾斜BKS解を研究する。 我々は、すべての位相に対して、完全流体によるせん断フリー解と静的真空解が存在することを示す。 さらに、非回転対称なビアンキIIモデルを除き、すべてのBKS計量は正の宇宙定数が存在する場合に等方化し、弱エネルギー条件が満たされる場合、再収縮は決して起こり得ないことを証明する。 これは、ビアンキIX計量とKS計量ではこれら2つの特性が満たされない一般相対性理論（GR）とは対照的である。 これらの結果を得るために、GRと比較して追加のパラメータは必要ない。 特に、この枠組みがどのようにしてあらゆる位相における単純なインフレーションモデルを可能にするかについて議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In general relativity, the dynamics of spinning particles is governed by the Mathisson-Papapetrou-Dixon equations, which are most commonly applied to massive bodies, but the framework also works in the massless case. Such massless versions naturally arise, for example, in the description of energy centroids of high-frequency wave packets. In this work, we consider massless spinning particles in spacetimes with hidden symmetries and we derive the generalized conservation laws associated with conformal Killing-Yano tensors. We then show that the spin Hall equations, a particular case of the Mathisson-Papapetrou-Dixon equations restricted to massless particles with longitudinal angular momentum, are completely integrable in a large class of type D spacetimes. Additionally, we also show that for massive spinning particles, the generalized Carter constant associated with Killing-Yano tensors is conserved independently of the choice of spin supplementary condition. | 一般相対論では、自転粒子のダイナミクスはマティソン・パパペトロウ・ディクソン方程式によって支配され、この方程式は質量を持つ物体に最も一般的に適用されるが、この枠組みは質量がない物体にも適用できる。 このような質量がないバージョンは、例えば高周波波束のエネルギー重心の記述において自然に生じる。 本研究では、隠れた対称性を持つ時空における質量がない自転粒子を考察し、共形キリング・ヤノテンソルに関連する一般化保存則を導出する。 次に、縦角運動量を持つ質量がない粒子に限定されたマティソン・パパペトロウ・ディクソン方程式の特殊ケースであるスピンホール方程式が、D型時空の広いクラスにおいて完全に積分可能であることを示す。 さらに、質量を持つ自転粒子の場合、キリング・ヤノテンソルに関連する一般化カーター定数は、スピン補足条件の選択とは独立に保存されることも示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a novel derivation of scalar cosmological perturbations in the scalar-tensor extension of non-metricity gravity, where the non-metricity scalar $Q$ is non-minimally coupled to a dynamical scalar field. While previous investigations of symmetric teleparallel gravity focused primarily on background evolution or specialised gauge choices, a complete treatment of scalar perturbations in this non-minimally coupled framework has remained unexplored. In this work, we derive the full set of perturbed field equations, impose the quasi-static approximation, and obtain the effective Poisson equation together with the corresponding modified gravitational constant $G_{\rm eff}$. These ingredients allow us to construct the density contrast evolution equation and analyse the matter growth rate and growth index. Through numerical analysis, we showed that the scalar non-metricity theory is comparable to the well-known $ΛCDM$ model to some extent. The results provide a foundation for testing scalar non-metricity theories against large-scale structure observations and open new avenues for constraining non-minimally coupled non-metricity cosmologies. | 我々は、非計量性重力のスカラー-テンソル拡張におけるスカラー宇宙摂動の新しい導出を提示する。 ここでは、非計量性スカラー $Q$ が動的スカラー場と非最小結合している。 これまでの対称テレパラレル重力の研究は、主に背景発展や特殊なゲージ選択に焦点を当てていたが、この非最小結合の枠組みにおけるスカラー摂動の完全な取り扱いは未開拓のままであった。 本研究では、摂動場方程式の完全なセットを導出し、準静的近似を課し、対応する修正重力定数 $G_{\rm eff}$ とともに有効ポアソン方程式を得る。 これらの要素により、密度コントラスト発展方程式を構築し、物質成長率と成長指数を解析することができる。 数値解析を通じて、スカラー非計量性理論は、よく知られている $ΛCDM$ モデルとある程度比較可能であることを示した。 この結果は、スカラー非計量性理論を大規模構造観測に対してテストするための基礎を提供し、非最小結合非計量性宇宙論を制限するための新しい道を開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Integrability structures are known to play a key role in one-dimensional scattering. In the Schwarzschild gravitational context, the analysis emphasizing the role of the so-called Darboux covariance and its intimate connection with KdV conserved quantities was recently introduced by Lenzi & Sopuerta. In a second stage, together with Jaramillo, this led in particular to the identification of the structural role of the "KdV-Virasoro-Schwarzian derivative" triangle in this problem. Such a gravitational scattering description dwells naturally on a Cauchy foliation of the spacetime. In the following, we first review--for the Schwarzschild background--this problem in a hyperboloidal foliation scheme, where the infinitesimal time generator of the dynamics is a non-selfadjoint operator. Then, we explore the underlying integrability features through a Lax-pair formulation. Specifically, the main results presented here are i) the explicit proposal of a weak Lax-pair, valid under suitable conditions involving fields at null infinity, with ii) the construction of the associated infinite sequence of isospectral flows. From a broader perspective, the very form of the non-selfadjoint infinitesimal time operator, which neatly separates into two components corresponding to bulk and boundary structures, paves the way for the description of the gravitational dynamics in terms of a "semi-direct action" of bulk degrees of freedom onto boundary degrees of freedom. This is akin to the "wave-mean flow" approach for black hole strong-gravity dynamics recently proposed in this line of research. | 積分可能性構造は、1次元散乱において重要な役割を果たすことが知られている。 シュワルツシルト重力理論の文脈において、いわゆるダルブー共変性の役割と、それがKdV保存量と密接に関連していることを強調する解析は、最近、LenziとSopuertaによって導入された。 第二段階では、Jaramilloと共同で、特にこの問題における「KdV-Virasoro-Schwarzian微分」三角形の構造的役割の特定につながった。 このような重力散乱の記述は、時空のCauchy葉理構造に自然に従う。 以下では、まずシュワルツシルト理論の背景に基づき、双曲面葉理構造においてこの問題を検討する。 この場合、ダイナミクスの微小時間生成子は非自己随伴作用素となる。 次に、Lax対定式化を通して、その根底にある積分可能性の特徴を探る。 具体的には、ここで提示される主な結果は、i) ヌル無限遠における場を含む適切な条件下で有効な弱いLax対の明示的な提案、およびii) 関連する等スペクトル流の無限列の構築です。 より広い視点から見ると、バルク構造と境界構造に対応する2つの成分に巧みに分離する非自己随伴無限小時間演算子の形式そのものが、バルク自由度から境界自由度への「半直接作用」という観点から重力ダイナミクスを記述する道を開きます。 これは、この研究分野で最近提案された、ブラックホール強重力ダイナミクスに対する「波動平均流」アプローチに類似しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper investigates chains of rotating boson stars (BSs) within Einstein gravity coupled to a complex scalar field. The model incorporates quartic or sextic self-interactions in the scalar Lagrangian, which support the existence of stationary, solitonic, gravitationally bound solutions. We numerically construct these multi-component systems and investigate how the self-interactions alter their global properties -- specifically the Arnowitt-Deser-Misner (ADM) mass $M$, the angular momentum $J$ and the morphology of their ergospheres. A central result is the distinct dependence of the $(ω, M)$ and $(ω, J)$ relations on the parity of the chains. Specifically, systems with an even number of constituents display spiraling curves, while those with an odd number exhibit loop structures. Moreover, we observe that two initially distinct ergospheres merge into a single one as the frequency $ω$ increases. Our analysis also indicates that the quartic interaction imposes more restrictive existence bounds, particularly for odd-numbered chains, thereby restricting stable configurations to the weak-coupling regime. In contrast, the sextic interaction has a weaker effect and enables stable solutions at substantially stronger couplings. | 本論文では、複素スカラー場と結合したアインシュタイン重力下で回転するボソン星（BS）の連鎖について考察する。 本モデルは、スカラーラグランジアンに4次または6次の自己相互作用を組み込んでおり、定常ソリトン的かつ重力的に束縛された解の存在を支持する。 我々はこれらの多成分系を数値的に構築し、自己相互作用が系の全体的特性、具体的にはアルノウィット・デザー・ミスナー（ADM）質量$M$、角運動量$J$、およびエルゴ球の形態をどのように変化させるかを調べる。 中心的な結果は、$(ω, M)$関係と$(ω, J)$関係が連鎖のパリティに明確に依存している点である。 具体的には、成分数が偶数である系は螺旋状の曲線を示すのに対し、成分数が奇数である系はループ構造を示す。 さらに、周波数$ω$が増加するにつれて、当初は異なる2つのエルゴ球が1つに融合することを観測する。 我々の解析は、4次相互作用が特に奇数連鎖に対してより厳しい存在限界を課し、それによって安定な構成が弱結合領域に限定されることも示している。 対照的に、6次相互作用はより弱い効果を持ち、はるかに強い結合においても安定な解を可能にする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| For the charge management system in gravitational wave detection missions, a continuous discharge strategy is considered by continuously illuminating a test mass (TM) with weak light in such a way to strike a balance between the charging and discharging rates and at the same time avoids the requirement for frequent activation of charge measurements. Built on experiments by one of us based on a simple parallel plate model for inertial sensor, in the present work a more sophisticated inertial sensor model that mimics the surface properties and work function of a cubical TM of an inertial sensor in space (like that of the LISA Pathfinder) is employed to study bipolar charge management system that utilizes UV-LEDs with peak wavelengths of 269 nm, 275 nm, 280 nm, and 295 nm that are longer than the standard 255 nm commonly employed for direct TM illumination. Experimental results indicate that the 275 nm UV-LED achieves optimal performance, maintaining the TM potential closer to zero and at the same time accommodates both rapid discharge and continuous discharge strategies. The present work provides useful input in the future study of system design and optimization for the charge management system. | 重力波検出ミッションの電荷管理システムについては、充電速度と放電速度のバランスを取り、同時に電荷測定を頻繁に起動する必要がないように、弱い光でテストマス (TM) を連続的に照射する連続放電戦略が検討されています。 