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| Original Text | 日本語訳 |
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| Primordial black holes (PBHs) are possible sources of a gravitational-wave background (GWB), detectable with the next observing runs of LIGO--Virgo--KAGRA. In case of a detection, it will be crucial to distinguish the possible sources of this GWB. One under-explored possibility is to exploit the duty cycle that quantifies the number of sources present in the time domain signal, which can be very different depending on the nature and population of the sources. We compute the duty cycle for a realistic population of PBH binaries, isolating the shot-noise, popcorn and continuous contributions to the GWB. We identify the dependence of the duty cycle on the signal frequency, duration and amplitude as a crucial metric for distinguishing PBHs from other sources in the GWB and constraining PBH models. Our work motivates the development of specific analysis tools to extract these observables, in order to unlock new cosmological insights with upcoming GW data. | 原始ブラックホール（PBH）は、重力波背景放射（GWB）の可能性のある発生源であり、LIGO-Virgo-KAGRAの次期観測で検出される可能性があります。 検出された場合、GWBの可能性のある発生源を区別することが極めて重要になります。 十分に研究されていない可能性の一つは、時間領域信号中に存在する発生源の数を定量化するデューティサイクルを活用することです。 デューティサイクルは、発生源の性質や種類によって大きく異なります。 本研究では、ショットノイズ、ポップコーン、そしてGWBへの連続的な寄与を分離し、PBH連星の現実的な発生源のデューティサイクルを計算しました。 デューティサイクルが信号の周波数、持続時間、振幅にどのように依存するかは、GWBにおけるPBHと他の発生源を区別し、PBHモデルを制約するための重要な指標として特定しました。 本研究は、これらの観測可能な事象を抽出するための具体的な解析ツールの開発を促進し、今後の重力波データから新たな宇宙論的知見を導き出すことを目指しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Self-similar quasicrystals (like the famous Penrose and Ammann-Beenker tilings) are exceptional geometric structures in which long-range order, quasiperiodicity, non-crystallographic orientational symmetry, and discrete scale invariance are tightly interwoven in a beautiful way. In this paper, we show how such structures may be generalized from Euclidean space to Minkowski spacetime. We construct the first examples of such Lorentzian quasicrystals (the spacetime analogues of the Penrose or Ammann-Beenker tilings), and point out key novel features of these structures (compared to their Euclidean cousins). We end with some (speculative) ideas about how such spacetime quasicrystals might relate to reality. This includes an intriguing scenario in which our infinite $(3+1)$D universe is embedded (like one of our spacetime quasicrystal examples) in a particularly symmetric $(9+1)$D torus $T^{9,1}$ (which was previously found to yield the most symmetric toroidal compactification of the superstring). We suggest how this picture might help explain the mysterious seesaw relationship $M_{\rm Pl}M_{\rm vac}\approx M_{\rm EW}^{2}$ between the Planck, vacuum energy, and electroweak scales ($M_{\rm Pl}$, $M_{\rm vac}$, $M_{\rm EW}$). | 自己相似性準結晶（有名なペンローズタイリングやアマン・ベーンカータイリングなど）は、長距離秩序、準周期性、非結晶学的配向対称性、そして離散スケール不変性が美しく密接に絡み合った、例外的な幾何学構造です。 本論文では、このような構造がユークリッド空間からミンコフスキー時空へとどのように一般化できるかを示します。 我々は、このようなローレンツ準結晶（ペンローズタイリングやアマン・ベーンカータイリングの時空類似体）の最初の例を構築し、これらの構造の重要な新規特徴（ユークリッド時空における類似構造と比較した場合）を指摘します。 最後に、このような時空準結晶が現実世界とどのように関係するかについて、いくつかの（推測的な）アイデアを提示します。 これには、我々の無限の$(3+1)$次元宇宙が（我々の時空準結晶の例の一つのように）特に対称性の高い$(9+1)$次元トーラス$T^{9,1}$（これは以前に超弦理論の最も対称的なトロイダルコンパクト化をもたらすことが分かっている）に埋め込まれているという興味深いシナリオが含まれる。 我々は、この描像がプランクスケール、真空エネルギースケール、電弱スケール（$M_{\rm Pl}$、$M_{\rm vac}$、$M_{\rm EW}$）間の謎めいたシーソー関係$M_{\rm Pl}M_{\rm vac}\approx M_{\rm EW}^{2}$を説明するのに役立つ可能性を示唆する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Accurate modeling of gravitational-wave signals is essential for reliable inference of compact-binary source parameters, particularly for future space-based detectors operating in the milli- and deci-Hertz bands. In this work, we systematically investigate the parameter-estimation biases induced by neglecting orbital eccentricity when analyzing eccentric compact-binary coalescences with quasi-circular waveform templates. Focusing on the deci-Hertz detector B-DECIGO and the milli-Hertz detector LISA, we model eccentric inspiral signals using a frequency-domain waveform that incorporates eccentricity-induced higher harmonics and the time-dependent response of spaceborne detectors. We quantify systematic biases in the chirp mass, symmetric mass ratio, and luminosity distance using both Bayesian inference and the Fisher-Cutler-Vallisneri (FCV) formalism, and assess their significance relative to statistical uncertainties. By constructing mock gravitational-wave catalogs spanning stellar-mass and massive black-hole binaries, we identify critical initial eccentricities at which systematic errors become comparable to statistical errors. We find that for B-DECIGO, even very small eccentricities, $e_0\sim 10^{-4}-10^{-3}$ at 0.1 Hz, can lead to significant biases, whereas for LISA such effects typically arise at larger eccentricities, $e_0\sim 10^{-2}-10^{-1}$ at $10^{-4}$ Hz, due to the smaller number of in-band cycles. Comparisons between FCV predictions and full Bayesian analyses demonstrate good agreement within the regime where waveform mismatches remain small, especially when extrinsic parameters are pre-aligned to minimize mismatches. Our results highlight the necessity of incorporating eccentricity in waveform models for future space-based gravitational-wave observations. | 重力波信号の正確なモデル化は、コンパクト連星源パラメータの信頼性の高い推定、特にミリヘルツ帯およびデシヘルツ帯で動作する将来の宇宙搭載型検出器にとって不可欠である。 本研究では、準円形波形テンプレートを用いて離心率の高いコンパクト連星合体を解析する際に、軌道離心率を無視することで生じるパラメータ推定バイアスを体系的に調査する。 デシヘルツ検出器B-DECIGOとミリヘルツ検出器LISAに焦点を当て、離心率に起因する高調波と宇宙搭載型検出器の時間依存応答を組み込んだ周波数領域波形を用いて、離心率の高いインスパイラル信号をモデル化する。 ベイズ推定とFisher-Cutler-Vallisneri (FCV)形式論の両方を用いて、チャープ質量、対称質量比、および光度距離における系統的バイアスを定量化し、統計的不確実性に対するそれらの重要性を評価する。 恒星質量および大質量ブラックホール連星にまたがる模擬重力波カタログを構築することで、系統的誤差が統計誤差に匹敵するようになる臨界初期離心率を特定した。 B-DECIGOでは、0.1 Hzで$e_0\sim 10^{-4}-10^{-3}$という非常に小さな離心率でも大きなバイアスにつながる可能性があるのに対し、LISAでは帯域内サイクル数が少ないため、そのような影響は通常、$e_0\sim 10^{-2}-10^{-1}$というより大きな離心率で発生することがわかった。 FCV予測と完全ベイズ解析の比較では、波形の不一致が小さい領域では良好な一致を示しており、特に外部パラメータが不一致を最小化するように事前に調整されている場合にその傾向が顕著である。 私たちの結果は、将来の宇宙からの重力波観測において、波形モデルに離心率を組み込む必要があることを強調している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the motion of charged particles evolving around a magnetized Kiselev black hole, in the weak magnetic field approximation. The effective potential allows us to study the bound motion and the stable circular orbits. We analyze the impact of combined quintessence and magnetic fields on the epicyclic frequencies. Finally, we examine the periapsis shift and gravitational Larmor precession pointing out differences from the Ernst or Kiselev spacetimes. | 弱磁場近似を用いて、磁化されたキセレフブラックホールの周囲を発展する荷電粒子の運動を調べる。 有効ポテンシャルを用いることで、束縛運動と安定な円軌道を研究することができる。 また、クインテッセンスと磁場の複合効果が周回軌道周波数に与える影響を解析する。 最後に、近点シフトと重力ラーモア歳差運動を検証し、エルンスト時空やキセレフ時空との違いを明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The so-called $I$-Love-$Q$ relations link some normalized versions of the moment of inertia, the Love number, and the quadrupole moment of a star. These relations, in principle, enable the inference of two of the quantities given the third. However, their use has been limited because the normalized versions of the multipole moments rely on the static mass derived from the Tolman-Oppenheimer-Volkoff equation, which is not directly observable. In this work, using perturbation theory, we find that the $I$-Love-$Q$ relations can also be formulated in terms of an alternative set of normalized quantities that do not depend on the static mass, but on the actual (observable) mass. | いわゆる$I$-Love-$Q$関係式は、恒星の慣性モーメント、ラブ数、および四重極モーメントのいくつかの正規化されたバージョンを結び付けます。 これらの関係式は、原理的には、3つ目の量から2つ目の量を推論することを可能にします。 しかし、正規化された多重極モーメントは、直接観測できないトールマン-オッペンハイマー-ヴォルコフ方程式から導かれる静的質量に依存しているため、その利用は限られていました。 本研究では、摂動論を用いて、$I$-Love-$Q$関係式が、静的質量ではなく実際の（観測可能な）質量に依存する別の正規化された量の集合によっても定式化できることを明らかにしました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The equation of state (EOS) of dense matter in neutron stars (NSs) remains uncertain, particularly at supra-nuclear densities where complex nuclear interactions and the potential presence of exotic matter, like hyperons, come into play. The complex relationships existing between nuclear matter and neutron star properties are investigated. The focus is on their nonlinearities and interdependencies. In our analysis, we apply a machine learning algorithm known as symbolic regression, paired with principal component analysis, to datasets generated from Bayesian inference over relativistic mean-field models. A systematic Principal Component Analysis has allowed to break down the percentage contribution of each element or feature in the relationships obtained. This study examines two main models (datasets): the NL model, which includes nucleonic degrees of freedom; and the NL-hyp model, which includes hyperons in addition to nucleons. Our analysis confirms a robust correlation between the tidal deformability of a 1.4 \(M_\odot\) neutron star and $β$-equilibrium pressure at twice the nuclear saturation density. This correlation remains once hyperons are included. The contribution of the different nuclear matter properties at saturation to the radius and tidal deformability was calculated. It was shown that the isovector properties have the largest impact, with a contribution of about 90\%. We also studied the relationship between the proton fraction at different densities and various symmetry energy parameters defined at saturation density. For the hyperon data set, we took into account the effects of the negatively charged hyperon $Ξ$ in order to recover the relationships. Our study reveals the individual impact of various symmetry energy parameters on proton fractions at different densities. | 中性子星（NS）内の高密度物質の状態方程式（EOS）は、特に複雑な核相互作用やハイペロンなどのエキゾチック物質の存在の可能性が関係する超核密度では、依然として不確実なままです。 