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| Original Text | 日本語訳 |
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| Extreme mass ratio inspirals (EMRIs) provide unique probes of near-horizon dissipation through the tidal heating. We present a full Bayesian analysis of tidal heating in equatorial eccentric EMRIs by performing injection-recovery studies and inferring posterior constraints on the reflectivity parameter $|\mathcal{R}|^2$ while sampling in the full EMRI parameter space. We find that in the strong-field regime the posterior uncertainties are smaller, indicating a stronger constraining capability on the tidal heating. Using two-year signals with an optimal signal-to-noise ratio (SNR) of $ρ=50$, EMRIs can put bounds on $|\mathcal{R}|^2$ at the level of $10^{-3}$--$ 10^{-4}$ for a rapidly spinning central object. Moreover, we show that neglecting the tidal heating can induce clear systematic biases in the intrinsic parameters of the EMRI system. These results establish EMRIs as promising precision probes for detecting and constraining black hole event horizons. | 極限質量比インスパイラル（EMRI）は、潮汐加熱による地平線近傍の散逸を観測する独自の手法である。 本研究では、赤道偏心EMRIにおける潮汐加熱の完全なベイズ解析を行う。 これは、EMRIパラメータ空間全体をサンプリングし、入射・回収法を用いて反射率パラメータ$|\mathcal{R}|^2$に対する事後制約を推定することで実現する。 強磁場領域では事後不確実性が小さく、潮汐加熱に対する制約能力が強いことを示唆している。 最適な信号対雑音比（SNR）$ρ=50$の2年間の信号を用いることで、EMRIは高速回転する中心天体に対して、$|\mathcal{R}|^2$に10^{-3}～10^{-4}レベルの境界を設けることができる。 さらに、潮汐加熱を無視すると、EMRIシステムの固有パラメータに明確な系統的バイアスが生じる可能性があることを示した。 これらの結果により、EMRIはブラックホールの事象の地平線を検出し、その限界を制限するための有望な精密プローブとなることが示された。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We compute the entanglement entropy across a Rindler horizon in scalar field theory with Yukawa interaction. Starting from a microscopic scalar-mediator theory in flat spacetime, we integrate out the massive mediator to obtain a quadratic but nonlocal effective kernel that determines the ground-state wavefunctional. The reduced density matrix for a single Rindler wedge is constructed explicitly by tracing over the complementary wedge, allowing the entanglement entropy to be evaluated directly from the kernel without replica or geometric methods. Exploiting translational invariance parallel to the horizon, the problem decomposes into independent transverse momentum sectors that reduce effectively to one-dimensional nonlocal systems and can be diagonalized analytically in the weak-coupling regime. The interaction-induced entropy obeys an area law, with leading corrections controlled by the Yukawa screening mass and logarithmically sensitive to the transverse ultraviolet cutoff, reflecting the localization of correlations near the horizon. Although the modular Hamiltonian depends on the Rindler acceleration, the entanglement spectrum and entropy are independent of this choice, demonstrating the observer-independent nature of vacuum entanglement. Our framework provides a direct and microscopically transparent approach to computing interaction-induced corrections to horizon entanglement using nonlocal effective kernels. | 湯川相互作用を含むスカラー場の理論において、リンドラー地平線を横切るエンタングルメントエントロピーを計算する。 平坦時空における微視的スカラーメディエータ理論から出発し、質量を持つメディエータを積分することで、基底状態波動関数を決定する二次関数だが非局所的な有効核を得る。 単一のリンドラーウェッジに対する縮約密度行列は、相補ウェッジをトレースすることで明示的に構築され、レプリカ法や幾何学的手法を用いることなく、核から直接エンタングルメントエントロピーを評価することができる。 地平線に平行な並進不変性を利用することで、この問題は独立した横方向運動量セクターに分解され、これらは実質的に1次元非局所系に縮約され、弱結合領域において解析的に対角化できる。 相互作用誘起エントロピーは面積則に従い、主要補正は湯川遮蔽質量によって制御され、横方向紫外カットオフに対して対数的に敏感であり、これは地平線近傍における相関の局在を反映している。 モジュラーハミルトニアンはリンドラー加速に依存しますが、エンタングルメントスペクトルとエントロピーはこの選択とは独立であり、真空エンタングルメントが観測者に依存しない性質を持つことを示しています。 