本研究では、私たちの 1 人の慣性センサー用平行板モデルに基づく実験を基に、宇宙の慣性センサー (LISA パスファインダーのものなど) の立方体 TM の表面特性と仕事関数を模倣する、より高度な慣性センサーモデルを採用して、TM の直接照射に一般的に使用される標準の 255 nm よりも長い 269 nm、275 nm、280 nm、295 nm のピーク波長を持つ UV-LED を使用する双極性電荷管理システムを調査します。 実験結果によると、275 nmのUV-LEDは最適な性能を達成し、TM電位をほぼゼロに維持しながら、急速放電と連続放電の両方の方式に対応できることが示されています。 本研究は、電荷管理システムのシステム設計と最適化に関する今後の研究に有益な情報を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The scale-free nature of gravitational interaction in both Newtonian gravity and the general theory of relativity gives rise to the concept of self-similarity, where solutions are scale invariant. As a result of this property, the governing partial differential equations are greatly simplified and can be transformed into ordinary ones. These solutions function as attractors, characterizing the asymptotic dynamics of more general solutions. There exist situations in which self-similarity is only partially realized, giving rise to kinematic self-similar solutions. Our study provides a systematic classification of kinematic self-similar solutions corresponding to the most general spherically symmetric spacetime in the presence of bulk viscous flows. | ニュートン重力理論と一般相対性理論の両方における重力相互作用のスケールフリーな性質は、解がスケール不変となる自己相似性の概念を生み出します。 この性質の結果、支配的な偏微分方程式は大幅に単純化され、通常の方程式に変換することができます。 これらの解はアトラクターとして機能し、より一般的な解の漸近的ダイナミクスを特徴付けます。 自己相似性が部分的にしか実現されない状況も存在し、その場合、運動学的自己相似解が生じます。 本研究は、バルク粘性流が存在する最も一般的な球対称時空に対応する運動学的自己相似解の体系的な分類を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Binet's equation provides a direct way to obtain the geometric shape of orbits in a central force field. It is well known that in Newtonian gravitation Binet's equation leads to all the conic curves as solutions for an inverse-square force. In this work, we show how Binet's equation arises from the horizontal and vertical infinitesimal displacements of a body in free fall and in inertial motion. This derivation uses elementary concepts of infinitesimal calculus. Second, we derive the relativistic version of Binet's equation for the Schwarzschild-(anti-)de Sitter metric. This derivation, which is novel, directly relates the coordinates involved in Binet's equation without the need to introduce potentials or the use of Killing vectors. Finally, we tackle some controversies related to the role of the cosmological constant in the trajectory of photons in a Schwarzschild-(anti-)de Sitter or even in Reissner-Nordström-(anti-)de Sitter spacetimes. | ビネ方程式は、中心力場における軌道の幾何学的形状を直接的に求める方法を提供する。 ニュートン力学において、ビネ方程式は反二乗力の解としてすべての円錐曲線を導くことはよく知られている。 本研究では、自由落下および慣性運動中の物体の水平方向および垂直方向の微小変位から、ビネ方程式がどのように生じるかを示す。 この導出には、微小微積分学の基本概念を用いる。 次に、シュワルツシルト-（反）ド・ジッター計量に対するビネ方程式の相対論的バージョンを導出する。 この導出は斬新であり、ポテンシャルの導入やキリングベクトルの使用を必要とせずに、ビネ方程式に含まれる座標を直接的に関連付ける。 最後に、シュワルツシルト-(反)ド・ジッター時空、さらにはライスナー-ノルドストローム-(反)ド・ジッター時空における光子の軌道における宇宙定数の役割に関連するいくつかの論争に取り組みます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| It has been suggested that spinning wormholes may mimic Kerr black holes in astronomical sources such as X-ray binaries and supermassive compact objects in centers of galaxies. With recent advances in instrumentation this could be tested if clear differences between wormhole and black hole accretion were identified. We aim to quantitatively determine the extent to which the orbital properties of test particles in the gravity of a spinning wormhole may differ from those of a Kerr black hole. We seek to find an observable related to disk accretion that would be clearly different for Kerr black holes and Kerr-like wormholes. We use the standard Lagrangian approach to derive the orbital properties of test particles from an effective potential. We use standard thin disk theory to infer the disk surface temperature. We find that at a given circumferential radius the physical quantities relating to circular orbits in the equatorial plane are exactly the same for the spinning wormhole and a black hole of the same mass and angular momentum, if only the two space-time metrics differ in the g_rr component alone. However, for a wormhole there are no orbits of radius less than that of its throat. Non-circular orbits, bound or unbound, are affected by the radial distance function; in particular, the angle of apsidal precession in Kerr-like wormholes will differ from that in Kerr black holes. A Kerr-like wormhole is a perfect black hole mimicker in relation to the orbital properties in the equatorial plane. The angular velocity, specific energy, specific angular momentum, and Lense-Thirring precession rate are the same for a Kerr black hole and a Kerr-like wormhole in circular orbits of the same circumference. We find that the area of the (geometrically thin) accretion disk is different, and this yields a visibly suppressed disk temperature for traversable wormholes with a sufficiently wide throat. | 回転するワームホールは、X線連星や銀河中心の超大質量コンパクト天体などの天体源におけるカーブラックホールを模倣する可能性があると示唆されている。 近年の計測機器の進歩により、ワームホールとブラックホールの集積に明確な違いが特定されれば、この可能性を検証できる可能性がある。 我々は、回転するワームホールの重力下におけるテスト粒子の軌道特性が、カーブラックホールの軌道特性とどの程度異なるかを定量的に決定することを目指している。 我々は、カーブラックホールとカー型ワームホールで明確に異なる、ディスク集積に関連する観測量を見つけようとしている。 テスト粒子の軌道特性は、有効ポテンシャルから標準的なラグランジアン手法を用いて導出する。 ディスク表面温度は、標準的な薄ディスク理論を用いて推定する。 与えられた円周半径において、赤道面内の円軌道に関連する物理量は、2 つの時空間メトリックの g_rr 成分のみが異なる場合、回転ワームホールと質量および角運動量が同じブラックホールでまったく同じであることがわかります。 ただし、ワームホールの場合、そのスロートよりも半径が小さい軌道は存在しません。 非円軌道 (境界ありまたはなし) は、動径距離関数によって影響を受けます。 特に、カー型ワームホールの遠位歳差運動の角度は、カー ブラックホールの場合とは異なります。 カー型ワームホールは、赤道面内の軌道特性に関して、ブラックホールを完全に模倣したものです。 同じ円周の円軌道にあるカー ブラックホールとカー型ワームホールでは、角速度、比エネルギー、比角運動量、およびレンズ・サーリング歳差運動率は同じです。 （幾何学的に薄い）降着円盤の面積が異なり、これにより十分に広い喉部を持つ通過可能なワームホールの円盤温度が目に見えて抑制されることがわかりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Vortons are of interest in high-energy physics as possible dark matter candidates and as probes of Grand Unified Theories. Using the recently derived weak-field metric for a chiral vorton, we study the dynamics of test particles by analyzing both timelike and null geodesics. We identify several classes of trajectories, including bound precessing orbits, circular orbits, toroidal, and crown-type oscillations, as well as unbound scattering paths. Poincare surfaces of section reveal transitions between regular and chaotic motions that depend sensitively on the vorton tension $Gμ$ and initial conditions. We further compute the Lense-Thirring and general spin-precession frequencies for gyroscopes along Killing trajectories. The resulting precession profiles exhibit several distinct features not present in Kerr black holes but reminiscent of Kerr naked singularities, such as: divergences near the ring core, and multi-minima structures. These dynamical and precessional signatures may offer potential observational pathways for detecting vortons. | ヴォルトン粒子は、高エネルギー物理学において、暗黒物質の候補として、また大統一理論の探究対象として注目されている。 カイラルヴォルトン粒子の最近導出された弱場計量を用いて、時間的測地線とヌル測地線の両方を解析することにより、テスト粒子のダイナミクスを研究する。 束縛歳差運動軌道、円軌道、トロイダル振動、クラウン型振動、非束縛散乱経路など、いくつかの軌道クラスを同定する。 ポアンカレ面は、ヴォルトン張力 $Gμ$ と初期条件に敏感に依存する規則運動とカオス運動の間の遷移を明らかにする。 さらに、キリング軌道に沿ったジャイロスコープのレンズ・サーリング運動と一般スピン歳差運動周波数を計算する。 結果として得られた歳差運動プロファイルは、カーブラックホールには見られないが、カー裸特異点を彷彿とさせるいくつかの明確な特徴、例えばリングコア近傍の発散や多重極小構造などを示す。 