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| Original Text | 日本語訳 |
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| We initiate a systematic study of Einstein-Gauss-Bonnet gravity in the presence of boundaries subject to conformal boundary conditions, in which the conformal class of the boundary metric is kept fixed. In Einstein gravity, the trace of the extrinsic curvature is also fixed at the boundary. Here we generalize this boundary condition with the appropriate higher curvature correction. We study the problem both in Euclidean and Lorentzian signature. In Euclidean signature, we show that, similarly to the Einstein gravity case, the entropy at large temperatures exhibits the behavior of a conformal field theory in one lower dimension. We also show that in the flat space limit, the higher curvature corrections do not contribute to the leading behavior at high temperatures. We conjecture that this result is a universal feature of the flat space limit in the presence of conformal boundaries. We test our conjecture by analyzing charged black holes. In Lorentzian signature, we analyze the dynamics of the boundary Weyl factor in black hole backgrounds at the linearized level. | 我々は、境界計量の共形類が固定された共形境界条件に従う境界が存在する場合のアインシュタイン-ガウス-ボネ重力の体系的な研究を開始する。 アインシュタイン重力では、外在曲率のトレースも境界で固定される。 本研究では、適切な高次曲率補正を用いてこの境界条件を一般化する。 ユークリッドシグネチャとローレンツシグネチャの両方においてこの問題を研究する。 ユークリッドシグネチャにおいては、アインシュタイン重力の場合と同様に、高温におけるエントロピーが1次元低い共形場理論の挙動を示すことを示す。 また、平坦空間極限においては、高次曲率補正が高温における主要な挙動に寄与しないことを示す。 この結果は、共形境界が存在する場合の平坦空間極限における普遍的な特徴であると推測する。 我々は、荷電ブラックホールを解析することにより、この推測を検証する。 ローレンツシグネチャにおいては、線形化されたレベルでブラックホール背景における境界ワイル因子のダイナミクスを解析する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider correlators smeared against directed wavepackets over a thermal state dual to a single-sided planar AdS black hole. In the large frequency limit, our measurement is simplified using a bulk WKB description. We propose a dictionary that maps the action of smeared boundary operators to flat-space oscillators near an interior bulk point on the thermal state, by analytically continuing late-time operators from the right to the left boundary via an integral transform. Using the dictionary the smeared correlator factorizes to a flat-space like scattering amplitude about the interior event. Our transformed correlators describe local physics in the two-sided black hole interior, while incurring a suppression of $\mathcal{O}(e^{-βω/ 2})$. These measurements necessitate a non-trivial time ordering of operators living on boundary hyperboloids which are causally connected to the past light cone of the bulk point, as well as on a corresponding future branch. | 片面平面 AdS ブラックホールの双対な熱状態上の有向波束に対して塗りつけられた相関子について考察する。 大周波数極限では、バルク WKB 記述を用いて測定を簡略化する。 我々は、積分変換を介して後期時間演算子を右境界から左境界へ解析的に接続する事により、熱状態上の内部バルク点付近の平坦空間振動子に塗りつけられた境界演算子の作用を写像する辞書を提案する。 辞書を用いることで、塗りつけられた相関子は内部事象の周りの平坦空間様散乱振幅に因数分解される。 我々の変換された相関子は、$\mathcal{O}(e^{-βω/ 2})$ の抑制を招きながら、両面ブラックホール内部の局所物理を記述する。 これらの測定には、バルク点の過去光円錐に因果的に接続された境界双曲面上、および対応する未来分岐上に存在する演算子の非自明な時間順序付けが必要である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the quantum version of the classical twin paradox in special relativity by replacing the twins with quantum detectors, and studying the transitions and entanglement induced by coupling them to a quantum field. We show that the \textit{changes} in direction of acceleration leave imprints on detector responses and entanglement, inducing novel features which might have relevance in black hole spacetimes. | 我々は、特殊相対論における古典的な双子のパラドックスの量子版を、双子を量子検出器に置き換え、それらを量子場と結合させることで誘起される遷移とエンタングルメントを研究することで研究する。 加速方向の\textit{変化}が検出器の応答とエンタングルメントに痕跡を残し、ブラックホール時空に関連する可能性のある新たな特徴を誘発することを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper introduces differential-geometric methods to study $n$-dimensional locally conformally flat spaces as submanifolds in $\mathbb{R}^{n+2}$. We derive explicit formulas relating intrinsic and ambient differential-geometric objects, including curvature tensors, the codifferential and laplacian operators. We apply this approach to Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) spaces using newfound embedding formulas, obtaining new and simplified expressions for the photon propagator in four dimensions. | 本論文では、$n$次元局所共形平坦空間を$\mathbb{R}^{n+2}$の部分多様体として研究するための微分幾何学的手法を導入する。 曲率テンソル、共微分作用素、ラプラシアン作用素を含む、微分幾何学的対象と内在的対象を関連付ける明示的な公式を導出する。 このアプローチを、新たに発見された埋め込み公式を用いてフリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー（FLRW）空間に適用し、4次元光子伝播関数の新しい簡略化された表現を得る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The effective field theory (EFT) concept provides a necessary tool for obtaining general predictions of low-energy theory valid below its unitarity-breaking scale (cutoff scale). Early Universe inflation and subsequent reheating could be a unique setup for testing potentially observable effects coming from the derivative expansion of the corresponding EFT around the flat space vacuum. In this work, we consider an EFT describing perturbative reheating dominated by the decay of inflaton to photons caused by the dimension-5 operator $φF_{μν} F^{μν}$. We compute the graviton production during reheating and high frequency gravitational wave signal due to the bremsstrahlung effect in the presence of $R_{μνλρ}F^{μν} F^{λρ}$ operator. It may lead to the dominant contribution at high momenta if the EFT cutoff is lower than the Planck mass. Assuming the general consequences of the unitarity and causality constraints, which imply that all EFT operators should be present, and be suppressed by the scales following from the dimension analysis, we obtain the observational constraints (CMB bound for the dark radiation) on the mass of the inflaton and UV cutoff of gravity. We find that for the typical parameters of large field inflation models, the gravitational cutoff scale cannot be lower than $10^{15}$ GeV. | 有効場理論（EFT）の概念は、ユニタリー性を破るスケール（カットオフスケール）以下で有効な低エネルギー理論の一般的な予測を得るのに必要なツールを提供する。 初期宇宙のインフレーションとそれに続く再加熱は、平坦空間の真空の周りの対応するEFTの微分展開から生じる潜在的に観測可能な効果をテストするためのユニークなセットアップとなり得る。 本研究では、5次元演算子$φF_{μν} F^{μν}$によって引き起こされるインフレーションから光子への崩壊が支配的な摂動再加熱を記述するEFTを検討する。 $R_{μνλρ}F^{μν} F^{λρ}$演算子の存在下での再加熱中の重力子生成と制動放射線効果による高周波重力波信号を計算する。 EFTのカットオフがプランク質量よりも低い場合、高運動量で支配的な寄与につながる可能性がある。 ユニタリー性と因果律の制約の一般的な帰結、すなわちすべてのEFT演算子が存在し、次元解析から得られるスケールによって抑制されるという仮定のもと、インフレーションの質量と重力のUVカットオフに対する観測的制約（暗黒放射に対するCMB境界）を得る。 