私たちの枠組みは、非局所有効カーネルを用いて、地平エンタングルメントに対する相互作用誘起補正を直接的かつ微視的に透過的に計算するアプローチを提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Using the convergent Leaver method, we investigate the quasinormal modes of a massive scalar field propagating in the background of the Casadio--Fabbri--Mazzacurati brane-world black hole. We show that the spectrum exhibits two distinct types of modes, depending on their behavior as the field mass $μ$ increases. In one class, the real oscillation frequency decreases and eventually approaches zero, while in the other the damping rate tends to vanish. When either the real or imaginary part of the frequency reaches zero, the corresponding mode disappears from the spectrum, and the first overtone replaces it. | 収束リーバー法を用いて、カサディオ-ファブリ-マッザクラティ膜世界ブラックホールの背景を伝播する質量を持つスカラー場の準正規モードを調べる。 スペクトルは、場の質量$μ$の増加に伴う挙動に応じて、2つの異なるタイプのモードを示すことを示す。 一方のクラスでは、実振動周波数は減少し、最終的にはゼロに近づくが、もう一方のクラスでは減衰率はゼロになる傾向がある。 周波数の実部または虚部のいずれかがゼロに達すると、対応するモードはスペクトルから消失し、第一倍音に置き換わる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The dense Galactic Center environment is expected to host compact binary inspirals detectable by future space-borne gravitational wave (GW) observatories (e.g., LISA, TianQin, Taiji) in the millihertz band. Aided by information from these facilities, next-generation ground-based GW detectors (e.g., Cosmic Explorer, Einstein Telescope) can potentially capture gravitational radiation in the hectohertz band from rapidly spinning neutron star (NS) components in such binaries. These Galactic Center systems are thus anticipated to act as dual-line (i.e., low-frequency inspiral and high-frequency spin) GW sources. However, the formation channels of these systems remain largely unexplored. In this \textit{Letter}, we propose that the von Zeipel-Lidov-Kozai (ZLK) effect can enhance the formation of dual-line GW sources in hierarchical triples involving the Galactic supermassive black hole, Sgr A*. We show that ZLK-driven oscillations in the eccentricity and inclination of the inner binary can modulate the GW emission from both the binary inspiral and the individual NS spins. This effect boosts the expected dual-line source count by a factor of $\sim 3$, from rare to $\mathcal{O}(1)$ in 4 years, making dual-line observations substantially more probable. Our results demonstrate that the ZLK effect provides an important formation channel for Galactic dual-line GW sources. | 高密度の銀河中心環境には、将来の宇宙搭載重力波（GW）観測所（LISA、天琴、太極など）によってミリヘルツ帯で検出可能なコンパクトな連星インスパイラルが存在すると予想されています。 これらの施設からの情報を活用することで、次世代の地上重力波検出器（コズミック・エクスプローラー、アインシュタイン望遠鏡など）は、このような連星系内の高速回転する中性子星（NS）成分からヘクトヘルツ帯の重力波を捉えることができる可能性があります。 したがって、これらの銀河中心系は、低周波インスパイラルと高周波スピンの二重線重力波源として機能することが期待されています。 しかしながら、これらの系の形成経路については、まだほとんど解明されていません。 この\textit{Letter}では、フォン・ツァイペル・リドフ・コザイ（ZLK）効果が、銀河系の超大質量ブラックホールSgr A*を含む階層的三連星における二重線重力波源の形成を促進する可能性があることを提案する。 我々は、ZLKによって駆動される内側の連星の離心率と傾斜角の振動が、連星のインスパイラルスピンと個々のNSスピンの両方からの重力波放射を変調できることを示す。 この効果により、予想される二重線源の数は$\sim 3$倍、つまり4年でまれな数から$\mathcal{O}(1)$まで増加し、二重線観測の可能性が大幅に高まる。 