これらの力学的および歳差運動の特徴は、ボルトンを検出するための潜在的な観測経路を提供する可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Primordial black holes (PBHs) provide a unique probe of the early Universe. Their cosmological evolution is governed by the competition between mass accretion and Hawking evaporation. In this paper we look into the details impact of accretion. Most of the earlier analysis relied on non-relativistic accretion models. In this work, we reinvestigate this in a fully relativistic framework for Kerr PBHs in the radiation-dominated era. We derive relativistic accretion rate and compute spin-dependent efficiency $λ_{\text{Kerr}}(a_*)$. Using this result, we construct coupled evolution equations for the PBH mass and spin that include both relativistic accretion and spin-dependent evaporation. Our analysis shows that relativistic accretion significantly increases PBH masses and consequently suppresses their spins, causing all PBHs to become effectively Schwarzschild well before evaporation. These effects strengthen the Big Bang Nucleosynthesis (BBN) bound on the initial PBH mass by a factor of $\sim 4$--$5$, reduce the mass required for survival to the present epoch to $\sim 2.7\times 10^{14}\,\mathrm{g}$, and shift the viable particle like DM parameter space. Notably the early accretion induced spin-down effect further washes out the well known high-frequency, spin-induced feature in the high frequency stochastic gravitational-wave background, modifying predictions for future detectors. | 原始ブラックホール（PBH）は初期宇宙を探る唯一の探査手段となる。 その宇宙論的進化は、質量降着とホーキング蒸発の競合によって支配されている。 本稿では、降着の影響を詳細に検証する。 これまでの解析の多くは、非相対論的降着モデルに基づいていた。 本研究では、放射線優勢時代のカーPBHについて、完全に相対論的な枠組みでこれを再検証する。 相対論的降着率を導出し、スピン依存効率$λ_{\text{Kerr}}(a_*)$を計算する。 この結果を用いて、相対論的降着とスピン依存蒸発の両方を含むPBHの質量とスピンの結合発展方程式を構築する。 解析の結果、相対論的降着はPBHの質量を大幅に増加させ、その結果スピンを抑制し、すべてのPBHが蒸発前に実質的にシュワルツシルト状態になることが示された。 これらの効果は、ビッグバン元素合成（BBN）による初期PBH質量の上限を$\sim 4～$5$倍に強化し、現在まで生存するために必要な質量を$\sim 2.7\times 10^{14}\,\mathrm{g}$に減少させ、生存可能な粒子のようなDMパラメータ空間をシフトさせます。 特に、初期降着によって誘発されたスピンダウン効果は、高周波確率的重力波背景放射におけるよく知られた高周波スピン誘起特性をさらに消し去り、将来の検出器の予測を修正します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the impact of a finite temperature environment on the Hawking radiation from black holes (BHs), with particular focus on Kerr BHs immersed in a cosmological thermal bath. The emitted particles from BHs interact with the thermal background and thermalize, leading to a modification in the Hawking radiation spectrum. By employing the methods of Thermofield Dynamics (TFD), a real time formalism of thermal quantum field theory, we derive the modified occupation numbers of the Hawking spectrum for asymptotically flat spacetimes like the Schwarzschild and the Kerr geometries. These corrections depend on the interplay between the BH temperature and the ambient bath temperature. We apply this formalism in the early universe reheating background scenario arising after inflation and demonstrate that the thermal correction to Hawking spectrum enhances the evaporation rate of primordial black holes (PBHs). As a result, the lifetime of PBH shortens compared to the zero temperature vacuum and leads to interesting cosmological consequences. | 我々は有限温度環境がブラックホール（BH）からのホーキング放射に与える影響を、特に宇宙論的熱浴に浸漬されたカーブラックホールに焦点を当てて調査する。 BHから放出された粒子は熱背景と相互作用して熱化し、ホーキング放射スペクトルの修正をもたらす。 熱量子場理論のリアルタイム形式である熱場力学（TFD）の手法を用いることで、シュワルツシルト幾何やカー幾何のような漸近平坦時空におけるホーキングスペクトルの修正占有数を導出する。 これらの補正は、BH温度と周囲の熱浴温度の相互作用に依存する。 我々はこの形式をインフレーション後に生じる初期宇宙再加熱背景シナリオに適用し、ホーキングスペクトルへの熱補正が原始ブラックホール（PBH）の蒸発率を高めることを実証する。 その結果、PBHの寿命は零温度真空に比べて短くなり、興味深い宇宙論的帰結をもたらす。 |
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| The ringdown phase of a perturbed black hole is conventionally described by a linear superposition of quasinormal modes. However, as the AdS black brane approaches its final global equilibrium, this linear quasinormal mode description becomes inadequate, and nonlinear dynamics play a significant role in the late-stage evolution. We show that the interplay between nonlinear evolution and horizon dissipation in general relativity drives dynamical AdS black branes towards the final state along a unique path, independent of their initial perturbations. Through numerical simulations, we identify this late-time attractor and uncover the associated universal nonlinear behavior, characterized by a simple dimensionless relative amplitude in the dual hydrodynamic variables. | 摂動を受けたブラックホールのリングダウン段階は、従来、準正規モードの線形重ね合わせによって記述される。 しかし、AdSブラックブレーンが最終的な大域平衡に近づくにつれて、この線形準正規モードの記述は不十分となり、後期段階の進化において非線形ダイナミクスが重要な役割を果たすようになる。 我々は、一般相対論における非線形進化と地平線散逸の相互作用が、初期摂動とは独立に、動的AdSブラックブレーンを唯一の経路に沿って最終状態へと駆動することを示す。 数値シミュレーションを通じて、この後期アトラクターを特定し、関連する普遍的な非線形挙動を明らかにする。 この挙動は、双対流体力学的変数における単純な無次元相対振幅によって特徴付けられる。 |
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| In our previous work [Phys. Rev. D {\bf 105}. 124022 (2022)], we studied the impact of eccentricity on gravitational-wave parameter estimation for a nonspinning binary neutron star (BNS) system. We here extend the work to a more realistic case by including the spin parameter in the system. As in the previous work, we employ the analytic Fisher-Cutler-Vallisneri method to calculate the systematic bias that can be produced by using noneccentric waveforms in parameter estimation, and we verify the reliability of the method by comparing it with numerical Bayesian parameter estimation results. We generate $10^4$ BNS sources randomly distributed in the parameter space $m_1$-$m_2$-$χ_{\rm eff}$-$e_0$, where the nuetron star mass is in the range of $1 M_\odot \leq m_{1,2}\leq 2M_\odot (m_2 \leq m_1)$, the effective spin is $-0.2 \leq χ_{\rm eff} \leq0 .2$, and the eccentricity (at the reference frequency 10 Hz) is $0 \leq e_0 \leq 0.024$. For the true value of the tidal deformability ($λ$) of neutron stars, we assume the equation of state model APR4. For all gravitational-wave signals emitted from the sources, we calculate the systematic biases ($Δθ$) for the chirp mass ($M_c$), symmetric mass ratio ($η$), effective spin ($χ_{\rm eff}$), and effective tidal deformability ($\tildeλ$), and obtain generalized distributions of the biases. The distribution of biases in $M_c, η$, and $χ_{\rm eff}$ shows narrow bands that increase or decrease quadratically with increasing $e_0$, indicating a weak dependence of biases on the three parameters. On the other hand, the biases of $\tildeλ$ are widely distributed depending on the values of the mass and spin parameters at a given $e_0$. We investigate the implications of biased parameters for the inference of neutron star properties by performing Bayesian parameter estimation for specific cases. | 前回の研究[Phys. Rev. D {\bf 105}. 124022 (2022)]では、非自転連星中性子星（BNS）系の重力波パラメータ推定における離心率の影響について検討した。 今回は、系にスピンパラメータを含めることで、この研究をより現実的なケースに拡張する。 前回の研究と同様に、解析的なFisher-Cutler-Vallisneri法を用いて、パラメータ推定において非離心率波形を用いることで生じる系統的バイアスを計算し、数値ベイズ法によるパラメータ推定結果と比較することで、この方法の信頼性を検証する。 パラメータ空間$m_1$-$m_2$-$χ_{\rm eff}$-$e_0$にランダムに分布する$10^4$個のBNS源を生成する。 ここで、中性子星の質量は$1 M_\odot \leq m_{1,2}\leq 2M_\odot (m_2 \leq m_1)$の範囲にあり、実効スピンは$-0.2 \leq χ_{\rm eff} \leq0 .2$、離心率（基準周波数10 Hzにおける）は$0 \leq e_0 \leq 0.024$である。 中性子星の潮汐変形能（$λ$）の真値については、状態方程式モデルAPR4を仮定する。 源から放射される全ての重力波信号について、チャープ質量（$M_c$）、対称質量比（$η$）、有効スピン（$χ_{\rm eff}$）、有効潮汐変形能（$\tildeλ$）の系統的バイアス（$Δθ$）を計算し、バイアスの一般化分布を得る。 $M_c、η$、$χ_{\rm eff}$のバイアス分布は、$e_0$の増加に対して2乗的に増加または減少する狭い帯を示し、バイアスが3つのパラメータに弱い依存性を持つことを示している。 一方、$\tildeλ$のバイアスは、与えられた$e_0$における質量パラメータとスピンパラメータの値に依存して広く分布する。 我々は、特定のケースに対してベイズパラメータ推定を行うことで、バイアスパラメータが中性子星特性の推定に与える影響を調査する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| By applying Noether symmetry methods, analytic solutions are obtained for a generalized Einstein-scalar-Gauss-Bonnet model with a $ξ(φ)f(G)$ component. Variation with respect to the metric, supplemented by small perturbations, produces the equations of motion and the terms that determine the propagation speed of tensor perturbations. The resulting Hubble parameter incorporates contributions from stiff matter and dark energy, the last originating from a scalar field non-minimally coupled to the Gauss-Bonnet invariant. The viability of the model is assessed by using Cosmic Chronometers, Baryon Acoustic Oscillations, and type Ia supernovae data. Best model selection based on information criteria indicates a slight preference for this new framework over the $Λ$ Cold Dark Matter model. Stability of the model follows from the positive speed of sound and absence of ``Ostrogradsky ghosts''. The total equation of state parameter hints towards the presence of a transition from decelerated to accelerated expansion at $z\approx 0.66$, corresponding to the transition from matter to dark energy dominance. Early Universe dynamics, derived from the slow-roll parameters, spectral indices, and the tensor-to-scalar ratio, are found to be perfectly consistent with observations from Planck 2018 and the Atacama Cosmology Telescope. | ノイザー対称性法を適用することで、$ξ(φ)f(G)$ 成分を持つ一般化アインシュタイン・スカラー・ガウス・ボネモデルの解析解が得られる。 