核物質と中性子星の特性の間に存在する複雑な関係が調査されています。 焦点は、それらの非線形性と相互依存性です。 私たちの分析では、シンボリック回帰と呼ばれる機械学習アルゴリズムと主成分分析を、相対論的平均場モデルに対するベイズ推論から生成されたデータセットに適用します。 体系的な主成分分析により、得られた関係における各要素または特徴の寄与率を細分化できます。 この研究では、核子の自由度を含むNLモデルと、核子に加えてハイペロンを含むNL-hypモデルの2つの主要なモデル（データセット）を検討します。 我々の解析により、1.4 \(M_\odot\) 中性子星の潮汐変形能と、核飽和密度の2倍における $β$ 平衡圧力との間に、強固な相関関係があることが確認されました。 この相関関係は、ハイペロンを含めても維持されます。 飽和状態における様々な核物質特性が半径と潮汐変形能に与える影響を計算しました。 その結果、アイソベクトル特性の影響が最も大きく、約90\%の寄与を示すことが示されました。 また、異なる密度における陽子分率と、飽和密度で定義された様々な対称エネルギーパラメータとの関係も調べました。 ハイペロンデータセットでは、負に帯電したハイペロン $Ξ$ の影響を考慮して、関係を復元しました。 この研究は、様々な対称エネルギーパラメータが、異なる密度における陽子分率にそれぞれどのような影響を与えるかを明らかにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose a novel gravitational mechanism for the non-thermal production of dark matter driven by curvature-induced tachyonic instabilities after inflation. Departing from the commonly studied non-minimal couplings to gravity, our framework considers a real spectator scalar field coupled quadratically to spacetime curvature invariants. We show that the rapid reorganization of spacetime curvature at the end of inflation can dynamically render the dark matter field tachyonic, triggering a short-lived phase of spontaneous symmetry breaking and explosive particle production. As a concrete and theoretically controlled example, we focus on the Gauss-Bonnet topological invariant. By combining analytical estimates with fully non-linear $3+1$ classical lattice simulations, we track the out-of-equilibrium evolution of the system and compute the resulting dark matter abundance. We find that this purely gravitational mechanism can robustly reproduce the observed dark matter relic density over a wide range of masses and inflationary scales, providing also a simple fitting function that enables a lattice-independent application of our results. | インフレーション後の曲率誘起タキオン不安定性によって引き起こされる暗黒物質の非熱的生成について、新たな重力メカニズムを提案する。 一般的に研究されている重力への非極小結合とは異なり、本枠組みでは、時空曲率不変量に二次結合した実スペクテイタースカラー場を考察する。 インフレーション終結時の時空曲率の急速な再編成が、暗黒物質場を動的にタキオン化し、自発的な対称性の破れと爆発的な粒子生成の短寿命相を引き起こすことを示す。 具体的かつ理論的に制御された例として、ガウス・ボネ位相不変量に焦点を当てる。 解析的推定と完全非線形$3+1$古典格子シミュレーションを組み合わせることで、系の非平衡進化を追跡し、結果として生じる暗黒物質存在量を計算する。 この純粋に重力的なメカニズムは、広範囲の質量とインフレーションスケールにわたって観測された暗黒物質の残存密度を堅牢に再現できることが分かりました。 また、格子に依存しない結果の適用を可能にする単純なフィッティング関数も提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We model the inspiral and merger dynamics of two co-planar rings in Newtonian mechanics with GR motivated corrections and illustrate their similarity with those of black hole binary systems on the orbital plane. Our simulation reveals a banana-shape deformation of the ``black holes'' involved, and a typhoon-like spiral structure in the merger product. Using an eXact One-Body approach, we compute the full gravitational waveform of this process and qualitatively reproduce results consistent with those of numerical relativity. Our simulation offers a transparent link between the feature of gravitational waveforms and the internal structure of black holes, thus a complementary interpretation of physics behind numerical relativity. | 我々は、一般相対論に基づく補正を用いたニュートン力学において、二つの共平面リングの引込みと合体ダイナミクスをモデル化し、軌道面上のブラックホール連星系との類似性を示した。 シミュレーションでは、関係する「ブラックホール」がバナナ型に変形し、合体生成物に台風のような渦巻き構造が見られることが明らかになった。 eXact One-Bodyアプローチを用いて、この過程の完全な重力波形を計算し、数値相対論の結果と整合する定性的な結果を再現した。 このシミュレーションは、重力波形の特徴とブラックホールの内部構造の間に明確な関連性を示し、数値相対論の背後にある物理学を補完的に解釈するものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate gravitational collapse driven solely by a self-interacting Brans--Dicke (BD) scalar field in the absence of ordinary matter. In this framework, the spacetime dynamics are governed solely by the scalar field $Φ$, endowed with a self-interaction potential $V(Φ)$ and non-minimally coupled to the Ricci scalar through the Brans--Dicke action. We numerically solve for the evolution of $Φ(t)$ and the corresponding potential $V(Φ)$ in order to track the collapse dynamics leading to singularity formation. Our analysis demonstrates that, for the energy densities $ρ\approx 1/a$ and $ρ\approx -\ln a$, the collapse inevitably leads to the formation of a central curvature singularity while consistently satisfying the weak energy condition. We further examine the causal structure of the resulting singularity and find that future-directed null geodesics originating from the singularity can propagate to future null infinity, making the singularity globally visible. The strength of the singularity is also examined by extending Tipler's strong curvature condition to the Brans--Dicke field equations. Overall, our findings indicate that gravitational collapse in scalar--tensor gravity can give rise to scenarios that challenge the Cosmic Censorship Conjecture, while underscoring the potential observational relevance of singularities formed through BD scalar-field-driven collapse. | 我々は、通常の物質が存在しない状況下で、自己相互作用するブランス・ディッケ（BD）スカラー場のみによって駆動される重力崩壊を解析する。 この枠組みでは、時空ダイナミクスはスカラー場$Φ$のみによって支配され、スカラー場$Φ$は自己相互作用ポテンシャル$V(Φ)$を帯び、ブランス・ディッケ作用を介してリッチスカラーと非最小結合している。 我々は、特異点形成につながる崩壊ダイナミクスを追跡するために、$Φ(t)$と対応するポテンシャル$V(Φ)$の発展を数値的に解く。 解析の結果、エネルギー密度$ρ\approx 1/a$および$ρ\approx -\ln a$に対して、崩壊は弱エネルギー条件を一貫して満たしながら、必然的に中心曲率特異点の形成につながることが示された。 さらに、結果として生じる特異点の因果構造を検証し、特異点に由来する未来指向ヌル測地線が未来のヌル無限大へと伝播し、特異点が大域的に可視化されることを見出した。 特異点の強度は、ティプラーの強曲率条件をブランス-ディッケ場方程式に拡張することでも検証した。 全体として、我々の知見は、スカラー-テンソル重力における重力崩壊が宇宙検閲予想に挑むシナリオを生み出す可能性があることを示唆すると同時に、BDスカラー場駆動崩壊によって形成される特異点の観測的意義の可能性を強調している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent analyses of wide-area radio-galaxy surveys have reported a statistically significant excess in the cosmic number-count dipole, with an amplitude exceeding the purely kinematic expectation of the standard $Λ$CDM model by a factor of $\sim 3$--$4$, quoted at a significance level of up to $5.4σ$. While residual observational systematics and local-structure effects cannot be definitively excluded, this result motivates the exploration of alternative physical interpretations beyond the minimal $Λ$CDM framework. We investigate whether Scalar--Tensor--Vector Gravity (STVG-MOG) can provide a consistent explanation for an enhanced large-scale anisotropic dipole without violating existing constraints from early-universe cosmology, the cosmic microwave background (CMB) dipole, galaxy dynamics, weak lensing, or the observed late-time matter power spectrum. The radio number-count dipole probes ultra-large-scale, anisotropic structure and coherent gravitational response, rather than virialized dynamics or linear growth alone. In STVG-MOG, a scale- and time-dependent effective gravitational coupling preserves standard cosmological evolution at early times and on small to intermediate scales, while amplifying gravitational response on gigaparsec scales. This scale-selective enhancement can increase the large-scale structure contribution to the radio dipole without overproducing power on smaller scales. If the observed dipole excess reflects a physical cosmological signal rather than residual systematics, STVG-MOG offers a viable and testable alternative interpretation. It is demonstrated that the radio dipole anomaly provides a novel probe of gravitational physics on the largest observable scales. | 広域電波銀河探査の最近の解析により、宇宙の数カウント双極子の統計的に有意な過剰が報告されており、その振幅は標準的な$Λ$CDMモデルの純粋に運動学的な期待値を$\sim 3$～$4$倍超えており、有意水準は最大$5.4σ$とされている。 残余の観測系統的影響や局所構造効果を完全に排除することはできないが、この結果は、最小限の$Λ$CDM枠組みを超えた代替的な物理的解釈の探究を促すものである。 我々は、スカラー-テンソル-ベクトル重力理論（STVG-MOG）が、初期宇宙論、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）双極子、銀河ダイナミクス、弱い重力レンズ効果、あるいは観測された後期物質パワースペクトルからの既存の制約に違反することなく、大規模異方性双極子の増強を首尾一貫して説明できるかどうかを調査する。 電波数カウント双極子は、ビリアル化ダイナミクスや線形成長のみではなく、超大規模で異方的な構造と一貫した重力応答を探ります。 STVG-MOGでは、スケールと時間に依存する有効重力結合により、初期および小スケールから中スケールでは標準的な宇宙論的進化が維持され、ギガパーセクスケールでは重力応答が増幅されます。 このスケール選択的な増幅により、より小さなスケールで過剰な出力を生成することなく、大規模構造の電波双極子への寄与を高めることができます。 観測された双極子過剰が残余系統的変化ではなく物理的な宇宙論的シグナルを反映している場合、STVG-MOGは実行可能で検証可能な代替解釈を提供します。 電波双極子異常は、観測可能な最大スケールにおける重力物理学の新たな探査手段となることが実証されています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider a stationary quantum system consisting of two non-interacting yet entangled subsystems, $Ξ$ and $Γ$. We identify a quantum theory characterizing $Ξ$ such that, in the quantum-to-classical crossover of the composite system, $Γ$ behaves as a test particle within the gravitational field of a Schwarzschild Black Hole (SBH) near its event horizon. We then show that this same quantum theory naturally provides a representation of $Ξ$ in terms of bosonic modes, whose features match those of the Hawking radiation; this facilitates the establishment of precise relations between the phenomenological parameters of the SBH and the microscopic details of the quantum model for $Ξ$. Finally, we recognize that the conditions used to characterize $Γ$ and $Ξ$ coincide with those required by the Page and Wootters mechanism for identifying an evolving system and an associated clock. This leads us to discuss how the quantum model for $Ξ$ endows the SBH with all the characteristics of a "perfect" clock. | 我々は、相互作用しないがエンタングルされた2つのサブシステム $Ξ$ と $Γ$ からなる定常量子系を考察する。 複合系の量子-古典クロスオーバーにおいて、$Γ$ がシュワルツシルトブラックホール (SBH) の事象の地平線近傍の重力場内でテスト粒子として振舞うような $Ξ$ を特徴付ける量子理論を特定する。 次に、この同じ量子理論が、ホーキング放射の特徴と一致するボソンモードによる $Ξ$ の表現を自然に提供することを示す。 これにより、SBH の現象論的パラメータと $Ξ$ の量子モデルの微視的詳細との間の正確な関係を確立しやすくなる。 最後に、$Γ$ と $Ξ$ を特徴付けるために用いられる条件は、発展系とそれに関連する時計を特定するための Page および Wootters のメカニズムで必要とされる条件と一致することを認識する。 