我々の結果は、ZLK効果が銀河系の二重線重力波源の重要な形成経路を提供することを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The double copy is by now a well-established relationship between scattering amplitudes and classical solutions in gauge and gravity (field) theories, and is itself inspired by amplitude relations in string theory. In this paper, we generalise the classical double copy to the motion of strings, taking as a case study the motion of an open string in a background abelian gauge field. We argue that the double copy of this situation is a closed string moving in a spacetime background arising as the double copy of the gauge theory background. The gauge theory background we consider is that of a constant electric field, which has a critical value beyond which the open string motion is pathological. We find no counterpart of this behaviour in the double copy, and interpret this result. We then examine how the closed string nevertheless still knows about the single copy gauge theory. Our results pave the way for more systematic study of the double copy in a classical string context, thus going beyond the KLT relations for amplitudes in flat space. | 二重コピーは、ゲージ理論および重力（場）理論における散乱振幅と古典解との関係として、今や確立された関係であり、弦理論における振幅関係に着想を得ている。 本論文では、背景アーベルゲージ場における開弦の運動を事例として、古典的な二重コピーを弦の運動に一般化する。 この状況における二重コピーは、ゲージ理論背景の二重コピーとして生じた時空背景中を運動する閉弦であると主張する。 本論文で対象とするゲージ理論背景は、一定電場であり、その臨界値を超えると開弦の運動は異常となる。 二重コピーにおいてこの挙動に対応するものは見られず、この結果を解釈する。 次に、閉弦がどのようにして単一コピーのゲージ理論を認識し続けるのかを検証する。 本研究の結果は、古典的な弦の文脈における二重コピーのより体系的な研究への道を開き、平坦空間における振幅に関するKLT関係式を超えるものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate vacuum polarization on the event horizon of a Schwarzschild black hole carrying a global monopole. For a massless scalar field $Ψ$ in the Hartle-Hawking state and with arbitrary curvature coupling, we compute the renormalized vacuum expectation value $\langle Ψ^2 \rangle_{\textrm{ren}}$. The monopole produces a solid-angle deficit and makes the spacetime non-Ricci-flat. Working perturbatively in the monopole parameter $η$ and retaining terms through $O(η^2)$, we find that $\langle Ψ^2 \rangle_{\textrm{ren}}$ on the horizon splits into two contributions: a genuinely monopole-induced term evaluated at the horizon and the usual Schwarzschild result - with the event horizon radius modified by the presence of $η$. Our result parallels earlier analyses for Schwarzschild black holes pierced by a cosmic string. | 我々は、大域的モノポールを持つシュワルツシルトブラックホールの事象の地平線上の真空分極を調べた。 ハートル・ホーキング状態にあり、任意の曲率結合を持つ質量ゼロのスカラー場 $Ψ$ に対して、正規化された真空の期待値 $\langle Ψ^2 \rangle_{\textrm{ren}}$ を計算した。 モノポールは立体角の不足を生じ、時空を非リッチ平坦にする。 モノポールパラメータ $η$ について摂動論的に検討し、項を $O(η^2)$ を通して保持すると、地平線上の $\langle Ψ^2 \rangle_{\textrm{ren}}$ が2つの寄与に分かれることを見出した。 1つは地平線で評価される純粋にモノポールによって誘起される項、もう1つは事象の地平線の半径が $η$ の存在によって修正される通常のシュワルツシルトの結果である。 我々の結果は、宇宙ひもが貫通するシュワルツシルトブラックホールに関する以前の解析と一致している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the propagation of massless scalar waves in static, spherically symmetric Lorentz-violating wormhole spacetimes within a geometric-optical framework. Starting from a general metric characterized by an arbitrary lapse function and areal radius, we derive curvature invariants, establish regularity conditions at the wormhole throat, and reduce the Klein-Gordon equation to a Helmholtz-type radial wave equation. This formulation naturally leads to a position- and frequency-dependent effective refractive index determined by the underlying spacetime geometry and Lorentz-violating structure, resulting in effective frequency-dependent wave-optical behavior. We show that divergences of the refractive index coincide with Killing horizons, while curvature-induced turning points control reflection, transmission, and confinement of scalar waves. By analyzing constant, linear, and quadratic lapse profiles, we identify horizonless transmission regimes, asymmetric wave propagation, and multi-horizon trapping structures. Our results reveal that Lorentz violation can significantly modify wave-optical properties of curved spacetime, generating graded-index analogues and geometric confinement of modes without curvature singularities. This unified optical perspective provides a robust framework for investigating wave scattering, resonances, and potential observational signatures in Lorentz-violating gravitational backgrounds. | 静的で球対称なローレンツ非保存ワームホール時空における質量ゼロのスカラー波動の伝播を、幾何光学的枠組みを用いて研究する。 