大場インフレーション模型の典型的なパラメータに対して、重力カットオフスケールは10^{15} GeVより低くはならないことがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational-wave observations of extreme mass-ratio inspirals (EMRIs) in vacuum are largely insensitive to the internal structure of the small compact companion. We show that this conclusion can change when the central black hole is surrounded by a dense dark matter environment. We compute, for the first time, the relativistic dynamical-friction force on a neutron star moving through a collisionless medium and its impact on the evolution of EMRIs embedded in dense dark matter spikes. We then perform a Bayesian parameter-estimation analysis of simulated LISA observations to assess the measurability of both spike properties and the companion's internal structure. We find that, in our fiducial dark matter spike models, EMRIs with signal-to-noise ratio (SNR) $\gtrsim 20$ already allow us to distinguish neutron star from black hole companions, while events with SNR $\gtrsim 400$ make it possible to discriminate between different neutron star equations of state. | 真空中の極端質量比インスパイラル（EMRI）の重力波観測は、小型コンパクト伴銀河の内部構造にほとんど影響されない。 しかし、中心ブラックホールが高密度暗黒物質環境に囲まれている場合、この結論は変化する可能性があることを示す。 我々は、衝突のない媒質中を運動する中性子星に働く相対論的動的摩擦力と、それが高密度暗黒物質スパイクに埋め込まれたEMRIの進化に与える影響を初めて計算した。 次に、シミュレーションによるLISA観測のベイズパラメータ推定解析を行い、スパイク特性と伴銀河の内部構造の測定可能性を評価した。 我々の基準暗黒物質スパイクモデルでは、信号対雑音比（SNR）$\gtrsim 20$のEMRIで既に中性子星とブラックホール伴銀河を区別することが可能であり、SNR $\gtrsim 400$のイベントでは異なる中性子星の状態方程式を区別できることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we will explore the effects of F(R) theories in the classical scheme using the anisotropic Bianchi Type I cosmological model with standard matter employing a barotropic fluid with equation of state $P=γρ$. In this work we present the classical solutions in two gauge, N=1 and $N=6ABCD=6η^3D$ obtaining some results that are usually used as ansatz to solve the Einstein field equation. For completeness, we present the solutions in vacuum as well. | 本研究では、標準物質を用いた異方性ビアンキI型宇宙論模型を用いて、状態方程式$P=γρ$を持つ順圧流体を用いて、古典的枠組みにおけるF(R)理論の効果を探求する。 本研究では、N=1および$N=6ABCD=6η^3D$の2つのゲージにおける古典解を提示し、アインシュタイン場の方程式を解くための仮説として一般的に用いられるいくつかの結果を得る。 完全性を保つため、真空における解も提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we initiate the study of light-ray operators in four-dimensional de Sitter space focusing on null integrals of the stress tensor. In Minkowski space, the null integral of the stress tensor unifies several ostensibly different constructions, functioning simultaneously as the energy flux operator, the angular contribution to a conserved charge, the averaged null energy operator, and the light transform of the stress tensor. However, we show that the de Sitter analogs of these various interpretations do not necessarily coincide but rather lead to distinct, observer-dependent light-ray operators. We construct four such de Sitter analogs and analyze their matrix elements in a free, conformally coupled scalar theory, showing that they exhibit the expected symmetry and positivity properties. | 本研究では、応力テンソルのヌル積分に焦点を当て、4次元ド・ジッター空間における光線演算子の研究を開始する。 ミンコフスキー空間において、応力テンソルのヌル積分は、エネルギーフラックス演算子、保存電荷への角度寄与、平均ヌルエネルギー演算子、そして応力テンソルの光変換として同時に機能し、一見異なる複数の構成を統合する。 しかし、これらの様々な解釈におけるド・ジッター類似体は必ずしも一致するわけではなく、むしろ観測者に依存する異なる光線演算子につながることを示す。 我々はそのようなド・ジッター類似体を4つ構築し、それらの行列要素を自由共形結合スカラー理論で解析し、それらが期待される対称性と正値性を示すことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The neutron star -- black hole (NSBH) binary GW200105 was recently found to have significant residual orbital eccentricity at a gravitational-wave frequency of 20 Hz~\cite{Morras:2025xfu}. The event was originally identified with moderate significance by matched-filter searches that employ non-eccentric templates. The neglect of relevant physical effects, such as orbital eccentricity, can severely reduce the sensitivity of the search and, consequently, also the significance of an event candidate. Here, we present a targeted eccentric search for GW200105. The eccentric search identifies GW200105 as the most significant event with a signal-to-noise ratio of $13.4$ and a false alarm rate of less than 1 in 1000 years. The best-matching template parameters are consistent with the Bayesian inference result, supporting the interpretation of GW200105 as an NSBH that formed through dynamical mechanisms and not isolated binary evolution. | 中性子星-ブラックホール連星（NSBH）GW200105は、最近、重力波周波数20Hzで顕著な残留軌道離心率を持つことが発見されました～\cite{Morras:2025xfu}。 このイベントは当初、非離心率テンプレートを用いたマッチドフィルタ探索によって中程度の重要度で特定されました。 軌道離心率などの関連する物理的効果を無視すると、探索の感度が著しく低下し、結果としてイベント候補の重要性も低下する可能性があります。 本稿では、GW200105を対象とした離心率探索を紹介します。 この離心率探索により、GW200105は信号対雑音比$13.4$、誤報率1000年あたり1回未満という最も重要なイベントとして特定されました。 最もよく一致するテンプレートパラメータはベイズ推論の結果と一致しており、GW200105 が孤立したバイナリ進化ではなく動的メカニズムを通じて形成された NSBH であると解釈することを裏付けています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper we analyse scalar-tensor theories-specific instances of which include mainstream inflation and dark energy models-in light of the spacetime-matter dichotomy. We argue that it is difficult to categorise the scalar fields as either a pure aspect of the spacetime structure or a pure form of matter, by focusing on the Jordan vs Einstein frames of these theories. We present and evaluate various interpretational options available, concluding that the spacetime-matter dichotomy becomes untenable in this context. At the same time, the ontological and conceptual category of spacetime can be decoupled from that of gravity, with the latter remaining viable in the context of scalar-tensor theories. | 本論文では、主流のインフレーション理論やダークエネルギーモデルなどのスカラーテンソル理論を、時空物質二分法の観点から分析する。 これらの理論におけるジョーダン・フレームとアインシュタイン・フレームに焦点を当て、スカラー場を時空構造の純粋な側面として、あるいは純粋な物質の一形態として分類することは困難であると主張する。 利用可能な様々な解釈の選択肢を提示し評価した結果、この文脈においては時空物質二分法は成立しなくなると結論付ける。 同時に、時空の存在論的・概念的カテゴリーは重力のカテゴリーから切り離すことができ、重力はスカラーテンソル理論の文脈において依然として有効なままである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In recent years, pulsar timing arrays (PTAs) have reported evidence for a nanohertz gravitational-wave (GW) background. As radio telescope sensitivity improves, PTAs are also expected to detect continuous gravitational waves from individual supermassive black hole binaries. Nanohertz GWs generate both Earth and pulsar terms in the timing data, and the time delay between the two terms encodes the pulsar distance. Precise pulsar distance measurements are critical to fully exploiting pulsar-term information, which can improve the measurement precision of GW sources' sky position parameters and thus enhance the GW sky-localization capability. In this work, we propose a new pulsar distance estimation method by using pulsar-term phase information from GWs. We construct two-dimensional distance posteriors for pulsar pairs based on the simulated GW signals and combine them to constrain individual pulsar distances. Compared with the existing one-dimensional method, our approach reduces the impact of source-parameter uncertainties on pulsar distance measurements. Considering four GW sources and a PTA of 20 pulsars with a white-noise level of 20 ns, we find that a significant fraction of pulsars at distances $\lesssim 1.4$ kpc can achieve sub-parsec distance precision over a 15-year observation. | 近年、パルサータイミングアレイ（PTA）はナノヘルツ重力波（GW）背景の証拠を報告している。 