計量に関する変分は、微小摂動によって補完され、運動方程式とテンソル摂動の伝播速度を決定する項を生成する。 結果として得られるハッブルパラメータは、剛体物質と暗黒エネルギーの寄与を組み込んでおり、暗黒エネルギーはガウス・ボネ不変量と非最小結合したスカラー場から生じる。 このモデルの実現可能性は、宇宙クロノメータ、重粒子音響振動、およびIa型超新星データを用いて評価される。 情報基準に基づく最良のモデル選択は、この新しい枠組みが$Λ$冷暗黒物質モデルよりもわずかに優れていることを示している。 このモデルの安定性は、正の音速と「オストログラツキーゴースト」の不在から導かれる。 全状態方程式パラメータは、$z\approx 0.66$ において減速膨張から加速膨張への遷移が存在することを示唆しており、これは物質エネルギー優位から暗黒エネルギー優位への移行に対応しています。 スローロールパラメータ、スペクトル指数、テンソル・スカラー比から導かれた初期宇宙のダイナミクスは、プランク2018およびアタカマ宇宙論望遠鏡の観測結果と完全に一致することが分かりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Newtonian limit of Newton-Cartan gravity relies crucially on the Lie-algebraic central extension to the Galilean algebra, namely the Bargmann algebra. Lie-algebraic central extensions naturally generalise to $L_\infty$-algebraic central extensions, which in turn classify branes in superstring theory via the brane bouquet. This paper classifies all $L_\infty$-algebraic central extensions of all kinematical Lie algebras that do not depend on the spatial rotation generators as well as all iterated central extensions thereof (for codimensions $\le3$). The Bargmann central extension of the Galilean algebra then appears as merely one term in a sequence of $L_\infty$-algebraic central extensions in each degree; a similar situation obtains for the Newton-Hooke algebra and the static algebra, but not for the Carrollian algebra nor those kinematical Lie algebras that are not Wigner-İnönü deformations of a simple algebra. The sequence of $L_\infty$-algebraic central extensions in each degree then corresponds to a tower of $p$-form fields. After imposing conventional constraints, the zero-form field provides absolute time, and the higher-form fields are certain wedge products of the field strengths of the one-form (Bargmann) gravitational field. These then provide natural $(p-1)$-brane couplings to the corresponding non-Lorentzian gravities, which are found to produce velocity-dependent gravitational effects in the presence of torsion. The $L_\infty$-algebraic cocycles also provide Wess-Zumino-Witten terms for the $(p-1)$-brane action, which require the introduction of doubled spatial coordinates that are reminiscent of double field theory, but which (in some cases at least, and given appropriate kinetic terms) do not result in doubled physics. | ニュートン-カルタン重力のニュートン極限は、ガリレイ代数へのリー代数中心拡大、すなわちバーグマン代数に決定的に依存している。 リー代数中心拡大は自然に$L_\infty$-代数中心拡大へと一般化され、これがブレーンブーケを介して超弦理論におけるブレーンを分類する。 本論文では、空間回転生成子に依存しないすべての運動学的リー代数のすべての$L_\infty$-代数中心拡大と、それらのすべての反復中心拡大（余次元$\le3$の場合）を分類する。 ガリレイ代数のバーグマン中心拡大は、各次数の$L_\infty$-代数中心拡大の列における単なる1つの項として現れる。 同様の状況はニュートン-フック代数と静的代数にも当てはまるが、キャロル代数や、単純代数のウィグナー-イノニュ変形ではない運動学的リー代数には当てはまらない。 各次数における $L_\infty$-代数中心拡大の列は、$p$-形式場の塔に対応する。 慣例的な制約を課した後、零形式場は絶対時間を与え、高次形式場は一形式（バルクマン）重力場の場の強度の特定のウェッジ積となる。 これらは、対応する非ローレンツ重力に自然な $(p-1)$-ブレーン結合を与え、ねじれが存在する場合に速度依存の重力効果を生み出すことが分かっている。 $L_\infty$-代数コサイクルは、$(p-1)$-ブレーン作用に対する Wess-Zumino-Witten 項も提供します。 これは、二重場理論を彷彿とさせる二重空間座標の導入を必要としますが、(少なくとも場合によっては、適切な運動項が与えられれば) 二重の物理にはつながりません。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We apply a finite-time geometric optimization framework to investigate thermal fluctuations and (non)equilibrium optimal processes in the $(2+1)$-dimensional BTZ black hole. Employing Hessian thermodynamic information metrics, we construct geodesic trajectories that define optimal protocols connecting distinct thermodynamic configurations. Finite-time state transitions are described by paths that extremize entropy production or energy dissipation, depending on the chosen thermodynamic representation. This work presents the first formulation of a geometric optimal control theory for the BTZ black hole. | 有限時間幾何最適化フレームワークを用いて、(2+1)次元BTZブラックホールにおける熱揺らぎと（非）平衡最適過程を調査する。 ヘッセ行列の熱力学的情報メトリクスを用いて、異なる熱力学的構成を繋ぐ最適プロトコルを定義する測地線軌道を構築する。 有限時間状態遷移は、選択された熱力学的表現に応じて、エントロピー生成またはエネルギー散逸を極限まで高める経路によって記述される。 本研究は、BTZブラックホールに対する幾何最適制御理論の初めての定式化を提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| A number of recent papers have claimed to construct solutions of Einstein's equations describing black holes surrounded by dark-matter halos with empirically motivated density profiles such as the Navarro-Frenk-White, Burkert, Einasto, pseudo-isothermal, and solitonic distributions. We show that the approach used to obtain many of these metrics generically does not lead to the correct solutions to the Einstein equations for the matter sources they purport to represent. This issue originates from applying the Newtonian relation between the tangential velocity and the enclosed mass directly within a relativistic framework, followed by the ad hoc assumption $g(r)=f(r)$ for the metric functions. This procedure leads to an anisotropic fluid with $P_r=-ρ$ and $P_t=-rρ'/2-ρ$, whose density differs from the claimed halo profile and often becomes non-physical near the horizon, violating the weak energy condition. As a result, the obtained spacetimes do not describe black holes embedded in known galactic halos but rather distinct anisotropic configurations unrelated to the intended matter distribution. We demonstrate this problem on several representative examples from the literature, including metrics based on the NFW, Burkert, Einasto, solitonic, pseudo-isothermal, and Dehnen-(1,4,5/2) profiles, as well as the case of the NGC~4649 halo. For each case, the correct Einstein-consistent form of the metric and the associated physical interpretation are provided. Our analysis clarifies the limits of validity of the Newtonian approximation near compact objects and establishes a consistent framework for constructing dark-matter-inspired black-hole geometries within General Relativity. | 近年の多くの論文では、ナバロ・フレンク・ホワイト分布、ビュルケルト分布、アイナスト分布、擬等温分布、ソリトン分布といった経験的に導かれた密度プロファイルを持つ暗黒物質ハローに囲まれたブラックホールを記述するアインシュタイン方程式の解を構築できると主張している。 我々は、これらのメトリクスの多くを得るために用いられるアプローチが、それらが表そうとする物質源に対するアインシュタイン方程式の正しい解を一般的には導かないことを示す。 この問題は、接線速度と囲まれた質量との間のニュートン力学関係を相対論的枠組みに直接適用し、メトリクス関数に対してアドホックな仮定$g(r)=f(r)$を適用したことに起因している。 この手順は、$P_r=-ρ$および$P_t=-rρ'/2-ρ$を有する異方性流体につながり、その密度は主張されているハロープロファイルとは異なり、地平線付近ではしばしば非物理的となり、弱エネルギー条件に違反する。 その結果、得られた時空は、既知の銀河ハローに埋め込まれたブラックホールを記述するものではなく、意図された物質分布とは無関係な明確な異方性構成を記述するものである。 我々はこの問題を、文献から抽出したNFW、Burkert、Einasto、ソリトン、擬等温、およびDehnen-(1,4,5/2)プロファイルに基づく計量、ならびにNGC~4649ハローの事例を含むいくつかの代表的な例を用いて実証する。 各事例について、正しいアインシュタイン整合的な計量形式と関連する物理的解釈が提供される。 我々の解析は、コンパクト天体近傍におけるニュートン近似の妥当性の限界を明らかにし、一般相対性理論の範囲内で暗黒物質に着想を得たブラックホール形状を構築するための一貫した枠組みを確立する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove the Angular Momentum Penrose Inequality for axisymmetric vacuum initial data satisfying the dominant energy condition. This inequality establishes a sharp lower bound on the ADM mass in terms of both the horizon area and the Komar angular momentum of a black hole, with equality achieved precisely by the Kerr solution. The proof combines four main ingredients: solving an axisymmetric Jang equation where twist enters as a lower-order perturbation, establishing conformal factor bounds via a divergence identity, proving angular momentum conservation along level sets using de Rham cohomology, and applying the proven Dain-Reiris area-angular momentum inequality for sub-extremality. The monotonicity of a combined area-angular momentum functional along the Agostiniani-Mazzieri-Oronzio flow yields the result. This provides the first geometric inequality incorporating both horizon area and angular momentum, with implications for cosmic censorship, black hole thermodynamics, and gravitational wave observations of spinning black holes. | 支配的なエネルギー条件を満たす軸対称真空初期データに対する角運動量ペンローズ不等式を証明する。 この不等式は、ブラックホールの地平面積とコマー角運動量の両方に関して、ADM質量の明確な下限を確立し、この等式はカー解によって正確に達成される。 