任意の減衰関数と面積半径によって特徴付けられる一般的な計量から出発し、曲率不変量を導出し、ワームホールの喉部における正則性条件を確立し、クライン・ゴルドン方程式をヘルムホルツ型ラジアル波動方程式に簡約する。 この定式化は、基盤となる時空幾何とローレンツ非保存構造によって決定される位置および周波数依存の有効屈折率を自然に導き、結果として有効周波数依存の波動光学的挙動をもたらす。 屈折率の発散はキリング地平線と一致し、曲率誘起の転換点はスカラー波の反射、透過、および閉じ込めを制御することを示す。 定数、線形、および二次の減衰プロファイルを解析することにより、地平線のない透過領域、非対称な波動伝播、および複数地平線トラッピング構造を特定する。 我々の研究結果は、ローレンツ対称性の破れが曲がった時空の波動光学的性質を大きく変化させ、屈折率分布型類似体や曲率特異点のないモードの幾何学的閉じ込めを生み出す可能性があることを明らかにした。 この統一的な光学的視点は、ローレンツ対称性を破る重力背景における波動散乱、共鳴、そして潜在的な観測的特徴を調査するための強固な枠組みを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the collapse and possible bounce of dust in quantum-inspired gravity models with spherical symmetry. Starting from a wide class of spherically symmetric spacetimes, we write down the covariant Hamiltonian constraints that under dynamical flow give rise to metrics of many spherically symmetric gravity models. Gravity is minimally coupled to a dust field. The constraint equations are solved for the Hamiltonian evolution and simple equations for the location of the outer boundary of the dust versus time and the apparent horizons in terms of shape functions are obtained. The dust density is not assumed to be homogeneous inside the collapsing ball. In many cases, the effective quantum gravity effects stop the collapse of the dust matter field, then causes the dust field to expand thus creating a bounce at a minimum radius and avoiding the classical singularity. Using this formalism, we examine several quantum-inspired gravity metrics to obtain bounce results either previously obtained by different methods or new results. | 球対称性を持つ量子重力モデルにおけるダストの崩壊と跳ね返りの可能性を研究する。 幅広い球対称時空を出発点として、力学的流れの下で多くの球対称重力モデルの計量を生み出す共変ハミルトニアン制約を書き下ろす。 重力はダスト場と最小限に結合している。 制約方程式をハミルトニアン発展について解き、ダストの外側境界の位置と時間、および形状関数による見かけの地平線に関する簡単な方程式を得る。 ダスト密度は、崩壊する球体内で均一であるとは仮定されない。 多くの場合、有効量子重力効果はダスト物質場の崩壊を止め、その後ダスト場を膨張させることで最小半径での跳ね返りを引き起こし、古典的特異点を回避する。 この形式論を用いて、いくつかの量子重力計量を検討し、以前に異なる手法で得られた、あるいは新たな結果を含む跳ね返りの結果を得る。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a class of exact, dynamical, and fully analytic solutions describing regular black holes formed via the gravitational collapse of matter obeying a generalized polytropic equation of state. Starting from a Vaidya-type geometry with a radially dependent mass function, we demonstrate that regularization of the Kiselev solutions can be achieved through a physically motivated modification of the energy density profile. This procedure leads to nonsingular spacetimes with a de~Sitter core and finite curvature invariants at the center. We show that the resulting matter content is naturally described by a generalized polytropic equation of state of the form $P=αρ-ζρ^γ$, where the polytropic index $γ$ is uniquely determined by the regularization scheme. Within this framework, we obtain exact dynamical generalizations of several well-known regular black hole solutions, including the Hayward and Bardeen spacetimes, as particular cases corresponding to specific values of the polytropic parameters. Remarkably, the requirement that the equation of state remains coordinate independent imposes a universal constraint relating the regularization scale to the mass function, which in turn guarantees the existence of a regular de~Sitter core with a curvature scale independent of the black hole mass. Our results provide a unified analytic description of Hayward-like and Bardeen-like black holes emerging from gravitational collapse, offering a consistent effective-matter interpretation rooted in generalized polytropic matter. | 一般化されたポリトロープ状態方程式に従う物質の重力崩壊によって形成される正則ブラックホールを記述する、厳密で力学的かつ完全に解析的な解のクラスを提示する。 