電波望遠鏡の感度が向上するにつれて、PTAは個々の超大質量ブラックホール連星からの連続的な重力波も検出すると期待されている。 ナノヘルツ重力波はタイミングデータにおいて地球項とパルサー項の両方を生成し、2つの項間の時間遅延がパルサー距離を符号化する。 正確なパルサー距離測定はパルサー項情報を最大限に活用するために不可欠であり、これにより重力波源の天空位置パラメータの測定精度が向上し、ひいては重力波の天空位置特定能力が向上する。 本研究では、重力波からのパルサー項位相情報を用いた新しいパルサー距離推定法を提案する。 シミュレートされた重力波信号に基づいてパルサーペアの2次元距離事後分布を構築し、それらを組み合わせることで個々のパルサー距離を制限する。 既存の一次元法と比較して、本手法は、源パラメータの不確実性がパルサー距離測定に与える影響を低減します。 4つの重力波源と、ホワイトノイズレベル20ナノ秒の20個のパルサーのPTAを考慮すると、距離$\lesssim 1.4$ kpcにあるパルサーのかなりの割合が、15年間の観測でサブパーセクの距離精度を達成できることが分かりました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the backreaction of quantum fields in the Boulware vacuum state on the Schwarzschild geometry, using the Riegert--Mottola--Vaulin renormalized stress-energy tensor derived from the conformal anomaly. An order-reduction procedure is applied to the first order, paying special attention to the conservation of the resulting stress-energy tensor. The results obtained in these different situations are compared between them, and also to recent works in the literature using other approximations for the renormalized stress-energy tensor. | シュワルツシルト幾何学上のブールワー真空状態における量子場の反作用を、共形異常から導出されるリーゲルト-モットラ-ヴァウリン再正規化応力エネルギーテンソルを用いて研究する。 一次に対しては、結果として得られる応力エネルギーテンソルの保存性に特に注意しながら、次数低減の手順を適用する。 得られた結果を、これらの異なる状況間で比較するとともに、再正規化応力エネルギーテンソルに対して他の近似を用いた最近の文献研究とも比較する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The discovery of joint sources of high-energy neutrinos and gravitational waves has been a primary target for the LIGO, Virgo, KAGRA, and IceCube observatories. The joint detection of high-energy neutrinos and gravitational waves would provide insight into cosmic processes, such as progenitor dynamics and outflows. The joint detection of multiple cosmic messengers can also elevate the significance of the observation when some or all of the constituent messengers are sub-threshold, not significant enough to declare their detection individually. Leveraging data from the LIGO, Virgo, and IceCube observatories, we conducted an archival investigation of sub-threshold multimessenger events. Complementing previous analyses, we used minimal assumptions to search for common sources of sub-threshold gravitational-wave and high-energy neutrino candidates during the third observing run (O3) of the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors. Our search did not identify significant joint sources. We therefore derive constraints on the rate density of joint sources for each compact binary merger population as a function of the energy emitted in neutrinos. Only a fraction of the gravitational-wave sources emit neutrinos, if the neutrino emission has high bolometric energy ($>10^{52}$ to $10^{54}$ erg). | 高エネルギーニュートリノと重力波の共同発生源の発見は、LIGO、Virgo、KAGRA、IceCubeの各観測所にとって主要な目標でした。 高エネルギーニュートリノと重力波の共同検出は、宇宙の起源のダイナミクスやアウトフローといったプロセスに関する知見をもたらすでしょう。 また、複数の宇宙メッセンジャーの共同検出は、構成するメッセンジャーの一部またはすべてが閾値以下であり、個別に検出を宣言するほど重要ではない場合に、観測の重要性を高めることにもつながります。 LIGO、Virgo、IceCubeの各観測所のデータを活用し、閾値以下のマルチメッセンジャーイベントのアーカイブ調査を実施しました。 これまでの分析を補完し、Advanced LIGOおよびAdvanced Virgo検出器の第3回観測ラン（O3）中に、最小限の仮定を用いて、閾値以下の重力波および高エネルギーニュートリノ候補の共通発生源を探索しました。 探索の結果、重要な共同発生源は特定されませんでした。 そこで、コンパクト連星合体種族ごとに、共同発生源の速度密度に対する制限を、ニュートリノ放出エネルギーの関数として導出します。 ニュートリノ放出が高いボロメータエネルギー（$>10^{52}$～$10^{54}$ erg）を持つ場合、重力波源のごく一部のみがニュートリノを放出します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In a previous paper [9], we proved the following singularity theorem applicable to cosmological models with a positive cosmological constant: if a four-dimensional spacetime satisfying the null energy condition contains a compact Cauchy surface which is expanding in all directions, then the spacetime is past null geodesically incomplete unless the Cauchy surface is topologically a spherical space. The proof in [9] made use of the positive resolution of the surface subgroup conjecture [15]. In this note, we demonstrate how the less-broadly-known positive resolution of the virtual positive first Betti number conjecture [1] provides a more streamlined and unified approach to the proof. We illustrate the theorem with some examples and analyze its rigidity under null geodesic completeness. | 前回の論文 [9] では、正の宇宙定数を持つ宇宙モデルに適用可能な次の特異点定理を証明しました。 ヌルエネルギー条件を満たす4次元時空がすべての方向に膨張しているコンパクトなコーシー面を含む場合、コーシー面が位相的に球面空間でない限り、時空はヌルを超えて測地的に不完全です。 [9] の証明では、面部分群予想の正の解決 [15] を使用しました。 このノートでは、あまり広く知られていない仮想正第一ベッティ数予想の正の解決 [1] が、より合理的で統一的な証明方法を提供することを示します。 いくつかの例で定理を示し、ヌル測地線完全性の下での定理の厳密性を解析します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Master functions of black holes are fundamental tools in gravitational-wave physics and are typically derived within a Lagrangian framework. Starting from the Kantowski-Sachs geometry, one can instead construct a perturbative Hamiltonian description for the interior region of an uncharged and nonrotating black hole. This approach provides a complementary perspective and enables a quantum treatment of the background geometry and its perturbations. In this work, we extend the application of this formulation to the exterior region and establish a correspondence between the perturbative invariants of the canonical approach and the master functions commonly used in black hole analyses. Once a consistent Hamiltonian description for their canonical counterparts is obtained, a hybrid quantization of the master functions follows naturally. | ブラックホールのマスター関数は重力波物理学における基本的なツールであり、通常はラグランジアンの枠組みの中で導出されます。 カントフスキー・サックス幾何学を出発点として、非荷電かつ非回転ブラックホールの内部領域に対する摂動的なハミルトニアン記述を構築することができます。 このアプローチは補完的な視点を提供し、背景幾何学とその摂動を量子的に扱うことを可能にします。 本研究では、この定式化の適用範囲を外部領域に拡張し、カノニカルアプローチの摂動不変量とブラックホール解析で一般的に用いられるマスター関数との対応関係を確立します。 