証明は4つの主要な要素、すなわち、ねじれが低次の摂動として作用する軸対称ジャン方程式を解くこと、発散恒等式を介して共形因子の境界を確立すること、ド・ラームコホモロジーを用いて準集合に沿った角運動量保存を証明すること、そして証明済みのデイン・レイリス面積-角運動量不等式を部分極値に適用すること、を組み合わせている。 アゴスティニアニ-マッツィエリ-オロンツィオフローに沿った面積-角運動量関数の単調性から、この結果が得られる。 これにより、地平線面積と角運動量の両方を組み込んだ初めての幾何学的不等式が提供され、宇宙検閲、ブラックホールの熱力学、回転するブラックホールの重力波観測に影響を及ぼします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a first-order formulation of the field equations in f(R) gravity governing the global evolution of a (possibly massive) scalar field under spherical symmetry. Our formulation allows us to pose the characteristic initial value problem and to establish several properties of solutions. More precisely, we work in generalized Bondi-Sachs coordinates and prescribe initial data on an asymptotically Euclidean, future light cone with vertex at the center of symmetry, and we identify the precise regularity conditions required at the center. Following and extending Christodoulou's approach to the Einstein-massless scalar-field system, we recast the f(R) field equations as an integro-differential system of two coupled, first-order, nonlocal, nonlinear hyperbolic equations, whose principal unknowns are the scalar field and the spacetime scalar curvature. In deriving this reduced two-equation system, we identify the regularity conditions at the center of symmetry and impose natural assumptions on the scalar-field potential and on the function f(R) governing the gravitational Lagrangian density. As an application, we prove the monotonicity of the Hawking mass in this setting and formally analyze the singular limit in which the integrand f(R) of the action approaches R, corresponding to the Einstein-Hilbert action. Hence, the formulation isolates the essential evolution and constraint content on the future domain of dependence of two null hypersurfaces and is designed to facilitate subsequent advances in geometric analysis and robust numerical simulations of spherical collapse in modified gravity. | 我々は、球対称性の下での（おそらく質量を持つ）スカラー場の大域的発展を支配するf(R)重力場の方程式の一次定式化を展開する。 この定式化により、特性初期値問題を提起し、解のいくつかの特性を確立することができる。 より正確には、一般化ボンディ・サックス座標系を用いて、対称中心に頂点を持つ漸近ユークリッド未来光円錐の初期データを与え、中心で必要とされる正確な正則性条件を特定する。 Christodoulouのアインシュタイン零質量スカラー場系へのアプローチを踏襲・拡張し、f(R)場の方程式を、スカラー場と時空スカラー曲率を主未知数とする、結合した2つの一次非局所非線形双曲型方程式の積分微分系として書き直す。 この縮約された二方程式系を導出するにあたり、対称中心における正則性条件を特定し、スカラー場ポテンシャルと重力ラグランジアン密度を支配する関数f(R)に自然な仮定を課す。 応用として、この設定におけるホーキング質量の単調性を証明し、作用の積分関数f(R)がRに近づく特異極限（アインシュタイン-ヒルベルト作用に対応する）を形式的に解析する。 したがって、この定式化は、本質的な発展と制約内容を2つのヌル超曲面の将来の従属領域に分離し、幾何学的解析の今後の進歩と、修正重力における球面崩壊のロバストな数値シミュレーションを促進するように設計されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study perturbations of Schwarzschild-de Sitter black holes in semi-open systems by using the Heun functions. For the semi-open system, a partially reflective wall is added around the event horizon. Three aspects of this model are investigated, namely the quasinormal mode (QNM) spectra, the greybody factor (GF), and the exceptional point (EP). For the QNM aspect, we identify three distinct behaviors as the frequency-independent reflectivity $\mathcal{K}$ increasing. The first-type modes approach the real axis and form long-lived quasi-bound states. The second-type modes move toward but do not reach the real axis and retain a finite decay rate. The third-type modes eventually lie on the imaginary axis becoming purely decaying modes. For the GF aspect, GFs exhibit strong oscillations controlled by the distance between the potential and the reflective wall with a real constant reflectivity. In contrast, a Boltzmann-type reflectivity produces only small corrections. Finally, by promoting $\mathcal{K}$ to a complex parameter, the modified boundary conditions give rise to a second-order EP. Parameterizing the vicinity of such EP, we observe the mode exchange phenomenon, and the deviation of spectra scale with the square root of the deviation of the parameter, as predicted by a Puiseux series expansion. | 我々は、ホイン関数を用いて半開放系におけるシュワルツシルト・ド・ジッター・ブラックホールの摂動を研究する。 半開放系では、事象の地平線の周りに部分反射壁が追加される。 このモデルの3つの側面、すなわち準正常モード（QNM）スペクトル、灰色体因子（GF）、および例外点（EP）が調査される。 QNMの側面では、周波数に依存しない反射率$\mathcal{K}$が増加するにつれて、3つの異なる挙動が特定される。 第1タイプのモードは実軸に近づき、長寿命の準束縛状態を形成する。 第2タイプのモードは実軸に向かって移動するが、実軸には到達せず、有限の減衰率を維持する。 第3タイプのモードは最終的に虚軸上にあり、純粋に減衰するモードになる。 GFの側面では、GFは、ポテンシャルと実定数反射率を持つ反射壁との間の距離によって制御される強い振動を示す。 対照的に、ボルツマン型反射率は小さな補正しか生成しない。 最後に、$\mathcal{K}$ を複素パラメータに昇格させることで、修正された境界条件から2次のEPが得られる。 このようなEPの近傍をパラメータ化すると、モード交換現象が観察され、スペクトルの偏差はPuiseux級数展開から予測されるように、パラメータの偏差の平方根に比例する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We extend recent discussions on generalization of the Connected Wedge Theorem about $2$-to-$2$ holographic scattering problem to $n$-to-$n$ scatterings ($n>2$). In this broader setting, our theorem provides a weaker necessary condition for the connectedness of boundary entanglement wedges than previously identified. Besides, we prove a novel sufficient condition for this connectedness. We also present a analysis of the criteria ensuring a non-empty entanglement wedge intersection region $\mathcal{S}_E$. These results refine the holographic dictionary between geometric connectivity and quantum entanglement for general multi-particle scattering. | 我々は、2対2のホログラフィック散乱問題に関する連結ウェッジ定理の一般化に関する最近の議論を、n対n散乱（n>2）への拡張する。 このより広い設定において、我々の定理は、境界エンタングルメントウェッジの連結性に関して、これまで同定されていたよりも弱い必要条件を与える。 さらに、この連結性に関する新たな十分条件を証明する。 また、空でないエンタングルメントウェッジ交差領域$\mathcal{S}_E$を保証する基準の解析も示す。 これらの結果は、一般的な多粒子散乱における幾何学的連結性と量子エンタングルメントとの間のホログラフィック辞書を洗練させるものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| With regard to the observed dark matter density profile in galaxies and clusters, the scalar dark matter scenario has been previously studied for potential detectability through gravitational wave observations at measurable signal-to-noise ratios. In the present study, we consider the case of dark matter described by a massive vector field, also referred to as the Proca field. The density profile in the vicinity of the black hole is explicitly constructed for a broad range of dark matter mass, $μ\sim 10^{-10}-10^{-15}{\mathrm eV}$, which allows it to exhibit both particle and wave-like characteristics. While in the particle regime, the computation of the DM density distribution is analytically tractable, we find it convenient to compute the same numerically in the wave regime. Nevertheless, in the outer region, the surrounding dark matter is assumed to follow a broken power-law distribution, represented by a Navarro-Frenk-White (NFW) profile with a central spike. For the purpose of investigating the detectability of the vector dark matter in the gravitational wave spectrum, we have modelled a stellar-mass black hole ($1M_{\odot}$) inspiralling into a Schwarzschild black hole of mass $10^4M_{\odot}$ within such a vector dark matter environment. With this setup, we analyzed the dephasing in the gravitational wave strain induced by vector dark matter and performed a Fisher forecast for upcoming LISA observations, with particular emphasis on the distinctive features in both the particle and wave regimes of the dark matter. Additionally, most of the important results have been compared with the scalar dark matter case. | 銀河や銀河団で観測されている暗黒物質の密度プロファイルに関しては、スカラー暗黒物質シナリオが、測定可能な信号対雑音比での重力波観測による潜在的な検出可能性についてこれまで研究されてきました。 本研究では、プロカ場とも呼ばれる大質量ベクトル場によって記述される暗黒物質のケースを検討します。 ブラックホール近傍の密度プロファイルは、暗黒物質質量の広い範囲、$μ\sim 10^{-10}-10^{-15}{\mathrm eV}$ に対して明示的に構築されており、粒子と波の両方の特性を示すことができます。 粒子領域では暗黒物質密度分布の計算は解析的に扱いやすいですが、波動領域では同じことを数値的に計算する方が便利であることがわかりました。 しかしながら、外側の領域では、周囲の暗黒物質は中央にスパイクを持つナバロ・フレンク・ホワイト (NFW) プロファイルで表される、破れたべき乗則分布に従うと仮定されます。 重力波スペクトルにおけるベクトル暗黒物質の検出可能性を調査するため、ベクトル暗黒物質環境下において、質量$10^4M_{\odot}$のシュワルツシルトブラックホールに渦巻き込む恒星質量ブラックホール（$1M_{\odot}$）をモデル化した。 この設定を用いて、ベクトル暗黒物質によって引き起こされる重力波歪みの位相ずれを解析し、今後のLISA観測に向けたフィッシャー予測を行った。 特に、暗黒物質の粒子状態と波動状態の両方における特徴的な性質に重点を置いた。 さらに、重要な結果のほとんどをスカラー暗黒物質の場合と比較した。