径方向に依存する質量関数を持つヴァイディア型幾何学から出発し、エネルギー密度プロファイルの物理的に動機付けられた修正によってキセレフ解の正則化が達成できることを示す。 この手順は、デ・シッター核と中心における有限曲率不変量を持つ非特異時空をもたらす。 結果として得られる物質量は、$P=αρ-ζρ^γ$ の形の一般化ポリトロープ状態方程式によって自然に記述されることを示す。 ここで、ポリトロープ指数 $γ$ は正則化スキームによって一意に決定される。 この枠組みの中で、ヘイワード時空とバーディーン時空を含むいくつかのよく知られた正則ブラックホール解の厳密な力学的一般化を、ポリトロープパラメータの特定の値に対応する特別なケースとして得る。 注目すべきことに、状態方程式が座標非依存であるという要件は、正則化スケールと質量関数を関連付ける普遍的な制約を課し、ひいてはブラックホール質量に依存しない曲率スケールを持つ正規ド・ジッター核の存在を保証する。 我々の研究結果は、重力崩壊から出現するヘイワード型およびバーディーン型ブラックホールの統一的な解析的記述を提供し、一般化されたポリトロープ物質に根ざした一貫した有効物質解釈を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present the first fully non-linear evolutions of binary neutron star mergers in a moving-punctures approach in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet gravity. We study both linear and quadratic-type couplings between the scalar and the Gauss-Bonnet invariant, and uncover new post-merger phenomena. These include an enhancement of the prompt collapse of a long-lived hyper-massive neutron star remnant and cases where the remnant develops a scalar configuration due to different scalarisation instabilities. This study initiates the exploration of beyond-General-Relativistic effects enhanced by the non-linear dynamics of the neutron star's fluid. | 我々は、アインシュタイン・スカラー・ガウス・ボネ重力におけるムービングパンクチャー法を用いて、連星中性子星合体の完全非線形発展を初めて示す。 スカラー不変量とガウス・ボネ不変量との間の線形および二次型の結合を研究し、合体後の新たな現象を明らかにする。 これらの現象には、長寿命の超大質量中性子星残骸の即発崩壊の促進や、異なるスカラー化不安定性によって残骸がスカラー配置を形成するケースなどが含まれる。 本研究は、中性子星流体の非線形ダイナミクスによって促進される一般相対論的効果の探究の糸口となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The $f(R, T)$ theory of gravity extends general relativity (GR) by allowing the gravitational Lagrangian to depend on both the Ricci scalar $R$ and the trace of the energy-momentum tensor $T$. The resulting matter-geometry coupling introduces additional dynamical effects that may account for the late-time acceleration of the universe without invoking dark energy. In the present work, we focus instead on the early-time regime and investigate the corresponding quantum cosmological dynamics. We analyze a Friedmann--Lemaitre--Robertson--Walker (FLRW) universe within the $f(R, T)$ framework, employing Schutz's perfect fluid formalism to extract a time parameter emerging from the matter sector itself. This approach is particularly well motivated in $f(R, T)$ gravity, where the coupling between geometry and the energy-momentum tensor's trace makes matter an active participant in the dynamics of spacetime and the evolution of cosmic time. The gravitational Hamiltonian, canonical momenta, and potential are derived, leading to the corresponding Schrödinger--Wheeler--DeWitt (SWDW) equation. The wave function of the universe is obtained for specific forms of $f(R, T)$, and the results are compared with previous studies in $f(R)$ and $f(R, T)$ models, highlighting the role of matter-geometry coupling in the emergence of quantum cosmological dynamics. | 重力の$f(R, T)$理論は、重力ラグランジアンがリッチスカラー$R$とエネルギー運動量テンソル$T$のトレースの両方に依存できるようにすることで、一般相対論（GR）を拡張する。 結果として生じる物質と幾何学の結合は、暗黒エネルギーを考慮せずに宇宙の後期加速を説明できる可能性のある追加の力学効果をもたらす。 本研究では、代わりに初期時間領域に焦点を当て、対応する量子宇宙論的ダイナミクスを調査する。 $f(R, T)$枠組み内でフリードマン-ルメートル-ロバートソン-ウォーカー（FLRW）宇宙を解析し、シュッツの完全流体形式を用いて物質セクター自体から生じる時間パラメータを抽出する。 このアプローチは、幾何学とエネルギー運動量テンソルのトレースとの結合によって物質が時空のダイナミクスと宇宙時間の発展に積極的に関与する$f(R, T)$重力において特に有効である。 重力ハミルトニアン、正準運動量、およびポテンシャルを導出し、対応するシュレーディンガー-ホイーラー-デウィット（SWDW）方程式を導く。 宇宙の波動関数は特定の形式の$f(R, T)$に対して得られ、その結果は$f(R)$および$f(R, T)$模型における先行研究と比較され、量子宇宙論ダイナミクスの出現における物質-幾何学結合の役割が強調される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The no-cloning theorem forbids the creation of identical copies of qubits, thereby imposing strong limitations on quantum technologies. A recently-proposed protocol, encrypted cloning, showed, however, that the creation of perfect clones is theoretically possible - if the clones are simultaneously encrypted with a single-use decryption key. It has remained an open question, however, whether encrypted cloning is stable under hardware noise and thus practical as a quantum primitive. This is nontrivial because spreading quantum information widely could dilute it until barely exceeding the noise level, leading to catastrophic fidelity decay. Given the complexity of hardware noise, theory and classical simulation are insufficient to settle this. Here, we settle this question experimentally, on IBM Heron-R2 superconducting processors using up to 154 qubits. We find that encrypted cloning is stable under hardware noise, even when used as a module, namely in parallel, series or interleaved, while preserving pre-existing entanglement. This establishes it as a versatile quantum primitive for practical use, and it necessitates a refinement to our understanding of the no-cloning theorem: quantum information can be spread at will, in theory and in practice, without dilution or degradation, if encrypted or obscured. The actual constraint is that the decryption mechanism must be single-use. | 複製禁止定理は量子ビットの同一コピーの作成を禁じており、量子技術に大きな制約を課しています。 しかしながら、最近提案されたプロトコルである暗号化複製は、クローンが使い捨ての復号鍵で同時に暗号化されている場合、完全なクローンの作成が理論的に可能であることを示しました。 しかしながら、暗号化複製がハードウェアノイズ下で安定であり、量子プリミティブとして実用的であるかどうかは依然として未解決の問題です。 量子情報を広く拡散させると、ノイズレベルをわずかに超える程度まで希釈され、致命的な忠実度の低下につながる可能性があるため、これは容易ではありません。 ハードウェアノイズの複雑さを考えると、理論と古典的シミュレーションだけではこの問題を解明するには不十分です。 本研究では、最大154量子ビットを使用するIBM Heron-R2超伝導プロセッサを用いて、この問題を実験的に解明します。 暗号化複製は、モジュールとして、つまり並列、直列、またはインターリーブで使用した場合でも、既存のエンタングルメントを維持しながら、ハードウェアノイズ下で安定であることを発見しました。 これにより、量子情報は実用化可能な汎用的な量子プリミティブとして確立され、複製禁止定理の理解をさらに深める必要が生じます。 量子情報は、暗号化または難読化されている場合、理論上も実践上も、希釈や劣化なく、自由に拡散できるというものです。 実際の制約は、復号メカニズムが使い捨てでなければならないということです。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Astrophysical black holes are embedded in surrounding dark and baryonic matter that can measurably perturb the spacetime. We construct a self-consistent spacetime describing a slowly rotating black hole embedded in an external matter distribution, modeling the surrounding dark matter halo as an anisotropic fluid. Working within the slow-rotation approximation, we capture leading-order spin and frame-dragging effects while retaining analytic transparency. We show that the presence and rotation of the halo induce distinct deviations from the vacuum black hole geometry, modifying inertial frame dragging, equatorial circular geodesics, the light ring, the innermost stable circular orbit, and radial and vertical epicyclic frequencies. These effects produce systematic shifts in orbital constants of motion and the locations of epicyclic resonances. In particular, the epicyclic frequency ratios develop nonmonotonic behavior, such as local minima. We further demonstrate that these features depend on the angular velocity of the surrounding