カノニカルな対応物に対する整合的なハミルトニアン記述が得られれば、マスター関数のハイブリッド量子化は自然に導かれます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent efforts have shown that Kantowski-Sachs spacetime provides a useful framework for analyzing perturbations inside a Schwarzschild black hole (BH). In these studies, the adoption of a Hamiltonian formulation offers an insightful perspective. The aim of this work is twofold. First, we revisit and elaborate the results obtained so far in Kantowski-Sachs, with the focus placed on axial perturbations. In particular, by exploiting the relation between this spacetime and the interior of a nonrotating BH, we consider the extension of those results to the exterior geometry of the BH. In this way, we clarify the relation between the axial perturbative gauge invariants emerging from the canonical analysis and the already well-established axial BH invariants, often referred to as master functions. We do so by providing a unified picture of the Hamiltonian formalism, which does not distinguish, formally, between exterior and interior geometries. The second objective is to explore the role of Darboux transformations, which were found as hidden symmetries in the context of BH perturbations, and their appearance in the Hamiltonian setting. Within this framework, the Hamiltonian formulation provides a clear geometric interpretation and characterization of Darboux transformations within the axial sector, viewing them as the set of canonical transformations between Hamiltonians for axial master functions. | 近年の研究により、カントフスキー・サックス時空はシュワルツシルトブラックホール（BH）内部の摂動を解析するための有用な枠組みを提供することが示されている。 これらの研究において、ハミルトニアン定式化の採用は、洞察に満ちた視点を提供する。 本研究の目的は2つある。 第一に、軸摂動に焦点を当て、カントフスキー・サックスでこれまでに得られた結果を再検討し、詳述する。 特に、この時空と非回転BH内部の関係を利用することで、それらの結果をBHの外部幾何学に拡張することを考察する。 このようにして、正準解析から生じる軸摂動ゲージ不変量と、既に確立されている軸BH不変量（しばしばマスター関数と呼ばれる）との関係を明らかにする。 これは、外部幾何学と内部幾何学を形式的に区別しないハミルトニアン形式の統一的な描像を提供することによって行われる。 第二の目的は、BH摂動の文脈において隠れた対称性として発見されたダルブー変換の役割と、それがハミルトニアン設定においてどのように現れるかを探ることです。 この枠組みにおいて、ハミルトニアン定式化は、軸性セクター内におけるダルブー変換の明確な幾何学的解釈と特徴付けを提供し、それらを軸性マスター関数に対するハミルトニアン間の標準変換の集合として捉えます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The astrophysical foreground from compact-binary coalescence signals is expected to be a dominant part of total gravitational wave (GW) energy density in the frequency band of the third-generation detectors. The detection of any other subdominant stochastic GW background (GWB), especially a primordial GWB, will be disturbed by the astrophysical foreground, which needs to be cleaned for further studies of other stochastic GWB. Although previous studies have proposed several cleaning methods, the foreground from subthreshold binary neutron stars (BNS) has been a major obstacle to remove. In this paper, we propose the novel idea to acquire better estimation of the unresolved foreground, by using the information about its anisotropies. We simulate the BNS population and compute its angular power spectrum and shot noise. We find that the shot noise from BNS is too faint to observe after subtracting loud signals due to the limited angular resolution of the third-generation detectors. This justifies the approximation regarding the unresolved foreground as an isotropic component. We also discuss the angular resolution necessary to make our method valid for the foreground subtraction. | コンパクト連星合体信号からの天体前景は、第三世代検出器の周波数帯域における全重力波（GW）エネルギー密度の大部分を占めると予想される。 その他の支配的でない確率的GW背景（GWB）、特に原始GWBの検出は、天体前景によって妨害されるため、他の確率的GWBのさらなる研究のためには、天体前景を除去する必要がある。 これまでの研究ではいくつかの除去方法が提案されているが、閾値下連星中性子星（BNS）からの前景の除去が大きな障害となっていた。 本稿では、その異方性に関する情報を用いて、未分解の前景のより良い推定値を得るための新しいアイデアを提案する。 BNS集団をシミュレートし、その角度パワースペクトルとショットノイズを計算する。 第三世代検出器の角度分解能が限られているため、BNSからのショットノイズは大きな信号を差し引いた後では観測できないほど微弱であることが判明した。 これは、未分解の前景を等方性成分として近似することを正当化する。 また、本手法を前景減算に適用するために必要な角度分解能についても考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate whether the recent DESI DR2 measurements provide or not evidences for dynamical dark energy by exploring the $ω_0ω_a$CDM model and its extensions with free $\sum m_ν$ and $N_{\mathrm{eff}}$. Using a comprehensive MCMC analysis with a wide range of cosmological datasets including DESI~DR2 BAO and Ly$α$ data, CMB compressed likelihoods, BBN, cosmic chronometers, and multiple Type~Ia supernova compilations, we assess the statistical preference for departures from $Λ$CDM. | 我々は、最近のDESI DR2観測データが動的ダークエネルギーの証拠を提供しているかどうかを、$ω_0ω_a$CDMモデルとその拡張を自由な$\sum m_ν$と$N_{\mathrm{eff}}$を用いて調査することで調査する。 DESI~DR2のBAOおよびLy$α$データ、CMB圧縮尤度、BBN、宇宙クロノメータ、複数のIa型超新星コンピレーションなど、幅広い宇宙論データセットを用いた包括的なMCMC解析を用いて、$Λ$CDMからの逸脱に対する統計的選好性を評価する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The analysis examines how neutrinos behave when their trajectories unfold around a black hole sourced by a Kalb-Ramond field, where spontaneous Lorentz symmetry breaking reshapes the surrounding geometry. Instead of following the conventional order, the study focuses first on the observable consequences: alterations in the neutrino-antineutrino annihilation energy output, shifts in the oscillation phase accumulated along the path, and distortions in flavor conversion probabilities induced by gravitational lensing. These features are then tied to the Lorentz-violating spacetime structure, which governs the propagation of the neutrinos. Numerical simulations are carried out for both two- and three-flavor descriptions, with normal and inverted mass orderings. | 本解析では、カルプ・ラモンド場を起源とするブラックホールの周囲をニュートリノが軌道展開する際に、ニュートリノがどのように振る舞うかを検証する。 ブラックホールでは、自発的なローレンツ対称性の破れによって周囲の形状が変化する。 従来の秩序に従うのではなく、本研究ではまず観測可能な結果、すなわちニュートリノ-反ニュートリノ対消滅エネルギー出力の変化、経路に沿って蓄積される振動位相のシフト、そして重力レンズ効果によって引き起こされるフレーバー変換確率の歪みに焦点を当てる。 これらの特徴は、ニュートリノの伝播を支配するローレンツ対称性を破る時空構造と結び付けられる。 数値シミュレーションは、2フレーバー記述と3フレーバー記述の両方について、通常および逆質量順序で実施される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Observing gravitational waves from sub-solar-mass, inspiraling compact binaries would provide almost smoking-gun evidence for primordial black holes. Here, we develop a method to search for ultra-compact binaries with chirp masses ranging from $[10^{-2},10^{-1}]M_\odot$. This mass range represents a previously unexplored gap in gravitational-wave searches for compact binaries: it was thought that the signals would too long for matched-filtering analyses but too short for time-frequency pattern-recognition techniques. Despite this, we show that a pattern-recognition technique, the Generalized frequency-Hough (GFH), can be employed with particular modifications that allow us to handle rapidly spinning-up binaries and to increase the statistical robustness of our method, and call this improved method BinaryGFH-v2. We then design a hypothetical search for binaries in this mass regime, compare the empirical and theoretical sensitivities of this method, and project constraints on formation rate densities and the fraction of dark matter that primordial black holes could compose in both current- and future-generation gravitational-wave detectors. Our results show that our method can be used to search for sub-solar-mass, ultra-compact objects in a mass regime that remains to-date unconstrained with gravitational waves. | 太陽質量未満の渦巻き状のコンパクト連星から発生する重力波を観測すれば、原始ブラックホールの決定的な証拠が得られると考えられる。 