これにより、$Ξ$ の量子モデルがどのようにして SBH に「完全な」時計のすべての特性を与えるかについて議論することになります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In scenarios where the Peccei-Quinn symmetry breaks after inflation, small-scale axion inhomogeneities may gravitationally collapse into bound structures. The evolution of these systems is typically modeled through cosmological perturbation theory applied to the Einstein-Klein-Gordon equations. In the non-relativistic regime, this framework reduces to the Gross-Pitaevskii-Poisson or Schrödinger-Poisson equations, depending on whether axion self-interactions are taken into account. In this work, a non-minimal gravitational coupling term $ξR φ^4$ is included into the axion's relativistic action as a way to introduce a gravitationally mediated pairwise interaction. By performing a perturbative expansion and subsequently taking the non-relativistic limit, an alternative set of equations that govern the early stages of structure formation is obtained. | インフレーション後にペッチェイ＝クイン対称性が破れるシナリオでは、小規模なアクシオン不均一性が重力崩壊して束縛構造を形成する可能性がある。 これらの系の発展は、典型的にはアインシュタイン＝クライン＝ゴルドン方程式に宇宙摂動論を適用することでモデル化される。 非相対論的領域では、この枠組みはアクシオンの自己相互作用を考慮するかどうかに応じて、グロス＝ピタエフスキー＝ポアソン方程式またはシュレーディンガー＝ポアソン方程式に帰着する。 本研究では、重力を介した対相互作用を導入する方法として、非最小重力結合項$ξR φ^4$をアクシオンの相対論的作用に組み込む。 摂動展開を行い、続いて非相対論的極限をとることで、構造形成の初期段階を支配する代替方程式群が得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Using the ADM formalism, we demonstrate that the Hamiltonian formulation of Quantum Gravity is exactly in the form of a worldline (WL) formalism in the superspace. We then show that the Keldysh partition function reduces to the partition function of Euclidean 3D gravity. After discussing the meaning of the time parameter, we show that in the gauge fields formalism, our Keldysh partition function reduces to a generating functional of a 2D Conformal Field Theory (CFT). This functional exhibits a minimal time-lapse proportional to the square root of the cosmological constant. From the viewpoint of the Chern-Simons/Liouville correspondence, we calculate the exchange of virtual gravitons between two massive probes from the cosmological boundary. | ADM形式を用いて、量子重力のハミルトニアン定式化が超空間における世界線（WL）形式と全く同じ形をとることを示す。 次に、ケルディシュ分配関数がユークリッド3次元重力の分配関数に帰着することを示す。 時間パラメータの意味を議論した後、ゲージ場形式において、ケルディシュ分配関数が2次元共形場理論（CFT）の生成関数に帰着することを示す。 この関数は、宇宙定数の平方根に比例する最小の時間経過を示す。 チャーン・サイモンズ／リウヴィル対応の観点から、宇宙境界からの2つの質量を持つプローブ間の仮想重力子の交換を計算する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent DESI baryon acoustic oscillation data reveal deviations from $Λ$CDM cosmology, conventionally attributed to dynamical dark energy (DE). We demonstrate that these deviations are equally, if not better, explained by interactions between dark matter and dark energy (IDE), without requiring a time-varying DE equation of state. Using a unified framework, we analyze two IDE models--coupled quintessence and coupled fluid--against the latest CMB (Planck, ACT, SPT), DESI BAO, and SN (including DES-Dovekie recalibrated) data. Both IDE scenarios show robust evidence for non-vanishing interactions at the 3-5$σ$ level, with marginalized constraints significantly deviating from the $Λ$CDM limit. This preference persists even under DES-Dovekie SN recalibration, which weakens dynamical DE evidence. Crucially, for the same number of free parameters, IDE models provide fits to low- and high-redshift data that match or exceed the performance of the CPL dynamical DE parametrization. Our results establish IDE as a physically motivated alternative to dynamical DE, highlighting the necessity of future cosmological perturbation measurements (e.g., weak lensing, galaxy clustering) to distinguish between these paradigms. | 最近のDESI重粒子音響振動データは、従来は動的ダークエネルギー（DE）に起因すると考えられてきた$Λ$CDM宇宙論からの逸脱を明らかにした。 我々は、これらの逸脱は、時間変動DE状態方程式を必要とせず、ダークマターとダークエネルギー（IDE）の相互作用によって同等、あるいはより良く説明できることを示した。 統一的な枠組みを用いて、最新のCMB（Planck、ACT、SPT）、DESI BAO、およびSN（DES-Dovekie再較正を含む）データに対して、2つのIDEモデル（結合クインテッセンスと結合流体）を解析した。 どちらのIDEシナリオも、3-5$σ$レベルで相互作用がゼロではないという確固たる証拠を示しており、$Λ$CDM限界から大きく逸脱する周辺制約が見られる。 この傾向は、動的DEの証拠を弱めるDES-Dovekie SN再較正下でも持続する。 重要なのは、同じ数の自由パラメータに対して、IDEモデルは低赤方偏移データと高赤方偏移データの両方に対して、CPL動的DEパラメータ化の性能に匹敵、あるいはそれを上回るフィッティングを提供するという点です。 私たちの研究結果は、IDEが動的DEの物理的に根拠のある代替手法であることを確立し、これらのパラダイムを区別するために、将来の宇宙論的摂動測定（例えば、弱レンズ効果や銀河クラスタリング）の必要性を浮き彫りにしています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the quantum structure of spacetime at fundamental scales via a novel, Lorentz-invariant noncommutative coordinate framework. Building on insights from noncommutative geometry, spectral theory, and algebraic quantum field theory, we systematically construct a quantum spacetime algebra whose geometric and causal properties are derived from first principles. Using the Weyl algebra formalism and the Gelfand--Naimark--Segal (GNS) construction, we rigorously define operator-valued coordinates that respect Lorentz symmetry and encode quantum gravitational effects through nontrivial commutation relations. We show how the emergent quantum spacetime exhibits minimal length effects, which deliver both classical Minkowski distances and quantum corrections proportional to the Planck length squared. Furthermore, we establish that noncommutativity respects a fuzzy form of causality, where the quantum causal structure gives back the light cone in the classical limit, vanishing for spacelike separations and encoding a time orientation for timelike intervals. | 我々は、新しいローレンツ不変な非可換座標系フレームワークを用いて、基本スケールにおける時空の量子構造を研究する。 非可換幾何学、スペクトル理論、代数的量子場理論からの知見に基づき、第一原理から幾何学的性質と因果的性質が導かれる量子時空代数を体系的に構築する。 ワイル代数形式とゲルファント-ナイマーク-シーガル（GNS）構成を用いて、ローレンツ対称性を尊重し、非自明な交換関係を通して量子重力効果を符号化する作用素値座標を厳密に定義する。 そして、創発する量子時空が極小長さ効果を示すことを示し、これが古典的なミンコフスキー距離とプランク長の2乗に比例する量子補正の両方をもたらすことを示す。 さらに、非可換性は因果関係のあいまいな形式を尊重することを確立し、量子因果構造は古典的な限界で光円錐を返し、空間的な分離に対しては消え、時間的な間隔に対しては時間の方向性をエンコードします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We construct a unified framework of geometrodynamics based on the Finsler geometry to reveal the relationship between spacetime and dynamics.The Lagrangian of electron in electromagnetic field as the Finsler function gives the Finslerian metric, which modifies spacetime metric in the Finsler-Randers space. The geodesic equation gives the effective mass, forces, and effective (or geometric) fields. Using the Chern connection, we construct the generalized Einstein-Maxwell equations. In the local natural basis, we give generalized Maxwell equations and wave equations. We find that the geometric field couples with electromagnetic field and gives effective charges and currents. We analyze several typical cases, such as flat spacetime, vacuum and Berwald structure. We find that the electromagnetic field vanishes, but there still exists the magnetic potential in the Berwald space. These results provide some hints to understand some puzzles, such as axion and dark energy. These formulations stimulate some clues to explore deeper geometric structures behind physical phenomena. | 我々はフィンスラー幾何学に基づく統一的な幾何学力学の枠組みを構築し、時空と力学の関係を明らかにする。 電磁場における電子のラグランジアンはフィンスラー関数としてフィンスラー計量を与え、フィンスラー・ランダース空間における時空計量を修正する。 測地線方程式は有効質量、力、および有効（または幾何学的）場を与える。 チャーン接続を用いて、一般化アインシュタイン・マクスウェル方程式を構築する。 局所自然基底において、一般化マクスウェル方程式と波動方程式を与える。 幾何学的場は電磁場と結合し、有効電荷と有効電流を与えることを明らかにした。 平坦時空、真空、ベルワルド構造など、いくつかの典型的なケースを解析する。 電磁場は消滅するが、ベルワルド空間には磁気ポテンシャルが依然として存在することを明らかにした。 これらの結果は、アクシオンやダークエネルギーといったいくつかの謎を解くためのヒントを与える。 これらの定式化は、物理現象の背後にあるより深い幾何学的構造を探求するための手がかりを刺激する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The photon sphere, a hypersurface of circular null geodesics, plays a fundamental role in characterizing black hole spacetimes, influencing phenomena such as black hole shadows, gravitational lensing, and quasinormal modes. While universal upper bounds on the photon sphere radius have been established for both four-dimensional and higher-dimensional black holes, the question of a corresponding lower bound in higher-dimensional black holes remains less explored. In this work, we derive a universal lower bound for the photon sphere radius in static, spherically symmetric, asymptotically flat black hole spacetimes of arbitrary dimension $n\ge 4$. Under the assumptions of the weak energy condition, a non-positive trace of the energy-momentum tensor, and a monotonicity condition on the radial pressure function $|r^{n-1}p_r(r)|$, we prove that the photon sphere radius $r_γ$ satisfies $r_γ\ge (\frac{n-1}{2})^{1/(n-3)}r_H$, where $r_H$ is the radius of the outer event horizon. For $n=4$, this reduces to the known result $r_γ\ge \frac{3}{2}r_H$. Our result generalizes Hod's four-dimensional theorem to higher dimensions, and provides a new geometric constraint on the structure of black holes in extended theories of gravity. | 円形ヌル測地線の超曲面である光子球は、ブラックホール時空を特徴付ける上で基本的な役割を果たし、ブラックホールシャドウ、重力レンズ効果、準正規モードといった現象に影響を及ぼす。 光子球半径の普遍的な上限は4次元および高次元ブラックホールの両方において確立されているが、高次元ブラックホールにおける対応する下限の問題は未だ十分に研究されていない。 本研究では、任意の次元$n\ge 4$の静的、球対称、漸近平坦なブラックホール時空における光子球半径の普遍的な下限を導出する。 弱エネルギー条件、エネルギー運動量テンソルの非正値トレース、および動径圧力関数$|r^{n-1}p_r(r)|$の単調性条件という仮定のもと、光子球半径$r_γ$が$r_γ\ge (\frac{n-1}{2})^{1/(n-3)}r_H$を満たすことを証明する。 ここで、$r_H$は外側事象の地平線の半径である。 $n=4$の場合、これは既知の結果$r_γ\ge \frac{3}{2}r_H$に帰着する。 我々の結果は、ホッドの4次元定理を高次元に一般化し、拡張重力理論におけるブラックホールの構造に対する新たな幾何学的制約を与える。