fluid, reflecting the interplay between environmental gravity and frame dragging. Our results demonstrate that environmental and rotational effects can leave observable imprints on precision strong-field probes, particularly extreme mass-ratio inspirals, where small corrections accumulate over many orbital cycles. This work provides a minimal and extensible framework for incorporating realistic astrophysical environments into strong-field tests of gravity with future space-based gravitational-wave detectors. | 天体ブラックホールは、周囲の暗黒物質およびバリオン物質に埋め込まれており、それらは時空を測定可能なほどに摂動させる。 我々は、外部物質分布に埋め込まれたゆっくりと回転するブラックホールを記述する自己無撞着な時空を構築し、周囲の暗黒物質ハローを異方性流体としてモデル化する。 低速回転近似を用いて、解析的透明性を保ちながら、主要次スピンおよびフレームドラッグ効果を捉える。 ハローの存在と回転は、真空ブラックホールの幾何学から明確な逸脱を引き起こし、慣性フレームドラッグ、赤道円測地線、光環、最内側の安定円軌道、そして径方向および垂直方向の周回円周周波数を変化させることを示す。 これらの効果は、軌道運動定数と周回円共鳴の位置を系統的に変化させる。 特に、周回円周周波数比は、局所最小値などの非単調な挙動を示す。 さらに、これらの特徴は周囲の流体の角速度に依存し、環境重力とフレームドラッグの相互作用を反映していることを実証する。 我々の研究結果は、環境および自転の影響が精密強磁場プローブ、特に極端に質量比の大きいインスパイラルにおいて観測可能な痕跡を残す可能性があることを実証している。 このインスパイラルでは、小さな補正が多くの軌道周期にわたって蓄積される。 本研究は、将来の宇宙設置型重力波検出器を用いた強磁場重力試験に現実的な天体物理学的環境を組み込むための、最小限かつ拡張可能な枠組みを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Massive scalar charges are ubiquitous in extensions to General Relativity and the Standard Model in particle physics. We describe spectral methods which can accurately construct the spacetime of rotating black holes with dimensionless spin up to $a \leq 0.8$ surrounded by massive scalar fields nonminimally coupled to spacetime curvature. We consider axi dilaton, dynamical Chern Simons, and scalar Gauss Bonnet couplings, and obtain leading order solutions for both the scalar field and the associated metric modifications. Our method accurately resolves massive scalar fields with Compton wavelengths as short as 5 times the black hole mass, achieving residual errors $\lesssim 10^{-5}$, and yields the corresponding leading order spacetime modifications with residual errors $\lesssim 10^{-3}$. Using the constructed spacetimes, we computes the leading-order shifts in the surface gravity and the angular velocity of the event horizon, important information for computing the quasinormal modes. These results pave the way to incorporate massive scalar charges into electromagnetic observations and gravitational-wave detections of black holes, potentially enabling new probes of fundamental scalar degrees of freedom. | 質量を持つスカラー電荷は、素粒子物理学における一般相対論と標準モデルの拡張において広く用いられている。 我々は、時空曲率と非最小結合した質量スカラー場によって囲まれた、最大 $a \leq 0.8$ の無次元スピンを持つ回転ブラックホールの時空を正確に構築できるスペクトル法について述べる。 軸ディラトン、動的チャーン・シモンズ結合、およびスカラー・ガウス・ボネ結合を考慮し、スカラー場と関連する計量修正の両方について主要な解を得る。 本手法は、ブラックホール質量の5倍という短いコンプトン波長を持つ質量スカラー場を正確に解くことができ、残差誤差は $\lesssim 10^{-5}$ 未満である。 また、対応する主要な時空修正も残差誤差 $\lesssim 10^{-3}$ 未満で得られる。 構築した時空を用いて、表面重力の主要次数シフトと事象の地平線の角速度を計算します。 これらは準正規モードを計算する上で重要な情報です。 これらの結果は、質量を持つスカラー電荷を電磁気観測やブラックホールの重力波検出に組み込む道を開き、スカラーの基本自由度の新たな探査を可能にする可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This thesis investigates cosmological particle production within Quantum Field Theory in Curved Spacetimes, both as a dark matter mechanism and through analog simulations using Bose-Einstein condensates. While a full theory of Quantum Gravity remains elusive, studying quantum fields on curved backgrounds provides essential insights into the early Universe. We focus on how dynamical spacetimes, particularly during inflation, generate particles from spectator fields influenced solely by geometry. The work is divided into four parts. Part I establishes the theoretical framework, covering cosmology, inflation, and