本研究では、チャープ質量が$[10^{-2},10^{-1}]M_\odot$の範囲にある超コンパクト連星を探索する手法を開発した。 この質量範囲は、コンパクト連星の重力波探索においてこれまで未開拓であった領域である。 これまで、信号は整合フィルタリング解析には長すぎるが、時間周波数パターン認識技術には短すぎると考えられていた。 しかし、本研究では、パターン認識技術である一般化周波数ハフ（GFH）に特定の修正を加えることで、急速に回転する連星にも対応できるようになり、本手法の統計的堅牢性が向上することを示した。 この改良手法をBinaryGFH-v2と名付けた。 次に、この質量領域における連星の仮想的な探索を設計し、この手法の実験的および理論的な感度を比較し、現世代および次世代の重力波検出器における原始ブラックホールの形成速度密度と、原始ブラックホールが構成し得る暗黒物質の割合に関する制約を予測する。 結果は、この手法が、これまで重力波によって制約されていない質量領域において、太陽質量未満の超コンパクト天体の探索に使用できることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze a cosmological solution to the field equations of a modified gravity model where curvature and matter are nonminimally coupled. The current Universe's accelerated expansion is driven by a cosmological constant while the impact of the nonminimal coupling on the expansion history is recast as an effective equation of state for evolving dark energy. The model is analyzed under a tracking solution that follows the minimum of the effective potential for a scalar field that captures the modified theory's effects. We determine the conditions for the existence of this minimum and for the validity of the tracking solution. Cosmological constraints on the parameters of the model are obtained by resorting to recent outcomes of data from the DESI collaboration in combination with the Pantheon+ and Dark Energy Survey supernovae compilations, which give compatible results that point to the presence of a dynamical behavior for dark energy. The gravity model violates the equivalence principle since it gives rise to a fifth force that implies the Earth and Moon fall differently towards the Sun. The cosmological constraints are intersected with limits resulting from a test of the equivalence principle in the Earth-Moon system based on lunar laser ranging data. We find that a variety of model parameters are consistent with both of these constraints, all while producing a dynamical evolution of dark energy with similarities to that found in recent DESI results. | 曲率と物質が非最小結合している修正重力モデルの場の方程式に対する宇宙論的解を解析する。 現在の宇宙の加速膨張は宇宙定数によって駆動され、非最小結合が膨張史に与える影響は、進化するダークエネルギーの有効状態方程式として書き直される。 このモデルは、修正理論の効果を捉えるスカラー場の有効ポテンシャルの最小値に従う追跡解の下で解析される。 この最小値の存在と追跡解の妥当性の条件を決定する。 モデルのパラメータに対する宇宙論的制約は、DESIコラボレーションの最近のデータ成果と、Pantheon+およびDark Energy Surveyの超新星コンピレーションを組み合わせることで得られる。 これらの結果は、ダークエネルギーの動的挙動の存在を示唆する整合的な結果を与える。 この重力モデルは、地球と月が太陽に向かって異なる方向に落下することを示唆する第五の力を生み出すため、等価原理に違反する。 宇宙論的制約は、月のレーザー測距データに基づく地球-月系における等価原理の検証から得られる限界と交差する。 様々なモデルパラメータがこれらの制約の両方と整合し、同時に、最近のDESIの結果に見られるものと類似したダークエネルギーの動的進化を生み出すことがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Spacetimes with an ergoregion that is not connected to a horizon are linearly unstable. While the linear regime has been studied in a number of settings, little is known about the nonlinear evolution of this ergoregion instability. Here, we investigate this by numerically evolving the unstable growth of a massless vector field in a rapidly spinning boson star in full general relativity. We find that the backreaction of the instability causes the star to become more gravitationally bound, accelerating the growth, and eventually leading to black hole formation. During the nonlinear growth phase, small scale features develop in the unstable mode and emitted radiation as nonlinear gravitational interactions mediate a direct turbulent cascade. The gravitational wave signal exhibits bursts, akin to so-called gravitational wave echoes, with increasing amplitude towards black hole formation. | 地平線に接続されていないエルゴ領域を持つ時空は線形不安定である。 線形領域は多くの設定で研究されてきたが、このエルゴ領域不安定性の非線形発展についてはほとんど知られていない。 本稿では、一般相対論を完全に適用した状態で、高速で自転するボソン星における質量ゼロのベクトル場の不安定成長を数値的に発展させることで、この問題を調査する。 その結果、不安定性の反作用によって星はより重力的に束縛されるようになり、成長が加速され、最終的にブラックホール形成につながることがわかった。 非線形成長段階では、非線形重力相互作用が直接的な乱流カスケードを媒介するため、不安定モードで小規模な特徴が発達し、放射が放出される。 重力波信号は、いわゆる重力波エコーに似たバーストを示し、ブラックホール形成に向かって振幅が増大する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We explore a continuum theory of multicritical dynamical triangulations and causal dynamical triangulations in two-dimensional quantum gravity from the perspective of the Chekhov-Eynard-Orantin topological recursion. The former model lacks a causal time direction and is governed by the two-reduced $W^{(3)}$ algebra, whereas the latter model possesses a causal time direction and is governed by the full $W^{(3)}$ algebra. We show that the topological recursion solves the Schwinger-Dyson equations for both models, and we explicitly compute several amplitudes. | チェーホフ-エナール-オランタン位相的再帰の観点から、2次元量子重力における多重臨界動的三角分割と因果的動的三角分割の連続体理論を考察する。 前者のモデルは因果的時間方向を持たず、2縮約された$W^{(3)}$代数によって支配される。 一方、後者のモデルは因果的時間方向を持ち、完全な$W^{(3)}$代数によって支配される。 位相的再帰が両モデルにおいてシュウィンガー-ダイソン方程式を解くことを示し、複数の振幅を明示的に計算する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Nonlocal modifications of gravity derive from corrections to the quantum gravitational stress tensor which grow nonperturbatively strong during primordial inflation and may persist to the current epoch. Phenomenological constructions have been given that realize MOND in gravitationally bound systems and, separately, reproduce all the cosmological phenomena usually ascribed to dark matter, including the cosmic microwave background radiation, baryon acoustic oscillations and linearized structure formation. In this work we exhibit a single model that interpolates between the two regimes. | 重力の非局所的修正は、量子重力応力テンソルの補正に由来する。 この補正は原始インフレーション期に非摂動的に増大し、現在まで持続する可能性がある。 重力束縛系においてMONDを実現する現象論的構成が与えられており、さらに、宇宙マイクロ波背景放射、重粒子音響振動、線形構造形成など、通常暗黒物質に起因するとされるすべての宇宙現象を再現する。 本研究では、これら2つの領域を補間する単一のモデルを提示する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that the quantum-mechanical probability distribution involving complex probability amplitudes can be derived from three natural conditions imposed on a relativistically invariant probability function describing the motion of a particle that can take multiple paths simultaneously. The conditions are: (i) pairwise Kolmogorov additivity, (ii) time symmetry, and (iii) Bayes' rule. The resulting solution, parameterized by a single constant, is the squared modulus of a sum of complex exponentials of the relativistic action, thereby recovering the Feynman path-integral formulation of quantum mechanics. | 複素確率振幅を含む量子力学的確率分布は、複数の経路を同時にとりうる粒子の運動を記述する相対論的に不変な確率関数に課される3つの自然条件から導出できることを示す。 