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate synchrotron emission and the observational signatures of anisotropic non-thermal electrons during magnetic-flux eruptions in a magnetically arrested disk, using 3D GRMHD simulations. Non-thermal electrons are assumed to be energized from the thermal background through magnetic reconnection, with pitch-angle distributions modeled as beamed or loss-cone types, alongside an isotropic case for comparison. The results show that non-thermal emission can produce pronounced flux outbursts and localized brightening during eruptions, while the associated increase in optical depth can suppress the linear polarization fraction. Introducing pitch-angle anisotropy further reshapes the angular distribution of the intrinsic emissivity and modulates its contribution to various observable signatures. Our results demonstrate that anisotropic non-thermal electrons are essential for a physically complete interpretation of black hole image variability. | 本研究では、3次元GRMHDシミュレーションを用いて、磁気的に停止した円盤における磁束噴出時のシンクロトロン放射と非熱的電子の観測的特徴を調査する。 非熱的電子は、磁気再結合を介して熱的背景から励起されると仮定し、ピッチ角分布はビーム型またはロスコーン型としてモデル化され、比較のために等方性の場合も示されている。 結果は、非熱的放射が噴出時に顕著な磁束爆発と局所的な増光を引き起こす可能性がある一方で、それに伴う光学的厚さの増加が直線偏光分率を抑制できることを示している。 ピッチ角異方性の導入により、固有放射率の角度分布がさらに変化し、様々な観測可能な特徴への寄与が調整される。 我々の研究結果は、非熱的電子の異方性がブラックホール像の変動の物理的に完全な解釈に不可欠であることを実証している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Rotating black holes can form dense boson clouds through superradiant instability, making Kerr black holes a powerful probe of ultralight massive bosons. Previous studies of black hole superradiance have often treated bosonic fields classically, leaving open questions about how particles are produced and how the clouds grow over time. In this work, we canonically quantize a massive scalar field around a Kerr black hole, providing a fully quantum description of black hole superradiance. We show that the evolution of the particle number in the cloud, as well as the energy and angular momentum of the scalar field, can be consistently explained within the standard framework of quantum field theory in curved spacetime. Furthermore, we prove that the growth of the cloud occurs independently of the choice of initial state. We also explore several phenomena related to a massive scalar field in a rotating black hole spacetime, including Hawking radiation, adiabatic backreaction on the black hole spin, and the direction of level transitions in the presence of self-interactions of the field. Our analysis provides a consistent quantum-mechanical perspective that includes all these phenomena. | 回転するブラックホールは超放射不安定性を通じて高密度のボソン雲を形成するため、カーブラックホールは超軽量質量ボソンの強力な探査機となる。 ブラックホール超放射に関するこれまでの研究では、ボソン場は古典的に扱われることが多く、粒子がどのように生成され、雲が時間とともにどのように成長するのかという疑問は未解決のままであった。 本研究では、カーブラックホール周囲の質量スカラー場を正準量子化し、ブラックホール超放射の完全な量子的記述を提供する。 我々は、雲内の粒子数、ならびにスカラー場のエネルギーと角運動量の発展が、曲がった時空における量子場の理論の標準的な枠組みの中で整合的に説明できることを示す。 さらに、雲の成長は初期状態の選択とは無関係に起こることを証明する。 また、回転するブラックホール時空における質量スカラー場に関連するいくつかの現象、例えばホーキング放射、ブラックホールスピンに対する断熱反作用、そして場の自己相互作用が存在する場合の準位遷移の方向についても探究する。 私たちの分析は、これらすべての現象を包含する一貫した量子力学的な観点を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate quantum corrections to the Randall-Sundrum (RS) model in the near-extremal black brane background with quantum corrections in the near-horizon. The near-horizon geometry is described by Jackiw-Teitelboim gravity, and the quantum fluctuations are governed by the Schwarzian action. We introduce the Schwarzian modes into the RS metric, derive the quantum-corrected equation for the Kaluza-Klein (KK) modes via the Schwinger-Dyson equation, calculate the correction to the KK mass spectrum, and discuss the impact of quantum corrections on the Goldberger-Wise mechanism. Our work introduces both quantum corrections and temperature into the RS model, providing insights into cosmology and phase transitions within it. | 我々は、近地平線における量子補正を考慮した、近極限ブラックブレーン背景におけるランドール・サンドラム（RS）模型への量子補正を調査する。 近地平線幾何学はジャッキーウ・タイテルボイム重力によって記述され、量子ゆらぎはシュワルツ作用によって支配される。 我々はRS計量にシュワルツモードを導入し、シュウィンガー・ダイソン方程式を用いてカルツァ・クライン（KK）モードの量子補正方程式を導出し、KK質量スペクトルへの補正を計算し、量子補正がゴールドバーガー・ワイズ機構に与える影響について議論する。 本研究は、RS模型に量子補正と温度の両方を導入することで、RS模型における宇宙論と相転移に関する知見を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Geometric confinement is known to modify single-particle dynamics through effective potentials, yet its imprint on the interacting quantum vacuum remains largely unexplored. In this work, we investigate the Maxwell--Klein--Gordon system constrained to curved surfaces and demonstrate that the geometric potential $Σ_{\mathrm{geom}}(\mathbf{r})$ acts as a local renormalization environment. We show that extrinsic curvature modifies the scalar loop spectrum, entering the vacuum polarization as a position-dependent mass correction $M^2(\mathbf{r}) \to m^2 + Σ_{\mathrm{geom}}(\mathbf{r})$. This induces a finite, gauge-invariant ``geometry-induced running'' of the electromagnetic response. In the long-wavelength regime ($|{\bf Q}|R \ll 1$), we derive a closed-form expression for the relative frequency shift $Δω/ω$, governed by the overlap between the electric energy density and the geometric potential. Applying this formalism to Gaussian bumps, cylindrical shells, and tori, we identify distinct spectral signatures that distinguish these quantum loop corrections from classical geometric optics. Our results suggest that spatial curvature can serve as a tunable knob for ``vacuum engineering,'' offering measurable shifts in high-$Q$ cavities and plasmonic systems. | 幾何学的閉じ込めは有効ポテンシャルを通じて単一粒子ダイナミクスを変化させることが知られているが、相互作用する量子真空への影響については未だほとんど解明されていない。 本研究では、曲面に拘束されたマクスウェル-クライン-ゴードン系を解析し、幾何学的ポテンシャル$Σ_{\mathrm{geom}}(\mathbf{r})$が局所繰り込み環境として作用することを示す。 外在曲率がスカラーループスペクトルを変化させ、位置依存の質量補正$M^2(\mathbf{r}) \to m^2 + Σ_{\mathrm{geom}}(\mathbf{r})$として真空分極に作用することを示す。 これにより、電磁応答の有限かつゲージ不変な「幾何学誘導実行」が引き起こされる。 長波長領域（$|{\bf Q}|R \ll 1$）において、電気エネルギー密度と幾何学的ポテンシャルの重なりによって支配される相対周波数シフト$Δω/ω$の閉形式の表現を導出した。 この形式論をガウスバンプ、円筒シェル、トーラスに適用することで、これらの量子ループ補正を古典的な幾何光学と区別する明確なスペクトルシグネチャを特定した。 我々の結果は、空間曲率が「真空工学」のための調整可能なノブとして機能し、高$Q$共振器やプラズモニックシステムにおいて測定可能なシフトをもたらすことを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study boundary structure of asymptotically AdS gravity and (gauge) fields defined on this background by employing the gauge PDE approach. The essential step of the construction is the incorporation of the boundary-defining function among the fields of the theory, which allows us to realise the asymptotic boundary as a space-time submanifold by employing the gauge PDE implementation of Penrose's concept of asymptotically-simple space. In so doing the gauge PDE describing the boundary structure is obtained by restricting to the boundary of spacetime and simultaneously restricting to the boundary of the field space by setting the boundary defining function to zero. To implement this step systematically we introduce a notion of $Q$-boundary which seems to be new. The main concrete result of this work is the construction of the efficient boundary calculus, which gives a recursive procedure to obtain the explicit form of the equations satisfied by the boundary fields and their gauge transformations for boundary dimension $d \geq 3$. These include obstruction equations (such as Bach equation or Yang-Mills equation for $d=4$) and generalised conservation equations in the subleading sector. In particular, we derive the explicit form of the higher conformal Yang-Mills equation for $d=8$. The approach is very general and, in principle, applies to generic (gauge) fields on the Einstein gravity background producing a conformally-invariant gauge theory on the boundary, which describes their boundary structure. It can be considered as an extension of the Fefferman-Graham construction that takes into account both the leading and the subleading sector of the bulk fields. | 我々は、ゲージPDEアプローチを用いて、この背景で定義された漸近的AdS重力場と（ゲージ）場の境界構造を研究する。 構築の本質的なステップは、理論の場の間に境界定義関数を組み込むことである。 これにより、ペンローズの漸近単純空間の概念のゲージPDE実装を用いて、漸近境界を時空部分多様体として実現することができる。 その際、境界構造を記述するゲージPDEは、時空の境界に制限し、同時に境界定義関数をゼロに設定して場の空間の境界に制限することによって得られる。 このステップを体系的に実装するために、我々は新しいと思われる$Q$境界の概念を導入する。 本研究の主な具体的な結果は、効率的な境界計算の構築である。 これは、境界次元$d \geq 3$に対して境界場とそのゲージ変換が満たす方程式の明示的な形を取得するための再帰的手順を与える。 これらには、妨害方程式（例えば、d=4の場合のバッハ方程式やヤン＝ミルズ方程式など）や、副リーディングセクターにおける一般化保存方程式が含まれる。 特に、d=8の場合の高次共形ヤン＝ミルズ方程式の明示的な形を導出する。 このアプローチは非常に汎用的であり、原理的にはアインシュタイン重力背景上の一般的な（ゲージ）場に適用でき、境界上に共形不変ゲージ理論を生成し、その境界構造を記述する。 