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Einstein-bumblebee gravity, as a class of massive non-minimally coupled vector-tensor theories, provides a useful framework for constraining Lorentz symmetry breaking through astrophysical observations, largely due to the existence of exact static and spherically symmetric black hole solutions. These solutions are typically obtained under the assumption that the vector-field potential vanishes everywhere once the vector field acquires a nonzero radial vacuum expectation value. However, imposing this assumption globally obstructs the construction of self-consistent compact-star solutions. In this work, we elucidate the origin of this inconsistency through a detailed analysis of the field equations and construct neutron-star configurations by abandoning the global vanishing-potential assumption. Crucially, we show that even without enforcing this condition everywhere, it is violated only in the strong-field interior region and is dynamically restored in the weak-field regime by asymptotic boundary conditions at spatial infinity. As a result, consistency with existing black-hole solutions and observational constraints is preserved. Our results establish massive vector-tensor gravity as a unified, natural, and self-consistent framework for compact objects, significantly extending its astrophysical viability beyond black holes and Solar System tests. | アインシュタイン-バンブルビー重力は、質量を持つ非最小結合ベクトルテンソル理論の一種であり、主に厳密な静的かつ球対称なブラックホール解の存在により、天体物理学的観測を通してローレンツ対称性の破れを制限するための有用な枠組みを提供する。 これらの解は典型的には、ベクトル場が非ゼロのラジアル真空期待値を獲得すると、ベクトル場ポテンシャルがあらゆる場所で消滅するという仮定の下で得られる。 しかし、この仮定を全体的に課すことは、自己無撞着なコンパクト星解の構築を阻害する。 本研究では、この矛盾の起源を場の方程式の詳細な解析を通して解明し、ポテンシャルが全体的に消滅するという仮定を放棄することで中性子星構成を構築する。 重要な点として、この条件をあらゆる場所で強制しなくても、この条件は強磁場内部領域でのみ破れ、弱磁場領域では空間無限遠における漸近境界条件によって動的に回復されることを示す。 その結果、既存のブラックホール解や観測的制約との整合性が保たれます。 我々の研究成果は、大質量ベクトルテンソル重力理論を、コンパクト天体に対する統一的かつ自然で自己矛盾のない枠組みとして確立し、ブラックホールや太陽系実験の域を超えて、その天体物理学的実現可能性を大きく拡大します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We propose the gravitational analog of the chiroptical effect for the first time, demonstrating that gravitational waves (GWs) can induce a reversal of photon chirality through the exchange of angular momentum, namely the spin-2-gravitation chiroptical effect. By analyzing the interaction between photon spin angular momentum (SAM) and GWs, we derive the selection rules governing this exchange, which are strictly dictated by the spin-1 and spin-2 nature of the electromagnetic and gravitational fields, respectively. We find that the gravitational chiroptical effect reflects the local nature of SAM which prevents the accumulation of gravitational perturbations over spatial phase windings, and offers a theoretically rigorous tool to probe the chiral structure of GWs. This mechanism provides a novel observational pathway to constrain modified gravity theories, measure the asymmetric properties of compact binaries, and explore parity-violating physics in the early universe. | 我々はキロプティカル効果の重力類似体を初めて提案し、重力波（GW）が角運動量の交換を通じて光子のカイラリティの反転を引き起こすこと、すなわちスピン2重力キロプティカル効果を実証した。 光子スピン角運動量（SAM）とGWの相互作用を解析することで、この交換を支配する選択則を導出した。 この選択則は、それぞれ電磁場と重力場のスピン1およびスピン2の性質によって厳密に規定される。 重力キロプティカル効果は、空間位相巻き線全体にわたる重力摂動の蓄積を防ぐSAMの局所的性質を反映しており、GWのカイラル構造を調べるための理論的に厳密なツールとなることがわかった。 このメカニズムは、修正重力理論を制約し、コンパクト連星の非対称特性を測定し、初期宇宙におけるパリティ非保存物理を探求するための新たな観測的経路を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate how spontaneous Lorentz symmetry breaking in bumblebee gravity modifies particle dynamics, thermodynamics, and vacuum energy around a static black hole background. Starting from the optical-mechanical correspondence, we derive a modified dispersion relation that encodes the influence of the Lorentz-violating parameter $λ$ on the propagation of massive and massless modes. We analyze the resulting optical properties, including the effective refractive index, group velocity, and energy-dependent time delay, and show how the non-asymptotically flat geometry reshapes signal propagation. From the same dispersion relation, we construct the interparticle potential for massive and massless excitations and evaluate the electron scattering cross section within the Born approximation, identifying characteristic Lorentz-violating corrections. We then develop a statistical-ensemble description based on the deformed energy-momentum relation and obtain analytic expressions for the thermodynamic observables of a massless bosonic gas. The pressure, mean energy, entropy, and heat capacity are examined in three representative regimes--extremely close to the horizon, near the photon sphere, and in the asymptotic region -- where Lorentz violation systematically increase the magnitude of these quantities and leads to finite asymptotic plateaus. Finally, we analyze the vacuum state in the curved background and compute the regularized Casimir energy at zero and finite temperature. | 我々は、バンブルビー重力における自発的なローレンツ対称性の破れが、静的なブラックホール背景周囲の粒子動力学、熱力学、および真空エネルギーにどのような影響を与えるかを調査する。 光学的・力学的対応関係から出発し、ローレンツ対称性を破るパラメータ$λ$が質量を持つモードと質量を持たないモードの伝播に及ぼす影響を表す修正された分散関係を導出する。 得られた光学特性（有効屈折率、群速度、エネルギー依存の時間遅延など）を解析し、非漸近平坦な形状が信号伝播をどのように再形成するかを示す。 同じ分散関係から、質量を持つ励起と質量を持たない励起の粒子間ポテンシャルを構築し、ボルン近似の範囲内で電子散乱断面積を評価し、特徴的なローレンツ対称性を破る補正を特定する。 次に、変形されたエネルギー運動量関係に基づく統計的アンサンブル記述を展開し、質量を持たないボソン気体の熱力学的観測量の解析的表現を得る。 圧力、平均エネルギー、エントロピー、および熱容量を、地平線に極めて近い領域、光子球近傍、そして漸近領域という3つの代表的な領域で調べる。 これらの領域では、ローレンツ対称性の破れによってこれらの量の大きさが系統的に増加し、有限の漸近プラトーが生じる。 最後に、曲がった背景における真空状態を解析し、零温度および有限温度における正規化カシミールエネルギーを計算する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Balance flux laws of asymptotic symmetries in general relativity provide fully non-perturbative constraint equations on gravitational strain. They have proven useful for constructing numerical gravitational waveforms and for characterizing gravitational memory. As the precision of current and future detectors continues to improve, such constraints become increasingly important for high-precision tests of gravity, including searches for deviations from general relativity. This motivates a systematic understanding of analogous balance laws in theories beyond general relativity. In this work, we investigate the existence and structure of flux laws at null infinity in diffeomorphism-invariant extensions of general relativity. Our analysis is based on the covariant phase space formalism and the definition of conserved quantities, as presented by Wald and Zoupas. For a particularly relevant class of Horndeski theories, we derive a general expression for the flux and formulate the corresponding balance equation via the associated non-conserved charges. We cross-check our general results by comparing them with previous studies of Brans-Dicke gravity. Furthermore, we demonstrate that the employed methods extend straightforwardly to a broader class of diffeomorphism-invariant theories. The null part of the resulting flux laws associated with null memory is compared with and validated against the alternative derivation based on the Isaacson approach to gravitational radiation. Beyond the specific results obtained, this work is intended to serve as a practical guide for computing balance laws in generic diffeomorphism-invariant theories of gravity and paves the way for an in-depth comparison between the Isaacson approach and the covariant phase space formalism. | 一般相対論における漸近対称性の平衡フラックス則は、重力ひずみに対する完全に非摂動的な制約方程式を与える。 これらは、数値重力波形の構築や重力記憶の特性評価に有用であることが証明されている。 現在および将来の検出器の精度が向上し続けるにつれて、このような制約は、一般相対論からの逸脱の探索を含む、重力の高精度検証においてますます重要になる。 これは、一般相対論を超える理論における類似の平衡法則の体系的な理解を促す。 本研究では、一般相対論の微分同相不変な拡張におけるヌル無限遠におけるフラックス則の存在と構造を調査する。 我々の解析は、WaldとZoupasによって提示された共変位相空間形式と保存量の定義に基づいている。 特に関連性の高いHorndeski理論のクラスについて、フラックスの一般的な表現を導出し、関連する非保存電荷を介して対応する平衡方程式を定式化する。 我々は、ブランス-ディッケ重力に関する先行研究と比較することで、我々の一般的な結果を検証する。 さらに、採用した手法がより広範な微分同相不変理論に直接拡張できることを示す。 得られたフラックス則のヌルメモリに関連するヌル部分は、重力放射に対するアイザックソンアプローチに基づく代替導出と比較され、検証される。 得られた具体的な結果を超えて、本研究は、一般的な微分同相不変重力理論における釣合い則を計算するための実用的なガイドとして役立つことを目指しており、アイザックソンアプローチと共変位相空間形式論との詳細な比較への道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study a generalized holographic dark energy model in which the infrared cutoff depends on the Hubble parameter and its first two time derivatives. The inclusion of the $\ddot H$ term introduces a finite relaxation timescale for the horizon degrees of freedom, which can be interpreted as an effective entropic inertia of the holographic vacuum energy. The resulting background dynamics admit late--time solutions in which the cosmic expansion gradually halts. In the underdamped regime, the Hubble parameter undergoes exponentially damped oscillations and asymptotically approaches $H\to0$. The scale factor grows monotonically but by a finite amount, while curvature invariants decay exponentially, leading to an asymptotically Minkowski spacetime without future singularities. We confront the full nonlinear background evolution with cosmic chronometer measurements of the Hubble parameter and find good agreement with current late--time expansion data, with a reduced chi--squared $χ^2/ν\simeq0.52$. At observable redshifts, oscillatory features are strongly suppressed and remain consistent with existing constraints. | 我々は、赤外線カットオフがハッブルパラメータとその最初の2つの時間微分に依存する、一般化されたホログラフィックダークエネルギーモデルを研究する。 $\ddot H$項の導入により、地平線自由度に有限の緩和時間スケールが導入され、これはホログラフィック真空エネルギーの有効エントロピー慣性として解釈できる。 結果として生じる背景ダイナミクスは、宇宙膨張が徐々に停止する後期解を許容する。 減衰不足領域では、ハッブルパラメータは指数関数的に減衰振動し、漸近的に$H\to0$に近づく。 スケール因子は単調に増加するが、その量は有限であり、曲率不変量は指数関数的に減少するため、将来の特異点を持たない漸近的なミンコフスキー時空が実現される。 ハッブルパラメータの宇宙クロノメータ測定を用いて、非線形背景進化の完全性を検証したところ、カイ二乗検定$χ^2/ν\simeq0.52$を小さくした上で、最新の後期膨張データと良好な一致を示した。 