これらの条件とは、(i) 対コルモゴロフ加法性、(ii) 時間対称性、(iii) ベイズ則である。 結果として得られる解は、単一の定数でパラメータ化され、相対論的作用の複素指数の和の2乗係数となり、量子力学におけるファインマン経路積分の定式化を復元する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This work explores the possibility that five-dimensional primordial rotating black holes could account for all, or a significant portion, of the dark matter in our universe. Our analysis is performed within the context of the ``dark dimension'' scenario, a theoretical consequence of the Swampland Program that predicts a single micron-scale extra dimension to explain the observed value of dark energy. We demonstrate that within this scenario, the mass loss of a primordial rotating black hole sensitive to the fifth dimension is significantly slower than that of its four-dimensional counterpart. Consequently, primordial black holes with an initial mass of $M\gtrsim 10^{10}$g can survive to the present day and potentially constitute the dominant form of dark matter. Finally, we investigate the memory burden effect and find that it dramatically prolongs the lifetime of five-dimensional rotating primordial black holes, making them compelling candidates for all the dark matter in the universe. | 本研究では、5次元の原始回転ブラックホールが、宇宙の暗黒物質の全て、あるいは大部分を説明できる可能性を検証する。 本解析は、スワンプランド計画の理論的帰結である「暗黒次元」シナリオの文脈で行われる。 このシナリオでは、観測された暗黒エネルギー値を説明するために、1ミクロンスケールの余剰次元を予測している。 このシナリオでは、5次元に敏感な原始回転ブラックホールの質量損失は、4次元ブラックホールのそれよりも著しく遅いことを実証する。 結果として、初期質量が$M\g^{10}$gの原始ブラックホールは現在まで存在し続け、暗黒物質の主要な形態を構成する可能性がある。 最後に、メモリ負荷効果を調査した結果、5次元回転原始ブラックホールの寿命が劇的に長くなり、宇宙の暗黒物質の有力な候補となることが明らかになった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In 2507.17558, we provide a map from a scalar theory on $(D+2)$-dimensional Minkowski spacetime to a scalar theory with a continuous mass spectrum on $(D+1)$-dimensional de Sitter spacetime, and propose a link between celestial amplitudes and cosmological correlators (the cosmological-celestial dictionary). We extend the construction to fields with spin 1 and 2, and find that massless spin fields map to spin fields with continuous mass spectra. In this construction, we identify the de Sitter counterparts of the Nambu-Goldstone modes associated with the asymptotic symmetries in Minkowski spacetime. For $U(1)$ gauge theories, the counterpart is restricted to the massless sector within the continuous Proca spectrum, while for linearized gravity supertranslations are encoded in the partially massless sector and superrotations in the strictly massless sector. Using the identification, we reveal that the associated Ward-Takahashi identities of the cosmological correlators reproduce the conformally soft photon and graviton theorems via the cosmological-celestial dictionary. In particular, the celestial stress tensor is derived from the asymptotic limit of gravitons in de Sitter spacetime. | 2507.17558では、(D+2)次元ミンコフスキー時空上のスカラー理論から(D+1)次元ド・ジッター時空上の連続質量スペクトルを持つスカラー理論への写像を与え、天体振幅と宇宙論的相関子（宇宙論-天体辞書）との関連を提案する。 この構成をスピン1および2の場に拡張し、質量ゼロのスピン場が連続質量スペクトルを持つスピン場に写像されることを見出した。 この構成では、ミンコフスキー時空における漸近対称性に関連する南部-ゴールドストーンモードのド・ジッター対応物を特定する。 U(1)ゲージ理論の場合、対応物は連続プロカスペクトル内の質量ゼロセクターに制限されるが、線形化重力の場合、超平行移動は部分的に質量ゼロのセクターに、超回転は厳密に質量ゼロのセクターにエンコードされる。 この同定を用いて、宇宙論的相関関数の関連するウォード・高橋恒等式が、宇宙論的・天体的辞書を介して共形ソフトな光子定理と重力子定理を再現することを明らかにする。 特に、天体の応力テンソルは、ド・ジッター時空における重力子の漸近極限から導出される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The final equilibrium stage of stellar evolution can result in either a black hole or a compact object such as a white dwarf or neutron star. In general relativity, both stationary black holes and stationary stellar configurations are known to be axisymmetric, and black hole rigidity has been extended to several higher curvature modifications of gravity. In contrast, no comparable result had previously been established for stationary stars beyond general relativity. In this work we extend the stellar axisymmetry theorem to a broad class of diffeomorphism invariant metric theories. Assuming asymptotic flatness and standard smoothness requirements, we show that the Killing symmetry implied by thermodynamic equilibrium inside the star uniquely extends to the exterior region, thereby enforcing rotational invariance. This demonstrates that axisymmetry of stationary stellar configurations is not a feature peculiar to Einstein gravity but a universal property of generally covariant gravitational theories, persisting even in the presence of higher curvature corrections. | 恒星進化の最終平衡段階では、ブラックホール、あるいは白色矮星や中性子星のようなコンパクト天体が形成される。 一般相対論では、静止ブラックホールと静止恒星の配置はどちらも軸対称であることが知られており、ブラックホールの剛性は重力の高次の曲率変形にまで拡張されている。 一方、静止恒星については、一般相対論を超えた同様の結果はこれまで確立されていなかった。 本研究では、恒星の軸対称定理を、微分同相不変計量理論の広範なクラスに拡張する。 漸近平坦性と標準的な平滑性の要件を仮定すると、恒星内部の熱力学的平衡によって示唆されるキリング対称性が恒星外部領域に一意に拡張され、それによって回転不変性が強制されることを示す。 これは、静止した恒星構成の軸対称性がアインシュタインの重力に特有の特徴ではなく、高次の曲率補正が存在する場合でも持続する、一般に共変な重力理論の普遍的な特性であることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit Yeom's annihilation-to-nothing scenario using a modified Wheeler-DeWitt (WDW) equation, incorporating higher curvature corrections. By taking these corrections into account, we show that singularity resolution does not occur within low-energy effective field theory (EFT). Since general relativity (GR) is itself only a low-energy EFT of an underlying ultraviolet (UV) theory, it is unlikely that true singularity resolution can emerge within its domain of validity. Our analysis does not contradict Yeom's conjecture but clarifies that any true resolution of the black hole singularity necessarily requires the inclusion of UV degrees of freedom beyond the scope of GR. | 我々は、高次の曲率補正を組み込んだ修正Wheeler-DeWitt (WDW)方程式を用いて、Yeomの消滅シナリオを再検討する。 これらの補正を考慮することで、低エネルギー有効場理論(EFT)では特異点解決が起こらないことを示す。 一般相対論(GR)自体は、基礎となる紫外(UV)理論の低エネルギーEFTに過ぎないため、その妥当性領域内で真の特異点解決が実現する可能性は低い。 我々の解析はYeomの予想と矛盾するものではないが、ブラックホール特異点の真の解決には、GRの範囲を超えるUV自由度を組み込むことが必須であることを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We prove an intrinsic analogue of Hawking's rigidity theorem for extremal horizons in arbitrary dimensions: any compact cross-section of a rotating extremal horizon in a spacetime satisfying the null energy condition must admit a Killing vector field. If the dominant energy condition is satisfied for null vectors, it follows that an extension of the near-horizon geometry admits an enhanced isometry group containing $SO(2,1)$ or the 2D Poincaré group $\mathbb{R}^2 \rtimes SO(1,1)$. In the latter case, the associated Aretakis instability for a massless scalar field is shifted by one order in the derivatives of the field transverse to the horizon. We consider a broad class of examples including Einstein-Maxwell(-Chern-Simons) theory and Yang-Mills theory coupled to charged matter. In these examples we show that the symmetries are inherited by the matter fields. | 我々は、任意次元の極限地平線に対するホーキングの剛性定理の本質的類似を証明する。 