これは、バルク場のリーディングセクターと副リーディングセクターの両方を考慮したフェッファーマン＝グラハム構成の拡張と考えることができる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit the global structure of the extended Kerr spacetime and of a broader class of Kerr-type spacetimes possessing ring singularities. By working with the elementary analytic extension (the union of the interior and exterior regions glued across the disk), we show that excising the ring singularity yields a domain that can be realised as a branched double cover of an exterior Kerr region. The branch locus is the ring itself, and the associated deck transformation defines a non-trivial $\mathbb{Z}_2$-action that exchanges the two sheets ($r>0$ and $r<0$) of the spacetime. We give a covering-space characterisation of this double-sheeted structure and show that admissible geodesics which cross the ring singularity implement the non-trivial deck transformation. In particular, we prove a parity-of-crossings property: any admissible geodesic that traverses an even number of ring singularities returns to its original sheet, while an odd number of traversals terminates on the opposite sheet. Generalising to $N$ disjoint ring singularities, we prove that the fundamental group of the excised manifold is the free group $F_N$ generated by simple loops around each ring, and we classify the associated double covers. Identifying the physically distinguished cover where every ring induces a sheet exchange, we extend the parity-of-crossings theorem to the multi-ring setting. We then formally extend these results to the maximal analytic extension (the infinite Carter--Penrose chain), proving that the sheet-exchange mechanism applies globally to this infinite structure. Finally, applying the Novikov self-consistency principle to this topological framework, we demonstrate that the requirement of global consistency restricts admissible histories to discrete sectors labelled by ring-crossing parities. | 拡張カー時空と、環特異点を持つより広いクラスのカー型時空の大域構造を再検討する。 基本的な解析的拡張（円板を挟んで接着された内部領域と外部領域の和）を用いて、環特異点を除去すると、外部カー領域の分岐二重被覆として実現できる領域が得られることを示す。 分岐軌跡は環そのものであり、関連するデッキ変換は、時空の2つのシート（$r>0$と$r<0$）を交換する非自明な$\mathbb{Z}_2$作用を定義する。 この二重シート構造の被覆空間特性を与え、環特異点を横切る許容測地線が非自明なデッキ変換を実現することを示す。 特に、我々はパリティ・オブ・クロッシングスの性質を証明する。 すなわち、偶数個の環特異点を通過する任意の許容測地線は元のシートに戻るが、奇数個の通過は反対のシートで終了する。 これを $N$ 個の互いに素な環特異点に一般化し、切除多様体の基本群が各環の周りの単純ループによって生成される自由群 $F_N$ であることを証明し、関連する二重被覆を分類する。 すべての環がシート交換を誘導する物理的に区別される被覆を特定することにより、パリティ・オブ・クロッシングス定理を多重環設定に拡張する。 次に、これらの結果を最大解析的拡張（無限カーター-ペンローズ連鎖）に形式的に拡張し、シート交換メカニズムがこの無限構造に大域的に適用されることを証明する。 最後に、この位相的な枠組みにノビコフの自己無撞着原理を適用して、大域的無撞着性の要件により、許容される履歴が環交差パリティでラベル付けされた離散セクターに制限されることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Modified Chaplygin Gas (MCG) model is revisited to examine its ability to describe the full cosmic evolution within a single framework. Because the field equations are highly nonlinear, no closed analytical solution for the scale factor in terms of cosmic time exists. To address this limitation and determine the flip time along with other physical characteristics, we introduce an alternative first order approximation that yields an exact analytical expression for the scale factor. This approach gives rise to an emergent, non singular cosmological scenario in which the universe begins with a finite minimum size and evolves smoothly from a quasi static phase to a de Sitter like expansion at late times, naturally approaching the LambdaCDM limit. Using Hubble observational data, we constrain the equation of state parameters and obtain the viable ranges 0 < alpha < 1 and 0 < A < 1/3. The effective equation of state parameter evolves from a positive value in the early matter dominated era to approximately minus one at late times, consistent with observations. A complementary analysis based on the Raychaudhuri equation further supports the robustness of the model. | 修正チャプリギンガス（MCG）モデルを再考し、単一の枠組みで宇宙の進化全体を記述できるかどうかを検証する。 場の方程式は高度に非線形であるため、宇宙時間に関するスケールファクターの閉じた解析解は存在しない。 この制約に対処し、反転時間やその他の物理的特性を決定するために、スケールファクターの正確な解析的表現を与える代替的な一次近似を導入する。 このアプローチは、宇宙が有限の最小サイズから始まり、準静的段階から後期にはド・ジッター型膨張へと滑らかに進化し、自然にラムダCDM限界に近づくという、特異ではない宇宙論的シナリオを生み出す。 ハッブル宇宙望遠鏡の観測データを用いて状態方程式パラメータを制約し、0 < α < 1および0 < A < 1/3という実現可能な範囲を得た。 有効状態方程式パラメータは、初期の物質優勢時代の正の値から、後期には約-1へと変化し、観測結果と一致する。 Raychaudhuri 方程式に基づく補完的な分析により、モデルの堅牢性がさらに裏付けられます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| GW200105 is the first gravitational wave detection to show signs of eccentricity, it also is a neutron star - blackhole binary. This raises the need for waveforms that incorporate tidal effects on quasi-elliptic orbits. We tackle the problem of finite size effects within the post-Newtonian framework, including the mass-type quadrupole and octupole, as well as the current-type quadrupole deformations in the adiabatic approximation. The computations are performed at the second-and-a-half relative post-Newtonian order. We first derive the quasi-Keplerian parametrization of the conservative motion; we then express the radial separation and phase with their time derivatives in terms of the orbital frequency, the time eccentricity and the eccentric anomaly. To obtain these as functions of time, we invert the generalized Kepler equation while also discussing the convergence of eccentricity expanded results. We provide those results to the fourteenth order in eccentricity. Finally, we exploit the already known radiation reaction term of the acceleration in order to derive the secular and oscillatory evolutions of the orbital elements. The companion paper contains the derivation of the radiated fluxes and the amplitude modes of the strain. All relevant results are provided in an ancillary file. | GW200105は、離心率の兆候を示した最初の重力波検出であり、中性子星-ブラックホール連星でもあります。 このため、準楕円軌道への潮汐効果を考慮した波形が必要になります。 我々は、ポストニュートンの枠組みの中で、質量型四重極と八重極、そして断熱近似における電流型四重極変形を含む有限サイズ効果の問題に取り組みます。 計算は、相対ポストニュートンの2.5次オーダーで行われます。 まず、保存運動の準ケプラーパラメータ化を導出します。 次に、動径方向の分離と位相を、軌道周波数、時間離心率、および離心率異常によって時間微分して表します。 これらを時間の関数として得るために、一般化ケプラー方程式を逆転させ、離心率展開結果の収束についても議論します。 これらの結果を離心率14次のオーダーまで示す。 最後に、加速度の既知の放射反応項を利用して、軌道要素の永年変化と振動変化を導出する。 付属論文には、放射フラックスと歪みの振幅モードの導出が含まれている。 関連する結果はすべて補助ファイルに提供されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We deal with a problem concerning a supposed inconsistency in the special relativistic treatment of the so-called linear Sagnac effect. It is shown that, under modern clothes, the root of the difficulty perceived by some authors lies in their uneasiness with the standard solution of the twin paradox. In particular, since the linear Sagnac effect is an absolute effect, no tinkering with conventionality of simultaneity, so far as it preserves the physical content of special relativity, would get us out of the supposed trouble. | 我々は、いわゆる線形サニャック効果の特殊相対論的扱いにおける、想定される矛盾に関する問題を取り扱う。 現代の視点から見ると、一部の研究者が認識している問題の根源は、双子のパラドックスの標準的な解決に対する彼らの不安にあることが示される。 特に、線形サニャック効果は絶対的な効果であるため、特殊相対論の物理的内容を維持する限りにおいて、同時性の慣習に手を加えても、想定される困難から逃れることはできない。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper presents a concise review of the quantum tunneling approach to Hawking radiation, covering its theoretical foundations, extensions, and experimental efforts. We begin by outlining the Hamilton-Jacobi and Parikh-Wilczek methods, which provide a semi-classical framework for deriving Hawking radiation from stationary black holes. The discussion is then extended to dynamical black holes, where evolving horizons require modified treatments incorporating trapping horizons, Kodama vectors, and dynamical surface gravity. We explored the possible tunneling paths for particles crossing the horizon in dynamical black holes and emphasized the crucial role of the imaginary part of the action in determining the Hawking temperature. In the second part, we review experimental investigations of Hawking radiation, including analogue black hole experiments, quantum simulations, and astrophysical searches for primordial black hole evaporation. While no direct detection of Hawking radiation has been achieved, recent advances in Bose-Einstein condensates, optical analogues, and superconducting qubits offer indirect support for the tunneling interpretation of black hole evaporation. | 本論文では、ホーキング放射への量子トンネル効果アプローチについて簡潔にレビューし、その理論的基礎、拡張、そして実験的取り組みを網羅する。 