観測可能な赤方偏移において、振動特性は強く抑制され、既存の制約と整合している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Neutron star asteroseismology offers a unique opportunity to probe nuclear physics through stellar oscillations. Although the pressure inside of a neutron star is typically assumed to be isotropic, pressure anisotropy can arise from various physical mechanisms, including elasticity, viscosity, and magnetic fields. Previous studies of nonradial stellar quasi-normal mode oscillations with anisotropic pressure have focused primarily on fluid modes. In this paper, we compute, for the first time, spacetime oscillation modes (so-called w-modes) of anisotropic neutron stars. Using a perturbative framework for stellar oscillations with pressure anisotropy, developed previously by some of the authors, together with a phenomenological anisotropy model, we find that both the real and imaginary parts of the w-mode frequencies decrease as the tangential pressure becomes dominant over the radial pressure. Although we do not find any unstable w-modes within the physically viable parameter space, unstable w-modes appear in an unphysical branch of solutions when the tangential pressure strongly dominates the radial one. We also find that the relation between the real part of the w-mode frequency and the stellar compactness is quasi-universal with respect to variations in the equation of state and the degree of pressure anisotropy. In contrast, the relation between the imaginary part of the w-mode frequency and the stellar compactness depends on the degree of anisotropy, but remains equation-of-state universal when the anisotropy is fixed. Finally, we discuss potential mode crossings and the validity of certain approximations that have been shown to work well for w-mode calculations in the isotropic case. | 中性子星の恒星振動学は、恒星の振動を通して原子核物理学を探るまたとない機会を提供します。 中性子星内部の圧力は通常は等方性であると想定されていますが、弾性、粘性、磁場など、様々な物理的メカニズムによって圧力異方性が生じる可能性があります。 これまで、異方性圧力を伴う非動径方向恒星の準基準振動に関する研究は、主に流体モードに焦点を当ててきました。 本論文では、異方性中性子星の時空振動モード（いわゆるwモード）を初めて計算します。 著者らの一部が以前に開発した、圧力異方性を伴う恒星振動の摂動論的枠組みと現象論的異方性モデルを用いることで、接線方向圧力が動径方向圧力よりも優勢になるにつれて、wモード周波数の実数部と虚数部の両方が減少することを発見しました。 物理的に実現可能なパラメータ空間内では不安定なwモードは見つからなかったものの、接線方向圧力が径方向圧力を強く支配する場合、非物理的な解の分岐において不安定なwモードが出現する。 また、wモード周波数の実部と恒星のコンパクトネスの関係は、状態方程式と圧力異方性の度合いの変化に対して準普遍的であることもわかった。 一方、wモード周波数の虚部と恒星のコンパクトネスの関係は異方性の度合いに依存するが、異方性が固定されている場合は状態方程式の普遍性を維持する。 最後に、潜在的なモード交差と、等方性の場合のwモード計算で有効であることが示されている特定の近似の妥当性について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this paper, we give a new proof to a past stability result established in Fournodavlos-Rodnianski-Speck (arXiv:2012.05888), for Kasner solutions of the $(3+1)$-dimensional Einstein vacuum equations under polarized $U(1)$-symmetry. Our method, inspired by Beyer-Oliynyk-Olvera-Santamar{\'ı}a-Zheng (arXiv:1907.04071, arXiv:2502.09210), relies on a newly developed $(2+1)$ orthonormal-frame decomposition and a careful symmetrization argument, after which the Fuchsian techniques can be applied. We show that the perturbed solutions are asymptotically pointwise Kasner, geodesically incomplete and crushing at the Big Bang singularity. They are achieved by reducing the $(3+1)$ Einstein vacuum equations to a Fuchsian system coupled with several constraint equations, with the symmetry assumption playing an important role in the reduction. Using Fuchsian theory together with finite speed of constraints propagation, we obtain global existence and precise asymptotics of the solutions up to the singularities. | 本論文では、Fournodavlos-Rodnianski-Speck (arXiv:2012.05888) で確立された、偏極 $U(1)$ 対称性の下での $(3+1)$ 次元アインシュタイン真空方程式のカスナー解に対する過去の安定性結果に対する新たな証明を与える。 Beyer-Oliynyk-Olvera-Santamar{\'ı}a-Zheng (arXiv:1907.04071, arXiv:2502.09210) に着想を得た本手法は、新たに開発された $(2+1)$ 直交座標系分解と慎重な対称化の議論に基づいており、その後にフックスの手法を適用することができる。 摂動解は漸近的に点ごとにカスナー解であり、測地線的に不完全であり、ビッグバン特異点で圧潰することを示す。 これらは、(3+1)アインシュタイン真空方程式を、複数の拘束方程式を結合したフックス方程式系に縮約することで達成され、この縮約において対称性仮定が重要な役割を果たします。 フックス理論と拘束条件伝播の有限速度を組み合わせることで、特異点に至るまでの解の大域的存在と正確な漸近挙動が得られます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study IndIGO-D, a decihertz gravitational-wave mission concept, focusing on a specific configuration in which three spacecraft fly in formation to form an L-shaped interferometer in a heliocentric orbit. The two orthogonal arms share a common vertex, providing a space-based analogue of terrestrial Michelson detectors, while operating in an optimised configuration that yields ppm-level arm-length stability. Assuming 1000 km arm length, we analyse the orbital motion and antenna response, and assess sensitivity across the [0.1 - 10] Hz band bridging LISA and next-generation ground-based interferometers. Using fiducial sensitivity curves provided by the IndIGO-D collaboration, we compute horizon distances for different source classes. Intermediate-mass black-hole binaries with masses $10^{2}$ - $10^{3} \, M_\odot$ are detectable to redshifts $z \sim 10^{3}$, complementing the reach of LISA and terrestrial detectors. Binary neutron star systems are observable to a horizon distance of $z \lesssim 0.3$, allowing continuous multi-band coverage with Voyager-class interferometers from the decihertz regime to merger. A Bayesian parameter-estimation study of a GW170817-like binary shows that the sky localization area improves from $\sim 21 \,\mathrm{deg}^2$ at one month to $0.3 \,\mathrm{deg}^2$ at six hours pre-merger! These sky areas are readily tiled by wide-field time-domain telescopes such as the Rubin Observatory, whose $9.6 \,\mathrm{deg}^2$ field of view and r-band depth enable high-cadence, repeated coverage of GW170817-like kilonovae at this distance and beyond. IndIGO-D exploits the rapid evolution of binaries in the decihertz band to bridge the gap between millihertz and terrestrial observations, enabling early warnings on timescales from months to hours and enhancing the prospects for multi-band and multi-messenger discoveries. | 我々は、デシヘルツ重力波ミッションコンセプトであるIndIGO-Dを研究する。 特に、3機の宇宙機が編隊飛行し、太陽中心軌道上にL字型干渉計を形成するという特殊な構成に焦点を当てる。 2本の直交アームは共通の頂点を共有し、地上のマイケルソン検出器の宇宙版として機能する。 同時に、ppmレベルのアーム長安定性を実現する最適化された構成で運用される。 アーム長を1000kmと仮定し、軌道運動とアンテナ応答を解析し、LISAと次世代地上型干渉計をつなぐ[0.1 - 10] Hz帯域全体にわたる感度を評価する。 IndIGO-D共同研究によって提供された基準感度曲線を用いて、異なるソースクラスの地平線距離を計算する。 質量が$10^{2}$ - $10^{3} \, M_\odot$の中質量ブラックホール連星は、赤方偏移$z \sim 10^{3}$まで検出可能であり、LISAや地上検出器の到達範囲を補完する。 連星系中性子星系は地平線距離$z \lesssim 0.3$まで観測可能であり、ボイジャー級干渉計を用いてデシヘルツ領域から合体まで連続的にマルチバンドカバレッジを可能にする。 GW170817型連星のベイズパラメータ推定研究では、合体1か月前の天空局在領域$\sim 21 \,\mathrm{deg}^2$から合体6時間前の$0.3 \,\mathrm{deg}^2$に改善されることが示された。 これらの空域は、ルビン天文台のような広視野時間領域望遠鏡によって容易にタイリングされます。 ルビン天文台は、9.6 \,\mathrm{deg}^2$ の視野とrバンドの深度を有し、この距離およびそれ以上の距離にあるGW170817型キロノバを高頻度で繰り返し観測することが可能です。 IndIGO-Dは、デシヘルツ帯における連星の急速な進化を利用して、ミリヘルツ観測と地上観測のギャップを埋め、数か月から数時間までのタイムスケールでの早期警報を可能にし、マルチバンドおよびマルチメッセンジャーの発見の可能性を高めます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Two $F(R)$ gravity models are tested on the basis of their viability during all stages of cosmological evolution. It is shown that these models can describe both the early-time inflationary epoch and the dark energy epoch. The models are confronted with the latest observational data, including the Pantheon+ catalogue with Type Ia supernovae, the Dark Energy Spectroscopic Instrument measurements of baryon acoustic oscillations, the Hubble parameter estimations and data from cosmic microwave background radiation. Investigation of the viability conditions for these models, in particular, the condition $\frac{dF}{dR}>0$ required a deep analysis. Both models appeared to be viable during the early-time era, but for the late-time evolution the viability conditions are not fulfilled in definite domains in the parameter spaces of these models. However the best fitted parameters, determined in confrontation with the mentioned observational data, lie far from the forbidden domains for both models. These $F(R)$ gravity models describe the observations with the large advantage over the $Λ$-Cold-Dark-Matter model, not only in $χ^2$ statistics, but also with Akaike and Bayesian information criteria. This success of the two $F(R)$ gravity scenarios is connected with their capability to mimic dynamical dark energy, similarly to models with variable equation of state, that is necessary for describing the latest Pantheon+ and DESI observational data. | 2つの$F(R)$重力モデルが、宇宙進化の全段階における実現可能性に基づいて検証された。 これらのモデルは、初期のインフレーション期とダークエネルギー期の両方を記述できることが示された。 これらのモデルは、Ia型超新星を含むパンテオン+カタログ、ダークエネルギー分光装置による重粒子音響振動の測定、ハッブルパラメータ推定、宇宙マイクロ波背景放射のデータなど、最新の観測データと比較された。 これらのモデルの実行可能性条件、特に条件$\frac{dF}{dR}>0$の調査には、詳細な分析が必要であった。 両モデルとも初期の時代には実行可能であるように見えたが、後期進化においては、これらのモデルのパラメータ空間内の特定の領域で実行可能性条件が満たされない。 しかし、前述の観測データと比較しながら決定された最も適合したパラメータは、両モデルの禁制領域から遠く離れている。 これらの$F(R)$重力モデルは、$χ^2$統計だけでなく、赤池情報量基準とベイズ情報量基準においても、$Λ$-Cold-Dark-Matterモデルに対して大きな利点をもって観測結果を記述します。 この2つの$F(R)$重力シナリオの成功は、最新のPantheon+およびDESI観測データを記述するために必要な、可変状態方程式モデルと同様に、動的ダークエネルギーを模倣する能力と関連しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work we study rescaled effective single scalar field theories, and we confront these with the ACT constraint on the spectral index of the scalar primordial perturbations and the updated BICEP/Planck constraint on the tensor-to-scalar ratio. Rescaled scalar theories of gravity may be the result of an effective $f(R,φ)$ gravity at strong curvature regimes, which may result on a rescaling of the Einstein-Hilbert term of the form $\sim αR$. It turns out that canonical scalar field theories with stronger gravity compared to standard Einstein-Hilbert gravity can be compatible with the ACT and updated Planck/BICEP constraints, with stronger gravity meaning that the rescaling parameter $α$ takes values smaller than unity. | 本研究では、再スケールされた有効単一スカラー場理論を研究し、これらをスカラー原始摂動のスペクトル指数に対するACT制約と、テンソル・スカラー比に対する更新されたBICEP/Planck制約と対比させる。 再スケールされたスカラー重力理論は、強曲率領域における有効$f(R,φ)$重力の結果である可能性があり、その結果、$\sim αR$の形のアインシュタイン-ヒルベルト項が再スケールされる可能性がある。 標準的なアインシュタイン-ヒルベルト重力と比較して強い重力を持つ標準的なスカラー場理論は、ACT制約および更新されたPlanck/BICEP制約と両立することが判明した。 