すなわち、ヌルエネルギー条件を満たす時空における回転する極限地平線の任意のコンパクト断面は、キリングベクトル場を必ず許容する。 支配的なエネルギー条件がヌルベクトルに対して満たされる場合、近地平線幾何学の拡張は、$SO(2,1)$ または 2D ポアンカレ群 $\mathbb{R}^2 \rtimes SO(1,1)$ を含む強化された等長変換群を許容することになる。 後者の場合、質量のないスカラー場に対する関連するアレタキス不安定性は、地平線を横切る場の微分において 1 桁シフトする。 我々は、アインシュタイン-マクスウェル(-チャーン-サイモンズ)理論や荷電物質と結合したヤン-ミルズ理論を含む広範な例を検討する。 これらの例において、対称性が物質場に継承されることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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We construct solitonic Hayward-boson stars (SHBSs) in Anti-de Sitter (AdS) spacetime, which consists of the Einstein-Hayward model and a complex scalar field with a soliton potential. Our results reveal a critical magnetic charge $q_c$. For $q\geq q_c$ in the limit of $ω\rightarrow 0$, the matter field is primarily distributed within the critical radius $r_c$, beyond which it decays rapidly, while the metric components $-g_{tt}$ and $1/g_{rr}$ become very small at $r_c$. These solutions are termed ``frozen solitonic Hayward-boson stars" (FSHBSs). Continuously decreasing $Λ$ disrupts the frozen state. However, we did not find a frozen solution when $q| 反ド・ジッター（AdS）時空において、ソリトン・ヘイワードボソン星（SHBS）を構築する。 この時空は、アインシュタイン・ヘイワード模型と、ソリトンポテンシャルを持つ複素スカラー場から構成される。 我々の結果は、臨界磁荷$q_c$の存在を明らかにした。 $ω\rightarrow 0$の極限において、$q\geq q_c$のとき、物質場は主に臨界半径$r_c$内に分布し、それを超えると急速に減衰する。 一方、計量成分$-g_{tt}$と$1/g_{rr}$は$r_c$において非常に小さくなる。 これらの解は「凍結ソリトンヘイワードボソン星」（FSHBS）と呼ばれます。 $Λ$が連続的に減少すると、凍結状態が崩れます。 しかし、$q | |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Cosmological perturbations generated during inflation exhibit striking quantum features, including entanglement and high circuit complexity. Yet their observational signatures remain effectively indistinguishable from classical stochastic variables. We quantify this tension by showing that quantum inflationary perturbations are continuous variable stabilizer states with vanishing quantum magic, a necessary resource for universal quantum computation as measured by Wigner negativity. Consequently, despite their quantum origins and description, these states can be efficiently simulated using classical algorithms. We further show that the Wigner negativity arising from primordial non-Gaussianity is suppressed not only by the non-linearity parameter $f_{NL}$, but also by the exponential squeezing of the perturbations. Viewing the early universe as a "high complexity, low magic" regime provides another perspective of what it means for the origin of structure in the universe to be "quantum." | インフレーション中に発生する宇宙擾乱は、エンタングルメントや高い回路複雑度など、顕著な量子特性を示す。 しかしながら、その観測的特徴は古典的な確率変数と実質的に区別できない。 我々は、量子インフレーション擾乱が、ウィグナー負性で測定される普遍的な量子計算に必要な資源である量子魔法が消滅する連続変数安定化状態であることを示すことで、この緊張関係を定量化する。 したがって、これらの状態は量子的な起源と記述を持つにもかかわらず、古典的なアルゴリズムを用いて効率的にシミュレートできる。 さらに、原始的非ガウス性から生じるウィグナー負性は、非線形パラメータ$f_{NL}$だけでなく、擾乱の指数関数的圧縮によっても抑制されることを示す。 初期宇宙を「高複雑性、低魔法」領域と見なすことで、宇宙の構造の起源が「量子」であるということの意味について、別の視点が得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analyze entanglement generated by the Schwinger effect using a mode-by-mode formalism for scalar and spinor QED in constant backgrounds. Starting from thermal initial states, we derive compact, closed-form results for bipartite entanglement between particle-antiparticle partners in terms of the Bogoliubov coefficients. For bosons, thermal fluctuations enhance production but suppress quantum correlations: the logarithmic negativity is nonzero only below a (mode-dependent) critical temperature $T_c$. At fixed $T$, entanglement appears only above a critical field $E_{\text{crit,entang}}$. For fermions, we observe a qualitatively different pattern: at finite $T$ entanglement exists only within a finite window $E_{\text{min}} < E < E_{\text{max}}$, with a temperature-independent optimal field strength $E_{*}$ that maximizes the logarithmic negativity. Entanglement is vanishing above $T_{\text{max}}=ω/\text{arcsinh}(1)$. We give quantitative estimates for analog experiments, where our entanglement criteria convert directly into concrete temperature and electric field constraints. These findings identify realistic regimes where the quantum character of Schwinger physics may be tested in the laboratory. | 我々は、一定背景におけるスカラーおよびスピノルQEDのモードごとの形式論を用いて、シュウィンガー効果によって生成されるエンタングルメントを解析する。 熱的初期状態から始めて、ボゴリュボフ係数を用いて、粒子・反粒子パートナー間の二部エンタングルメントのコンパクトで閉じた形の結果を導く。 ボソンの場合、熱揺らぎは生成を増強するが量子相関を抑制する。 すなわち、対数負性は（モード依存の）臨界温度$T_c$以下でのみゼロでない。 固定$T$では、エンタングルメントは臨界場$E_{\text{crit,entang}}$以上でのみ現れる。 フェルミオンの場合、質的に異なるパターンが観察される。 有限$T$では、エンタングルメントは有限のウィンドウ$E_{\text{min}} < E < E_{\text{max}}$内でのみ存在し、対数負性を最大化する温度に依存しない最適場強度$E_{*}$を持つ。 エンタングルメントは$T_{\text{max}}=ω/\text{arcsinh}(1)$を超えると消滅する。 我々は、アナログ実験における定量的な推定値を与え、そこでは我々のエンタングルメント基準が具体的な温度および電場制約に直接変換される。 これらの発見は、シュウィンガー物理学の量子的性質を実験室で検証できる現実的な領域を特定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| An extremal Reissner-Nordström black hole can form in finite time in the gravitational collapse of a massless charged scalar field. The proof of this is based on the method of characteristic gluing, which involves making an Ansatz for the scalar field at the horizon. We perform a numerical investigation of the characteristic gluing procedure for several different Ansätze. In each case, gluing is possible only if the final black hole mass is large enough. We find that the minimum required mass varies significantly for different Ansätze. We also consider the effect of including a mass term for the scalar field. In this case, for each Ansatz we determine the maximum mass-to-charge ratio for the scalar field such that gluing is possible. Analogous results are obtained for a non-zero cosmological constant. | 質量のない荷電スカラー場の重力崩壊により、有限時間内に極限ライスナー・ノルドストロームブラックホールが形成される可能性がある。 この証明は、地平線におけるスカラー場の仮説を立てる特性接着法に基づいている。 我々は、いくつかの異なる仮説について特性接着手順の数値的調査を行った。 いずれの場合も、最終的なブラックホール質量が十分に大きい場合にのみ接着が可能である。 必要な最小質量は、異なる仮説によって大きく異なることがわかった。 また、スカラー場の質量項を含める効果についても考察する。 この場合、各仮説について、接着が可能なスカラー場の最大質量電荷比を決定する。 