まず、静止ブラックホールからのホーキング放射を導出するための半古典的な枠組みを提供するハミルトン・ヤコビ法とパリク・ウィルチェク法について概説する。 次に、議論を動的ブラックホールに拡張し、そこでは進化する地平線により、トラッピング地平線、コダマベクトル、そして動的表面重力を組み込んだ修正された処理が必要となる。 動的ブラックホールにおいて地平線を横切る粒子の可能なトンネル経路を探求し、ホーキング温度を決定する上で作用の虚数部が果たす重要な役割を強調した。 第2部では、アナログブラックホール実験、量子シミュレーション、そして原始ブラックホール蒸発の天体物理学的探査など、ホーキング放射の実験的研究をレビューする。 ホーキング放射の直接的な検出はまだ達成されていないが、ボーズ・アインシュタイン凝縮体、光学類似体、超伝導量子ビットの最近の進歩は、ブラックホール蒸発のトンネル解釈を間接的にサポートしている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose tests of the weak equivalence principle (WEP) using a torsion balance, in which superposition of energy eigenstates are created in a controllable way for the test masses. After general considerations on the significance of tests of the WEP using quantum states and the need for considering inertial and gravitational masses as operators, we develop a model to derive the matrix elements of the free-fall operator, showing that the variance of the acceleration operator, in addition to its mean, enables estimation of violations of the WEP due to quantum coherence in a way that is robust with respect to shot-to-shot fluctuations. Building on this analysis, we demonstrate how the validity of the WEP may be tested in a torsion balance setup, by accessing the mean and variance of a torque operator we introduce and quantize. Due to the long acquisition times of the signal as compared to the timescale on which coherent superposition states may survive, we further propose a dynamical setting, where the torsion balance is subject to a time-dependent gravitational field, and measurements of angular acceleration encode possible violations of the WEP. | 我々は、ねじり天秤を用いた弱等価原理 (WEP) の検定を提案する。 この検定では、試験質量に対してエネルギー固有状態の重ね合わせが制御可能な方法で生成される。 量子状態を用いた WEP の検定の重要性と、慣性質量と重力質量を演算子として考慮する必要性について一般的な考察を行った後、自由落下演算子の行列要素を導出するモデルを開発し、加速演算子の平均に加えて分散によって、ショット間の変動に対してロバストな方法で量子コヒーレンスによる WEP の違反を推定できることを示す。 この分析に基づき、導入して量子化したトルク演算子の平均と分散にアクセスすることにより、ねじり天秤のセットアップで WEP の妥当性を検定する方法を示す。 コヒーレントな重ね合わせ状態が存続できる時間スケールに比べて信号の取得時間が長いため、我々はさらに、ねじり天秤が時間依存の重力場の影響を受け、角加速度の測定によって WEP の違反の可能性がエンコードされるという動的設定を提案します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The recent observations of the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) indicated the possibility that the dark energy equation of state parameter $w$ might change from $w<-1$ to $w>-1$ when the redshift $z\sim 0.5$, which is called the inverse phantom crossing. In this paper, we investigate the possibility of the phantom crossing, and we construct realistic models realizing the crossing in the framework of the scalar--Einstein--Gauss-Bonnet gravity and ghost-free $f(\mathcal{G})$ gravity. We also investigate the scenario of the apparent phantom crossing, where dark matter energy density decreases more slowly than usually expected, which might explain the DESI observations. In the scenarios developed, the energy conditions are not violated by any component of the cosmic fluid. In the framework of the apparent phantom crossing, we also propose a new scenario, where the particle corresponding to the scalar field in the scalar--Einstein--Gauss-Bonnet gravity is dark matter. The mass of the particle might increase due to the coupling with the Gauss-Bonnet invariant, which makes the decrease of the dark matter energy density slower. This last scenario may suggest that the inverse phantom crossing might be related to the transition from the decelerating expansion of the Universe to the accelerating expansion. | ダークエネルギー分光装置（DESI）による最近の観測は、赤方偏移$z\sim 0.5$のときにダークエネルギーの状態方程式パラメータ$w$が$w<-1$から$w>-1$に変化する可能性を示唆しており、これは逆ファントム交差と呼ばれている。 本稿では、このファントム交差の可能性を調査し、スカラー--アインシュタイン--ガウス-ボネ重力とゴーストフリー$f(\mathcal{G})$重力の枠組みにおいて、この交差を実現する現実的なモデルを構築する。 また、DESIの観測結果を説明できる可能性のある、ダークマターのエネルギー密度が通常予想されるよりも緩やかに減少する見かけ上のファントム交差のシナリオも調査する。 展開されたシナリオでは、宇宙流体のいかなる成分もエネルギー条件に違反しない。 見かけ上のファントム交差の枠組みにおいて、我々は新たなシナリオも提案する。 それは、スカラー-アインシュタイン-ガウス-ボネ重力におけるスカラー場に対応する粒子が暗黒物質であるというものである。 この粒子の質量はガウス-ボネ不変量との結合により増加し、暗黒物質のエネルギー密度の減少を緩やかにする可能性がある。 この最後のシナリオは、逆ファントム交差が宇宙の減速膨張から加速膨張への移行に関連している可能性を示唆している可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work we study the relativistic kinetic theory of a boost-invariant conformal gas on a static, maximally symmetric background $dS_3\times \mathbb{R}$, considering all constant-curvature slicings of $dS_3$ - flat, spherical, or hyperbolic- and their associated symmetry groups. Using a symmetry-driven cotangent-bundle approach, we show that the isometry group of each slicing acts on phase space in such a way that only its Casimir invariants and the time-like coordinate unconstrained, so the distribution function depends solely on these quantities. This yields a unified boost-invariant exact solution of the Boltzmann equation valid for each constant-curvature foliation of \ds. Specializing this general solution to the flat and spherical foliations reproduces the Bjorken and Gubser flows, respectively, while its restriction to the hyperbolic foliation produces a genuinely new analytic solution (`Grozdanov flow'). Hydrodynamics and free streaming emerge naturally as limiting regimes of this novel exact solution. We further comment on several relevant aspects of the new boost-invariant solution on the hyperbolic slicing and on their interpretation once mapped back to Minkowski space. | 本研究では、静的かつ最大対称な背景 $dS_3\times \mathbb{R}$ 上のブースト不変共形気体の相対論的運動論を、平面、球面、双曲面など、$dS_3$ のすべての定曲率スライスとそれらに関連する対称群を考慮して研究する。 対称性駆動型余接束アプローチを用いて、各スライスの等長変換群が位相空間に作用する際に、そのカシミール不変量と時間的座標のみが制約されないことを示す。 したがって、分布関数はこれらの量のみに依存する。 これにより、\ds のすべての定曲率葉理に対して有効な、ブースト不変なボルツマン方程式の統一的な厳密解が得られる。 この一般解を平面葉理と球面葉理に特化すると、それぞれビョルケン流とグブサー流が再現される。 一方、これを双曲葉理に限定すると、真に新しい解析解（「グロズダノフ流」）が得られる。 この新しい厳密解の極限領域として、流体力学と自由流動が自然に出現する。 さらに、双曲スライスにおけるブースト不変な新しい解のいくつかの関連する側面と、ミンコフスキー空間に写像し直した際の解釈について考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Tidal Love numbers characterize the conservative, static response of compact objects to external tidal fields. Remarkably, these quantities vanish identically for asymptotically flat black holes in four-dimensional General Relativity. This behavior has been attributed to hidden symmetries -- both geometric and algebraic -- governing perturbations in these space-times. Interestingly, a similar vanishing of selected multipolar Love numbers arises in the context of supersonic acoustic flows. These systems share several key features with black holes in General Relativity, such as the presence of an effective acoustic horizon and a wave equation describing linear excitations. In this work, we explore a symmetry-based connection between the two frameworks and demonstrate that the ladder symmetries observed in acoustic black holes can be traced to structural properties of the underlying wave equation, mirroring those found in general relativistic black hole space-times. | 潮汐ラブ数は、コンパクト天体の外部潮汐場に対する保存的かつ静的な応答を特徴付ける。 驚くべきことに、これらの量は、4次元一般相対論における漸近平坦ブラックホールに対しては同一に消滅する。 この挙動は、これらの時空における摂動を支配する隠れた対称性（幾何学的および代数的）に起因するとされてきた。 興味深いことに、選択された多極ラブ数の同様の消滅は、超音速音響流のコンテキストでも発生する。 これらのシステムは、有効音響地平線や線形励起を記述する波動方程式の存在など、一般相対論におけるブラックホールといくつかの重要な特徴を共有している。 本研究では、2つの枠組み間の対称性に基づく接続を探り、音響ブラックホールで観測されるラダー対称性が、一般相対論的ブラックホール時空に見られるものと同様に、基礎となる波動方程式の構造特性に起因していることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Vacuum fluctuations in quantum field theory impose fundamental limitations on our ability to measure time in short scales. To investigate the impact of universal quantum field theory effects on observer-dependent time measurements, we introduce a clock model based on the vacuum decay probability of a finite-sized quantum system. Using this model, we study a microscopic twin paradox scenario and find that, in the smallest scales, time is not only dependent on the trajectory connecting two events, but also on how vacuum fluctuations interact with the microscopic details of the clocks. | 量子場の理論における真空揺らぎは、短いスケールにおける時間測定能力に根本的な制限を課す。 普遍量子場の理論効果が観測者依存の時間測定に与える影響を調べるため、有限サイズの量子系の真空崩壊確率に基づく時計モデルを導入する。 このモデルを用いて、微視的な双子のパラドックスのシナリオを研究し、最小スケールにおいては、時間は2つの事象を結ぶ軌跡だけでなく、真空揺らぎが時計の微視的な詳細とどのように相互作用するかにも依存することを発見した。 |