強い重力とは、再スケールパラメータ$α$が1より小さい値を取ることを意味する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, within exterior algebra formalism, we revisit and study the matter coupling in Exotic General Massive 3D Gravity (EGMG), previously introduced in \cite{ozkan_1}. Considering that the matter Lagrangian is both metric co-frame and connection dependent in general, we explicitly construct associated source 2-form by algebraically solving auxiliary 1-form fields in terms of gravitational field variables, energy-momentum and hyper-momentum 2-forms. It is seen that that the source 2-form involves terms that are quadratic in energy-momentum and hyper-momentum 2-forms as well as terms that depend on covariant derivatives of them. In addition, we derive the consistency relation in order that matter-coupled EGMG field equation be third-way consistent. In general, the consistency requires a particular relation that should be satisfied by energy-momentum and hyper-momentum 2-forms. We note that our construction and formalism allows to investigate non-minimal matter couplings with gravitational fields. It also enables to construct the higher order curvature extensions of EGMG. | 本研究では、外積代数形式論の範囲内で、以前 \cite{ozkan_1} で紹介したエキゾチック一般大質量 3D 重力 (EGMG) における物質結合を再検討し、研究する。 物質ラグランジアンが一般に計量コフレームかつ接続依存であることを考慮して、補助 1 形式場を重力場変数、エネルギー運動量 2 形式、およびハイパー運動量 2 形式で代数的に解くことで、関連するソース 2 形式を明示的に構築する。 ソース 2 形式には、エネルギー運動量 2 形式とハイパー運動量 2 形式で 2 次となる項と、それらの共変微分に依存する項が含まれることがわかる。 さらに、物質結合 EGMG 場の方程式が第 3 方向無矛盾となるように、無矛盾関係を導出する。 一般に、無矛盾には、エネルギー運動量 2 形式とハイパー運動量 2 形式が満たすべき特定の関係が必要である。 我々の構成と形式論により、非極小物質と重力場の結合を調査することが可能になる。 また、EGMGの高次曲率拡張も構築できる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The solution space of differentially rotating polytropes with n=1 has been studied numerically. The existence of three different types of configurations: from spheroids to thick tori, hockey puck-like bodies and spheroids surrounded by a torus, separate from or merging with the central body has been proved. It has been shown that the last two types appear only at moderate degrees of rotation differentiality, sigma~2. Rigid-body or weakly differential rotation, as well as strongly differential, have not led to any "exotic" types of configurations. Many calculated configurations have had extremely large values of parameter tau, which has raised the question of their stability with respect to fragmentation. | n=1の微分回転ポリトロープの解空間が数値的に研究された。 回転楕円体から厚いトーラス、ホッケーパックのような物体、そして中心体とは分離または融合するトーラスに囲まれた回転楕円体まで、3種類の異なる配置が存在することが証明された。 最後の2種類は、中程度の回転微分度（σ≒2）でのみ出現することが示されている。 剛体回転、弱微分回転、そして強微分回転では、「特異な」種類の配置は生じなかった。 計算された多くの配置はパラメータτの値が極めて大きく、フラグメンテーションに対する安定性に疑問が生じていた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a boundary only method for computing weak gravitational deflection angles at finite source and receiver distances within the Gauss-Bonnet theorem formulation of optical geometry. Exploiting the fact that the relevant equatorial optical manifold is two dimensional, we introduce isothermal (conformal) coordinates in which the optical metric is locally conformal to a flat reference metric and the Gaussian curvature reduces to a Laplacian of the conformal factor. Such an identity converts the curvature area term in the Gauss-Bonnet theorem into a pure boundary contribution via Green/Stokes-type relations, yielding a deflection formula that depends only on boundary data and controlled closure terms. The residual normalization freedom of the isothermal radius is isolated as an additive freedom in the conformal factor and is shown to leave physical observables invariant, eliminating the need for orbit dependent calibration prescriptions. We explicitly implement the boundary only formalism in weak deflection, where the leading bending reduces to elementary one-dimensional integrals evaluated on a flat reference ray in the conformal plane, with finite distance dependence entering solely through endpoint data. We validate the construction by reproducing finite distance weak deflection for Schwarzschild, deriving the leading finite distance charge correction for Reissner-Nordström, and applying the same boundary only framework to the Kottler (Schwarzschild-de Sitter) geometry as a representative non-asymptotically flat test case, recovering the standard finite distance expansion including the explicit $\mathcal{O}(Λ)$ and mixed $\mathcal{O}(ΛM)$ contributions to the total deflection angle. | 我々は、光学幾何学のガウス・ボネ定理の定式化の範囲内で、有限の光源および受信機距離における弱重力偏向角を計算する境界のみの手法を開発する。 関係する赤道光学多様体が2次元であるという事実を利用して、光学計量が平坦な参照計量に局所的に共形であり、ガウス曲率が共形因子のラプラシアンに縮小される等温（共形）座標を導入する。 このような恒等式は、ガウス・ボネ定理の曲率面積項をグリーン/ストークス型関係を介して純粋な境界寄与に変換し、境界データと制御された閉包項のみに依存する偏向式をもたらす。 等温半径の残差正規化自由度は共形因子の加法的な自由度として分離され、物理的観測量を不変のままにすることが示され、軌道に依存する較正規定の必要性を排除する。 我々は弱偏向における境界限定形式を明示的に実装する。 この形式において、主曲げは共形面上の平坦な参照光線上で評価される基本的な1次元積分に簡約され、有限距離依存性は端点データのみを通して入力される。 我々は、有限距離弱偏向をシュワルツシルトに対して再現し、ライスナー・ノルドストロームに対して主有限距離電荷補正を導出し、さらに、漸近的に平坦でない代表的なテストケースとしてコットラー（シュワルツシルト・ド・ジッター）幾何学に同じ境界限定枠組みを適用することで、その構成を検証する。 これにより、全偏向角への明示的な$\mathcal{O}(Λ)$と混合$\mathcal{O}(ΛM)$の寄与を含む標準的な有限距離展開が復元される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The black hole singularity problem was proposed by Hawking and Penrose, and regular black holes serve as an important class of models to address this issue. However, the study of regular black hole thermodynamics has long faced a fundamental difficulty: an inconsistency between the Hawking temperature derived from thermodynamics and the geometrically defined Hawking temperature. To address this issue, we systematically investigated the thermodynamics of rotating regular black holes based on the method of thermodynamic phase space reduction. Our research shows that this approach naturally yields a self-consistent and complete thermodynamic description for rotating regular black holes, thereby establishing a universal thermodynamic framework for this type of black hole and laying the foundation for further research on complex thermodynamic phenomena. | ブラックホール特異点問題はホーキングとペンローズによって提唱され、正則ブラックホールはこの問題に対処するための重要なモデル群として機能している。 しかし、正則ブラックホールの熱力学研究は長年、熱力学から導かれるホーキング温度と幾何学的に定義されたホーキング温度との不一致という根本的な困難に直面してきた。 この問題に対処するため、我々は熱力学的位相空間縮小法に基づいて、回転する正則ブラックホールの熱力学を体系的に研究した。 この研究は、このアプローチが回転する正則ブラックホールに対して自己無撞着かつ完全な熱力学的記述を自然にもたらすことを示し、このタイプのブラックホールに対する普遍的な熱力学の枠組みを確立し、複雑な熱力学現象のさらなる研究の基礎を築くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We derive the gravitational radiation-reaction (RR) force in the harmonic coordinate system at the fourth-and-a-half post-Newtonian (4.5PN) order in the case of compact binary systems. Dimensional regularization is used to treat the ultra-violet divergences which appear at that order. We prove that the RR acceleration implies the known radiation fluxes at infinity associated with energy, angular momentum, linear momentum, and center-of-mass position. As a consistency check, we verify the manifest Lorentz invariance of the RR acceleration in harmonic coordinates. Our result should be useful for comparisons with other approaches such as the gravitational self force (GSF) and the post-Minkowskian (PM) effective field theory. | コンパクト連星系の場合、調和座標系における重力放射反作用力（RR力）をポストニュートン力の4.5次（4.5PN）で導出する。 次元正則化を用いて、この次数で現れる紫外線発散を扱う。 RR加速は、エネルギー、角運動量、線運動量、および質量中心位置に関連する、既知の無限遠における放射フラックスを意味することを証明する。 整合性の確認として、調和座標系におけるRR加速の明示的ローレンツ不変性を検証する。 この結果は、重力自己力（GSF）やポストミンコフスキー（PM）有効場理論といった他のアプローチとの比較に役立つはずである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Recently, the concept of quantum atmosphere has been introduced as a potential origin of Hawking quanta. This study investigates the properties of quantum fields by exploring the quantum coherence of a two-mode Gaussian state near a black hole, where Hawking quanta originate from the quantum atmosphere region. It is demonstrated that both physically accessible and inaccessible quantum coherence for continuous variable quantum states distinctly exhibit hallmark features of the quantum atmosphere. Specifically, the quantum coherence for these states varies continuously with changes in the normalized distance; it undergoes rapid decreases (or increases) just outside the event horizon before gradually stabilizing through subsequent increases (or decreases). This behavior contrasts with the behaviors of quantum coherence where originates solely from the black hole's event horizon. The quantum features of the fields distinctly reflect characteristics attributable to the quantum atmosphere, thereby deepening our understanding of the origins of Hawking radiation. We also find that the continuous variable coherence is highly dependent on both the squeezing parameter and field frequency of the prepared state; therefore, appropriately adjusting these values can enhance our ability to detect features within the quantum atmosphere. It is noteworthy to observe that quantum features of fields do not entirely dissipate in the quantum atmosphere region, indicating that tasks related to quantum information processing can still be executed there. | 最近、量子大気の概念がホーキング量子の潜在的な起源として導入された。 本研究では、ブラックホール近傍の2モードガウス状態の量子コヒーレンスを探索することにより、量子場の特性を調査する。 この状態では、ホーキング量子は量子大気領域に起源を持つ。 連続可変量子状態における、物理的にアクセス可能な量子コヒーレンスと物理的にアクセス不可能な量子コヒーレンスの両方が、量子大気の特徴的な性質を明確に示すことが実証された。 具体的には、これらの状態の量子コヒーレンスは、正規化距離の変化に伴って連続的に変化し、事象の地平線のすぐ外側で急激に減少（または増加）した後、徐々に増加（または減少）して安定する。 この挙動は、ブラックホールの事象の地平線のみに起源を持つ量子コヒーレンスの挙動とは対照的である。 これらの場の量子的特徴は、量子大気に起因する特性を明確に反映しており、ホーキング放射の起源に関する理解を深める。 また、連続可変コヒーレンスは、準備状態のスクイージングパラメータと場の周波数の両方に大きく依存することも明らかになった。 したがって、これらの値を適切に調整することで、量子大気内の特徴を検出する能力を高めることができます。 注目すべきは、場の量子特性が量子大気領域で完全に消散しないという点です。 