非ゼロの宇宙定数についても、同様の結果が得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent work has highlighted the importance of a fully relativistic treatment of the dephasing of gravitational waves induced by dark-matter overdensities in extreme mass-ratio inspirals (EMRIs). However, a general-relativistic description of the dark matter phase-space distribution is currently available only for the case of a dark matter "spike" arising from adiabatic black hole growth. Here we develop a fully general-relativistic formalism for the more realistic scenario in which a supermassive stellar progenitor collapses to a black hole and produces a shallower dark matter overdensity, or "mound". We follow self-consistently the evolution of the supermassive star, its collapse, and the subsequent growth of the resulting black hole, together with the collisionless dark matter orbits. We find that in the regime where the collapse becomes non-adiabatic, the dark matter distribution function is significantly reshaped, with a clear depletion in the low-binding-energy region of phase space. Our results provide a more realistic prediction for the dark matter phase-space distribution around supermassive black holes, which is an essential step in our programme to use future EMRI observations to extract information about both the nature of dark matter and the formation history of the black hole. | 近年の研究は、極限質量比インスパイラル（EMRI）における暗黒物質の過密度によって引き起こされる重力波の位相ずれを、完全に相対論的に扱うことの重要性を浮き彫りにしている。 しかしながら、暗黒物質の位相空間分布に関する一般相対論的な記述は、現在のところ、断熱ブラックホール成長によって生じる暗黒物質の「スパイク」の場合にしか利用できない。 本研究では、より現実的なシナリオ、すなわち超大質量星の祖先がブラックホールへと崩壊し、より浅い暗黒物質の過密度、すなわち「マウンド」を形成するというシナリオに対し、完全に一般相対論的な定式化を展開する。 超大質量星の進化、その崩壊、そして結果として生じるブラックホールの成長、そして衝突のない暗黒物質軌道を自己整合的に追跡する。 崩壊が非断熱的となる領域では、暗黒物質の分布関数が大きく変化し、位相空間の低結合エネルギー領域で明確な減少が見られることを発見しました。 この結果は、超大質量ブラックホール周辺の暗黒物質の位相空間分布について、より現実的な予測を提供します。 これは、将来のEMRI観測を用いて暗黒物質の性質とブラックホールの形成史の両方に関する情報を抽出するという私たちのプログラムにおいて、重要な一歩となります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent observations of high redshift galaxies by the James Webb Space Telescope suggest the presence of a bright population of galaxies that is more abundant than predicted by most galaxy formation models. These observations have led to a rethinking of these models, and numerous astrophysical and cosmological solutions have been proposed, including cosmic strings, topological defects that may be remnants of a specific phase transition in the very early moments of the Universe. In this paper, we integrate cosmic strings, a source of nonlinear and non-Gaussian perturbations, into the semi analytical code Zeus21, allowing us to efficiently predict the ultraviolet luminosity function (UVLF). We conduct a precise study of parameter degeneracies between star-formation astrophysics and cosmic-string phenomenology. Our results suggest that cosmic strings can boost the early-galaxy abundance enough to explain the measured UVLFs from the James Webb and Hubble Space Telescopes from redshift z = 4 to z = 17 without modifying the star-formation physics. In addition, we set a new upper bound on the string tension of $Gμ\lessapprox 10^{-8}$ ($95\%$ credibility), improving upon previous limits from the cosmic microwave background. Although with current data there is some level of model and prior dependence to this limit, it suggests that UVLFs are a promising avenue for future observational constraints on cosmic-string physics. | ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による高赤方偏移銀河の最近の観測は、ほとんどの銀河形成モデルが予測するよりも多くの明るい銀河種族の存在を示唆している。 これらの観測はこれらのモデルの見直しにつながり、宇宙初期における特定の相転移の名残である可能性のある位相欠陥である宇宙弦を含む、多くの天体物理学的および宇宙論的解が提案されている。 本論文では、非線形かつ非ガウス的な摂動の源である宇宙弦を半解析コードZeus21に統合し、紫外線光度関数（UVLF）を効率的に予測することを可能にした。 星形成天体物理学と宇宙弦現象論の間のパラメータ縮退について精密な研究を行う。 我々の研究結果は、宇宙ひもが初期銀河の組成比を十分大きくし、赤方偏移z = 4からz = 17までのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡で測定されたUVLFを、星形成物理を変化させることなく説明できることを示唆している。 さらに、我々はひも張力の新たな上限を$Gμ\lessapprox 10^{-8}$（信頼性95%）に設定し、宇宙マイクロ波背景放射によるこれまでの上限値を上回るものとした。 現在のデータでは、この上限値はある程度モデルや事前分布に依存しているものの、UVLFは宇宙ひも物理に対する将来の観測的制約にとって有望な手段となることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the prospects of the Lunar Gravitational-Wave Antenna (LGWA), a proposed deci-Hz GW detector, to observe binary black holes (BBHs) and enable multiband science with ground-based detectors. We assess the detectability of the events observed by current instruments up to the GWTC-4.0 data release, and of simulated populations consistent with the latest reconstruction by the LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration. We find that LGWA alone would have been able to observe more than one third of the events detected so far, and that it could detect $\sim\!90$ events merging in the ground-based band per year out to redshifts $z\sim3-5$. Current detectors at design sensitivity and 100% duty cycle could detect thousands of BBHs per year, with one to a few hundred multiband counterparts in LGWA. Third-generation (3G) detectors can observe most of the BBHs detected by LGWA merging in their frequency band in the simulated mass range $7\,{\rm M}_\odot\lesssim M_{\rm tot}\lesssim 600\,{\rm M}_\odot$, enabling systematic joint analyses of hundreds of events. The short time to merger from the deci-Hz band to the Hz-kHz band (typically months to a year) allows for early warning, targeted follow-up, and archival searches. Multiband observations of intermediate-mass BBHs in the deci-Hz band are particularly promising. We perform an injection study for a GW231123-like system (the most massive BBH detection to date, which accumulates $\sim 10^5$ inspiral cycles in LGWA) and show that deci-Hz observations can measure the chirp mass even better than 3G instruments and yield good sky localization and inclination measurement, even with a single observatory. Opening the deci-Hz band would substantially improve the prospects of GW astronomy for intermediate-mass BBHs. | 我々は、提案されているデシHz重力波検出器である月重力波アンテナ（LGWA）が、連星ブラックホール（BBH）を観測し、地上検出器によるマルチバンド科学を可能にする可能性を研究する。 我々は、GWTC-4.0データリリースまでに現在の機器で観測されたイベント、およびLIGO-Virgo-KAGRAコラボレーションによる最新の再構築と一致するシミュレートされた集団の検出可能性を評価する。 LGWA単独で、これまでに検出されたイベントの3分の1以上を観測でき、赤方偏移$z\sim3-5$まで、地上バンドで年間$\sim\!90$イベントの合体を検出できることがわかった。 設計感度および100%デューティサイクルでの現在の検出器は、年間数千のBBHを検出でき、LGWAには1つから数百のマルチバンド対応物がある。 第三世代（3G）検出器は、LGWAで検出されたBBHのほとんどが、シミュレートされた質量範囲$7\,{\rm M}_\odot\lesssim M_{\rm tot}\lesssim 600\,{\rm M}_\odot$の周波数帯域で合体するのを観測することができ、数百のイベントの体系的な共同解析を可能にします。 デシHz帯域からHz-kHz帯域への合体時間は短い（通常数か月から1年）ため、早期警戒、標的を絞った追跡調査、アーカイブ検索が可能になります。 特に、デシHz帯域における中質量BBHのマルチバンド観測は有望です。 我々はGW231123型システム（これまでで最も質量の大きいBBHの検出例であり、LGWAで$\sim 10^5$のインスパイラルサイクルを蓄積）の入射研究を行い、デシHz帯域の観測は3G機器よりもさらに正確にチャープ質量を測定でき、単一の観測所でも良好な天空位置特定と傾斜角測定が得られることを示した。 デシHz帯域の開放は、中質量BBHに対する重力波天文学の展望を大きく向上させるだろう。 |