これは、量子情報処理に関連するタスクが依然としてそこで実行可能であることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We revisit the Hawking evaporation history of low-temperature rotating black holes by taking into consideration the strong quantum fluctuations known to be present in the near-horizon, near-$\mathrm{AdS_2}$ throat region governed by an effective action that includes Schwarzian and two gauge modes. Imposing compatibility of this quantum framework with the semiclassical results creates a novel link between the particle angular momentum and the black hole electric charge before and after emission, leading to a nontrivial interplay between the superradiance effect and other channels. We evaluate single scalar (neutral and charged) emission of Kerr-Newman and single and di-particle emission of photons, gravitons and spinors in the Kerr spacetime. We uncover that quantum corrections may affect late time evaporation rates, which further slows down the whole evaporation process because of the near-balance between the $s$-wave channel and the superradiance channel. Specifically, we find energy decay of the form $E(t)\sim t^{-8/21}$ for scalar emission of a small, slowly rotating and charged black hole which differs from the analogous spherically symmetric quantum correction of $E(t)\sim t^{-2/5}$ already suppressed with respect to the semiclassical rate of $E(t)\sim t^{-1}$. We also discuss the quantum cross section for rotating black holes and point out various new features. | 我々は、シュワルツモードと2つのゲージモードを含む有効作用によって支配される地平線近傍の $\mathrm{AdS_2}$ スロート領域に存在することが知られている強い量子ゆらぎを考慮に入れて、低温回転ブラックホールのホーキング蒸発履歴を再検討する。 この量子フレームワークと半古典的な結果との互換性を課すことで、放出前後の粒子角運動量とブラックホール電荷の間に新しいつながりが生まれ、超放射効果と他のチャネルとの間の重要な相互作用につながる。 我々は、カー・ニューマンの単一スカラー（中性および荷電）放出と、カー時空における光子、重力子、スピノルの単一および双粒子放出を評価する。 我々は、量子補正が遅い時間の蒸発速度に影響を与える可能性があり、$s$波チャネルと超放射チャネル間のほぼ均衡のために、蒸発プロセス全体がさらに遅くなることを明らかにする。 具体的には、小さくゆっくりと回転する荷電ブラックホールからのスカラー放射に対して、$E(t)\sim t^{-8/21}$ の形のエネルギー減衰が見られることを見出した。 これは、半古典的速度 $E(t)\sim t^{-1}$ に関して既に抑制されている球対称量子補正 $E(t)\sim t^{-2/5}$ とは異なる。 また、回転ブラックホールの量子断面積についても議論し、様々な新しい特徴を指摘する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black holes are among the most compelling predictions of general relativity (GR) and are now strongly supported by observations from gravitational-wave detectors and the Event Horizon Telescope (EHT). While standard black hole solutions suffer from central singularities, regular black holes avoid this issue by introducing a nonsingular core. In this work, we extend the Dymnikova regular black hole to higher dimensions using a smooth matter distribution. The resulting spacetime features a de Sitter-like core and two horizons. We analyze photon motion and show that circular photon orbits remain unstable, giving rise to a well-defined black hole shadow. Our results indicate that the shadow size grows with the black hole scale but decreases slightly as the number of dimensions increases. We also investigate thermodynamic properties, including Hawking temperature and energy emission, and find a strong dependence on dimensionality. Finally, we compare our model with EHT observations to place constraints on the parameters and highlight potential observational signatures of higher-dimensional regular black holes. | ブラックホールは一般相対性理論（GR）の最も説得力のある予測の一つであり、現在では重力波検出器とイベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）による観測によって強く裏付けられています。 標準的なブラックホール解は中心特異点の影響を受けますが、通常のブラックホールは非特異コアを導入することでこの問題を回避しています。 本研究では、滑らかな物質分布を用いて、ディムニコワ正規ブラックホールを高次元に拡張します。 結果として得られる時空は、ド・ジッター型コアと2つの地平線を特徴とします。 光子の運動を解析し、円形の光子軌道が不安定なままであり、明確に定義されたブラックホールシャドウが生じることを示します。 結果は、シャドウのサイズがブラックホールのスケールとともに大きくなるものの、次元数が増加するとわずかに小さくなることを示しています。 また、ホーキング温度やエネルギー放出などの熱力学的特性も調査し、次元数に強く依存することを発見しました。 最後に、本モデルをEHTの観測結果と比較し、パラメータに制約を設け、高次元正規ブラックホールの潜在的な観測的特徴を明らかにします。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the impact of gravitational wave (GW) dephasing due to gas accretion on the subtraction of massive black hole (MBH) binary signals over 4 yr of LISA data in the context of the global-fit. Based on state of the art predictions for the population of merging MBHs, we show that imperfect subtraction with vacuum waveform templates leaves a GW residual with an SNR of $3.2^{+5.4}_{-1.9}\times \sqrt{f_{\rm Edd} \langle \dot n \rangle/(20\, {\rm yr}^{-1})}$, where $f_{\rm Edd}$ is the typical Eddington ratio and $\langle \dot n \rangle$ the mean merger rate of LISA MBH binaries. We characterize the dependence of the residual on key population hyper-parameters, provide a simple fitting function and discuss detection and mitigation strategies. | 我々は、ガス集積による重力波（GW）の位相ずれが、巨大ブラックホール（MBH）連星信号の減算に及ぼす影響を、LISAデータ4年間分にわたってグローバルフィッティングの観点から調査した。 合体するMBHの集団に関する最新の予測に基づき、真空波形テンプレートを用いた不完全な減算では、SNRが$3.2^{+5.4}_{-1.9}\times \sqrt{f_{\rm Edd} \langle \dot n \rangle/(20\, {\rm yr}^{-1})}$となるGW残差が残ることを示す。 ここで、$f_{\rm Edd}$は典型的なエディントン比、$\langle \dot n \rangle$はLISA MBH連星の平均合体率である。 残差が主要な母集団のハイパーパラメータにどのように依存するかを特徴付け、単純なフィッティング関数を提供し、検出と軽減の戦略について説明します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The theory of $f(R)$ gravity with constant curvature (i.e. constant scalar curvature) admits rotating and charged black hole solutions obtained from the Kerr-Newman-(A)dS metrics of general relativity through appropriate rescalings of the metric parameters. In this paper, we focus on the Kerr-Newman-de Sitter case and present a unified analytic treatment of the horizon structure and its physical properties, allowing for a transparent comparison between general relativity and $ f(R)$ gravity with constant curvature. We solve the quartic equation determining the horizon locations and derive closed analytic expressions for the horizon radii. Focusing on extremal configurations, we obtain analytic formulas for the squared rotation parameter $ a^2 $ and the inverse square of the curvature radius $ l^{-2} $ as functions of the horizon location and the electric charge. For generic values of these parameters, the extremality conditions are non-universal, reducing to the familiar Kerr-Newman bound only in the limit of vanishing background curvature. We identify an ultra-extremal configuration in which $ a^2 $ attains its maximal value at zero charge and decreases monotonically to zero as the charge approaches its limiting value, while $ l^{-2 }$ increases correspondingly. As an illustrative example, we show that black holes with charge $ q=M/2 $ necessarily possess a minimum rotation, which emerges naturally as an intersection point in our analytic description of $ a^2 $ and $ l^{-2 }$, when embedded in a universe characterized by a critical value of $ l^{-2} $ (equivalently, the scalar curvature or the cosmological constant). Finally, we demonstrate that when the mass satisfies $ M^2= (a^2+q^2)(1-a^2/l^2)$, the quartic horizon equation factorizes, leading in the extremal regime to a chiral-like horizon structure that allows only the outer-cosmological horizon merger. | 定曲率（すなわち定スカラー曲率）の$f(R)$重力理論は、一般相対論のKerr-Newman-(A)dS計量から計量パラメータを適切に再スケーリングすることで得られる回転ブラックホール解と荷電ブラックホール解を許容する。 本論文では、Kerr-Newman-de Sitterの場合に焦点を当て、地平線構造とその物理的特性の統一的な解析的取り扱いを提示し、一般相対論と定曲率$f(R)$重力との透過的な比較を可能にする。 地平線の位置を決定する4次方程式を解き、地平線半径の閉じた解析的表現を導出する。 極限構成に焦点を当て、地平線の位置と電荷の関数として、回転パラメータの2乗$ a^2 $と曲率半径の逆2乗$ l^{-2} $の解析的公式を得る。 これらのパラメータの一般的な値に対しては、極限条件は非普遍的であり、背景曲率がゼロになる極限においてのみ、よく知られたカー・ニューマンの限界に帰着する。 我々は、電荷ゼロで $ a^2 $ が最大値に達し、電荷が極限値に近づくにつれて単調にゼロに減少する一方で、$ l^{-2 }$ がそれに応じて増加する超極限構成を特定する。 例として、電荷 $ q=M/2 $ を持つブラックホールは必然的に最小回転を持つことを示す。 これは、臨界値 $ l^{-2} $（スカラー曲率または宇宙定数と同等）で特徴付けられる宇宙に埋め込まれている場合、$ a^2 $ と $ l^{-2 }$ の解析的記述における交点として自然に現れる。 最後に、質量が$ M^2= (a^2+q^2)(1-a^2/l^2)$を満たすとき、4次の地平線方程式が因数分解され、極限領域で外部宇宙論的地平線の合体のみを許容するカイラルのような地平線構造につながることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The current standard model of cosmology assumes that the majority of matter in the Universe is made of dark matter, and that the latter is fundamentally different from ordinary matter. Dark matter can in principle explain the rotation of galaxies, the gravitational lensing from galaxy clusters or the appearance of the cosmic microwave background, the oldest light in the Universe. But does dark matter really exist? Here, we review the history of this concept and its implications for the formation and evolution of galaxies. We also consider the questions that remain, the limitations of the model, and present alternative theories, in particular modifications to the gravitional law that would -- perhaps -- make it possible to do without it. | 現在の標準宇宙論モデルは、宇宙の物質の大部分が暗黒物質で構成されており、暗黒物質は通常の物質とは根本的に異なると仮定しています。 暗黒物質は原理的には、銀河の回転、銀河団からの重力レンズ効果、あるいは宇宙最古の光である宇宙マイクロ波背景放射の出現を説明できます。 しかし、暗黒物質は本当に存在するのでしょうか？本稿では、この概念の歴史と、それが銀河の形成と進化に及ぼす影響について考察します。 また、残された疑問やモデルの限界についても考察し、代替理論、特に重力法則の修正によって（おそらく）暗黒物質なしで宇宙を生き延びることが可能になるかもしれない、といった理論を提示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a powerful new diagnostics by which the running of scalar spectral index of primordial density fluctuations can be tightly and independently constrained. This new diagnostics utilizes coherent rotation of void galaxies, which can be observed as redshift asymmetry in opposite sides dichotomized by the projected spin axes of hosting voids. Comparing the numerical results from the AbacusSummit of cosmological simulations, we derive a non-parametric model for the redshift asymmetry distribution of void galaxies, which turns out to be almost universally valid for a very broad range of cosmologies including dynamic dark energy models with time-dependent equation of states as well as the $Λ$CDM models with various initial conditions. We discover that the universality of this model breaks down only if the running of scalar spectral index deviates from zero, detecting a consistent trend that a more positive (negative) running yields a lower (higher) redshift asymmetry of voids than the model predictions. Given that non-standard inflations usually predict non-zero runnings of the spectral index and that the redshift asymmetry distribution of voids is a readily observable quantity, we conclude that this new diagnostics will pave another path toward understanding the true mechanism of inflation. | 我々は、原始密度揺らぎのスカラースペクトル指数の変動を厳密に独立に制約できる強力な新診断法を提示する。 この新診断法は、ボイド銀河のコヒーレント回転を利用する。 これは、ホストとなるボイドの投影されたスピン軸によって二分された、反対側の赤方偏移非対称性として観測される。 AbacusSummit宇宙論シミュレーションの数値結果と比較することで、ボイド銀河の赤方偏移非対称性分布のノンパラメトリックモデルを導出する。 このモデルは、時間依存状態方程式を持つ動的ダークエネルギーモデルや、様々な初期条件を持つ$Λ$CDMモデルなど、非常に広範な宇宙論においてほぼ普遍的に有効であることが判明した。 このモデルの普遍性は、スカラースペクトル指数のランニングがゼロから逸脱した場合にのみ破綻することを発見しました。 ランニングが正（負）になるほど、ボイドの赤方偏移非対称性はモデル予測よりも低（高）くなるという一貫した傾向が検出されました。 非標準的なインフレーションでは通常、スペクトル指数のランニングがゼロではないことが予測され、ボイドの赤方偏移非対称性分布は容易に観測可能な量であることから、この新しい診断法はインフレーションの真のメカニズムを理解するための新たな道を切り開くと結論付けています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Testing Lorentz symmetry in strong gravitational fields provides a promising probe of extensions to general relativity. The supermassive black hole Sgr~A* and the orbit of the S-stars offer a laboratory for such tests in a regime beyond weak field limit. We analyze the S2 orbital data focusing on the Schwarzschild-like black hole within bumblebee gravity, where deviations from general relativity are encoded in a single Lorentz-violating parameter $\ell$. Using a full 14-dimensional Markov Chain Monte Carlo analysis under uniform and Gaussian priors, we obtain $\ell = {-8.01 \times 10^{-5}}^{+2.77 \times 10^{-4}}_{-2.09 \times 10^{-4}} $ and $\ell = {1.00 \times 10^{-5}}^{+2.90 \times 10^{-4}}_{-2.91 \times 10^{-4}} $ at $1σ$ confidence level, respectively. These constraints are about three orders of magnitude tighter than those from Event Horizon Telescope imaging of Sgr~A*. | 強い重力場におけるローレンツ対称性の検証は、一般相対論の拡張を探る有望な手がかりとなる。 超大質量ブラックホールSgr~A*とS型星の軌道は、弱磁場限界を超えた領域におけるそのような検証のための実験室を提供する。 我々は、一般相対論からの逸脱が単一のローレンツ対称性を破るパラメータ$\ell$に符号化されている、マルハナバチ重力内のシュワルツシルト型ブラックホールに焦点を当て、S2軌道データを解析する。 一様分布およびガウス分布を用いた14次元マルコフ連鎖モンテカルロ解析により、信頼度$1σ$において、それぞれ$\ell = {-8.01 \times 10^{-5}}^{+2.77 \times 10^{-4}}_{-2.09 \times 10^{-4}} $および$\ell = {1.00 \times 10^{-5}}^{+2.90 \times 10^{-4}}_{-2.91 \times 10^{-4}} $が得られる。 これらの制約は、Sgr~A*のイベント・ホライズン・テレスコープによる画像から得られる制約よりも約3桁厳しい。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper employs the backward ray tracing method to study the optical images of neutron stars under the conditions of a spherical light source and a thin accretion disk, considering a polynomial equation of state given by $p = K ρ^{1 + 1/n_c}$. By numerically solving the TOV equations, we obtain the interior solutions of neutron stars for different densities. The results indicate that as the polynomial index $n_c$ increases, the mass, radius, and compactness of the neutron star all increase, which has a significant impact on its optical properties. Under the assumption that the light is truncated at the surface of the neutron star, we find that for a spherical light source, an increase in $n_c$ leads to an enlargement of the Einstein ring radius. For a thin accretion disk, the light intensity always reaches its maximum at the surface of the neutron star. The increase in $n_c$ also causes the outline of the neutron star to grow. When the observer inclination angle $θ_o$ changes, the neutron star's outline deforms from a circular shape to a D shape, with the left side being significantly brighter than the right side. In addition, this paper also investigates the distribution characteristics of the redshift factor. At lower observer inclination angles, gravitational redshift dominates, while at higher inclination angles, the Doppler effect induces noticeable blueshift. Compared to the Schwarzschild black hole, the optical appearance of the neutron star shows significant differences. The study provides a theoretical basis for distinguishing neutron stars from black holes using high-resolution imaging and for constraining the equation of state. | 本論文では、$p = K ρ^{1 + 1/n_c}$ で与えられる多項式状態方程式を考慮し、逆光線追跡法を用いて球状光源と薄い降着円盤の条件下で中性子星の光学像を調べる。 TOV 方程式を数値的に解くことで、異なる密度の中性子星の内部解を得る。 結果は、多項式指数 $n_c$ が増加すると、中性子星の質量、半径、コンパクトさがすべて増加し、それがその光学特性に大きな影響を与えることを示しています。 光が中性子星の表面で切断されるという仮定の下で、球状光源の場合、$n_c$ の増加はアインシュタインリング半径の拡大につながることがわかった。 薄い降着円盤の場合、光強度は常に中性子星の表面で最大に達する。 $n_c$の増加は中性子星の輪郭線も拡大させる。 観測者の傾斜角$θ_o$が変化すると、中性子星の輪郭線は円形からD字型に変形し、左側が右側よりも著しく明るくなる。 さらに、本論文では赤方偏移因子の分布特性も調査している。 観測者の傾斜角が低い場合、重力による赤方偏移が支配的であるのに対し、傾斜角が高い場合、ドップラー効果によって顕著な青方偏移が生じる。 シュワルツシルトブラックホールと比較すると、中性子星の光学的な外観には大きな違いが見られる。 本研究は、高解像度画像を用いて中性子星とブラックホールを区別し、状態方程式を制約するための理論的根拠を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this article, we investigate the cosmological viability of a modified symmetric teleparallel gravity model within the $f(Q)$ framework. We derive observational constraints on the model parameters by performing a Markov Chain Monte Carlo analysis using a combined dataset consisting of cosmic chronometers, PantheonPlus SH0ES, and DESI BAO DR2. Our analysis yields the best-fit values for the model parameters $m=-0.386 \pm 0.090$ and $n=-1.055 \pm 0.047$, along with the cosmological parameters at present: $H_0 = 73.19 \pm 0.25$, $q_0 = -0.51 \pm 0.6$, and $ω_{0} = -0.73 \pm 0.3$, at 68\% CL. Furthermore, we examine the physical behavior of the model, focusing on the effective equation of state and deceleration parameter. Our findings indicate that the model experiences a transition from the early deceleration phase to the late-time cosmic acceleration, and the transition occurs at a redshift $z_{tr} = 0.573$. We also analyse the $om(z)$ diagnostic, which reflects a positive slope, supporting the behavior of the equation of state parameter in the quintessence region. | 本稿では、$f(Q)$ 枠組みにおいて、修正対称テレパラレル重力モデルの宇宙論的実現可能性を検証する。 宇宙クロノメータ、PantheonPlus SH0ES、DESI BAO DR2 からなる複合データセットを用いてマルコフ連鎖モンテカルロ解析を行い、モデルパラメータに対する観測的制約を導出する。 解析の結果、モデルパラメータ $m=-0.386 \pm 0.090$ および $n=-1.055 \pm 0.047$ の最適値が得られた。 また、現在の宇宙論パラメータ $H_0 = 73.19 \pm 0.25$、$q_0 = -0.51 \pm 0.6$、$ω_{0} = -0.73 \pm 0.3$ が 68\% CL で得られた。 さらに、有効状態方程式と減速パラメータに焦点を当て、モデルの物理的挙動を検証する。 その結果、モデルは初期減速段階から後期宇宙加速段階への遷移を経験し、その遷移は赤方偏移$z_{tr} = 0.573$で起こることが示唆される。 また、正の傾きを示す$om(z)$診断も解析し、クインテッセンス領域における状態方程式パラメータの挙動を支持する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a covariant Hamiltonian formulation of the Mathisson-Papapetrou-Tulczyjew-Dixon dynamics at quadratic order in spin under the Tulczyjew-Dixon spin supplementary condition (TD SSC). In four-dimensional, type-D Einstein (vacuum/$Λ$-vacuum) spacetimes admitting a non-degenerate Killing-Yano (KY) tensor, we reduce via a Dirac bracket to the 10-dimensional physical phase space and model the quadratic sector with a spin-induced quadrupole characterized by a deformability $κ$ ($κ=1$ for black-hole--like; $κ\neq 1$ for material or exotic compact objects). For $κ=1$, we construct five independent first integrals -- an autonomous Hamiltonian, two KY-generated Killing invariants, a linear Rüdiger constant, and a quadratic Carter-Rüdiger constant -- establishing Liouville-Arnold integrability at quadratic order in spin. For $κ\neq 1$, the symmetry-generated invariants are not conserved in general and integrability does not persist at this order. The proof proceeds via covariant Poisson-bracket computations using a null bivector decomposition; Kerr is recovered as a special case. These results show that integrability can persist beyond Kerr and beyond the linear-in-spin regime, laying groundwork for symmetry-based, beyond-Kerr modelling of asymmetric-mass, spinning compact binaries. | トゥルチジェフ-ディクソンスピン補足条件（TD SSC）の下で、スピンの二次秩序におけるマティソン-パパペトロウ-トゥルチジェフ-ディクソンダイナミクスの共変ハミルトニアン定式化を発展させる。 非縮退キリング-ヤノ（KY）テンソルを許容する4次元D型アインシュタイン（真空/$Λ$-真空）時空において、ディラック括弧を介して10次元物理位相空間に縮退し、変形係数$κ$（ブラックホール状では$κ=1$、物質的またはエキゾチックコンパクト天体では$κ\neq 1$）を特徴とするスピン誘起四重極子を持つ二次セクターをモデル化する。 $κ=1$の場合、5つの独立した第一積分（自律ハミルトニアン、2つのKY生成キリング不変量、線形リュディガー定数、および二次カーター・リュディガー定数）を構築し、スピンの二次オーダーでリウヴィル・アーノルド積分可能性を確立する。 $κ\neq 1$の場合、対称性生成不変量は一般に保存されず、このオーダーでは積分可能性は持続しない。 証明は、ヌルバイベクトル分解を用いた共変ポアソン括弧計算によって進められ、カーは特別なケースとして回復される。 これらの結果は、積分可能性がカーを超えて、またスピンの線形領域を超えて持続できることを示しており、非対称質量回転コンパクト連星の対称性に基づくカーを超えたモデリングの基礎を築くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Certain approaches to quantum gravity, such as the one based on the concept of purely virtual particles (fakeons), sacrifice the cause-effect relation at very small scales to reconcile renormalizability with unitarity. Other developments have also urged caution regarding the idea of causality as a fundamental principle. In this paper, we examine the problem from multiple perspectives, including locality and predictivity, and extend the existing skepticism in several directions. Emphasizing the impact of unruly "disruptors", we point out that the illusory arrow of time associated with causality and predictivity is inherently statistical. This renders the cause-effect relation strained at the microscopic level. We also show that causation is a borderline concept that demands belief in entities which can act on nature without being part of it. Ultimately, not only is renouncing microcausality a reasonable price to pay for a consistent and predictive theory of quantum gravity (as is the one based on the fakeon idea), but the very notion of causality is misleading. Resting as it does on metaphysical assumptions, it should therefore be abandoned in fundamental physics. | 純粋仮想粒子（フェイクオン）の概念に基づくものなど、量子重力への特定のアプローチは、繰り込み可能性とユニタリー性を調和させるために、非常に小さなスケールにおける因果関係を犠牲にしている。 他の発展もまた、因果関係を基本原理とする考え方に関して注意を促している。 本論文では、局所性や予測可能性を含む複数の観点からこの問題を考察し、既存の懐疑論を複数の方向に拡張する。 手に負えない「撹乱要因」の影響を強調し、因果関係と予測可能性に関連する幻想的な時間の矢は本質的に統計的であることを指摘する。 これは、微視的レベルでの因果関係を歪ませる。 また、因果関係は、自然の一部となることなく自然に作用できる実体の存在を信じることを要求する、境界線上の概念であることを示す。 結局のところ、ミクロ因果律を放棄することは、量子重力理論の一貫性と予測可能性（フェイクオン理論に基づく理論もその一つ）を得るための妥当な代償であるだけでなく、因果律という概念自体が誤解を招くものである。 因果律は形而上学的な仮定に基づいているため、基礎物理学においては放棄されるべきである。 |