the principles of analog gravity. Part II analyzes particle production in various inflationary models, showing that scalar and vector fields can account for observed dark matter abundance, especially through tachyonic instabilities. Part III explores BEC experiments, mapping phonons to scalar fields in expanding universes. We demonstrate the reconstruction of expansion histories, reinterpret production as a scattering problem, and propose methods to measure entanglement between produced pairs. Finally, Part IV addresses quantum vacuum ambiguities and the impact of non-adiabatic transitions during the "switch-on" and "switch-off" of expansion. Ultimately, this work highlights the viability of cosmological particle production for dark matter and the power of analog experiments to enhance our understanding of quantum effects in curved spacetimes. | 本論文は、曲がった時空における量子場の理論に基づき、宇宙論的粒子生成を、暗黒物質メカニズムとして、またボーズ・アインシュタイン凝縮体を用いたアナログシミュレーションを通して考察する。 量子重力理論の完全版は未だ解明されていないが、曲がった背景における量子場の研究は、初期宇宙に関する重要な知見をもたらす。 本研究では、特にインフレーション期の動的時空が、幾何学のみの影響を受けた傍観者場からどのように粒子を生成するかに焦点を当てる。 本研究は4部に分かれている。 第1部では、宇宙論、インフレーション、アナログ重力の原理を網羅する理論的枠組みを構築する。 第2部では、様々なインフレーションモデルにおける粒子生成を解析し、観測される暗黒物質の存在量を、特にタキオン不安定性を通して、スカラー場とベクトル場によって説明できることを示す。 第3部では、BEC実験を考察し、膨張宇宙におけるフォノンをスカラー場にマッピングする。 膨張履歴の再構築を示し、生成を散乱問題として再解釈し、生成された粒子対間のエンタングルメントを測定する方法を提案する。 最後に、第4部では、量子真空の曖昧性と、膨張の「スイッチオン」と「スイッチオフ」における非断熱遷移の影響について考察する。 最終的に、本研究は、暗黒物質のための宇宙論的粒子生成の実現可能性と、曲がった時空における量子効果の理解を深めるためのアナログ実験の威力を強調する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Motivated by recent accurate measurements of disk/jet coprecessions around some galactic supermassive black holes, the accelerations experienced by an uncharged, spinless object in the Kerr metric, written in harmonic coordinates, are analytically calculated up to the formal second post-Newtonian order. To such a level, some new accelerations make their appearance. They are proportional to even and odd powers of the hole's angular momentum. Their counterparts are not known where the primary is a material body. After expressing them in a coordinate-independent, vector form valid for any orientations of the hole's spin axis in space, their orbital effects are perturbatively worked out in terms of the particle's Keplerian orbital elements. The resulting expressions, averaged over one orbital revolution, are valid for generic shapes and inclinations of the orbit. The orbital plane's precession proportional to the first power of the hole's angular momentum and to the reciprocal of the fourth power of the speed of light amounts to about twenty per cent of the corresponding Lense-Thirring effect. The latter is believed to be the cause of the accurately measured disk/jet precessional phenomenology, currently measured to a few per cent accuracy. Although at a lesser extent, also the precession proportional to the second power of the hole's spin and to the reciprocal of the fourth power of the speed of light is measurable. Allowed domains in the parameter space of the jet precession around M87$^\ast$ are displayed. | 銀河の超大質量ブラックホールの周囲でディスク/ジェットの共歳差運動が最近正確に測定されたことに着想を得て、カー計量における無荷電・無スピン物体が受ける加速度（調和座標系で表記）が、ポストニュートンの形式的第二秩序まで解析的に計算された。 このレベルに達すると、いくつかの新しい加速度が出現する。 それらは、ブラックホールの角運動量の偶数乗と奇数乗に比例する。 主ブラックホールが物質体である場合の対応する加速度は未知である。 それらを、ブラックホールの自転軸の空間方向を問わず有効な座標非依存のベクトル形式で表した後、その軌道効果を粒子のケプラー軌道要素を用いて摂動論的に計算する。 得られた式は、1軌道公転にわたって平均化され、軌道の一般的な形状と傾斜角に対して有効である。 ホールの角運動量の1乗と光速の4乗の逆数に比例する軌道面の歳差運動は、対応するレンズ・サーリング効果の約20%を占める。 後者は、現在数%の精度で測定されている、正確に測定されたディスク／ジェット歳差運動現象の原因であると考えられている。 また、より低い精度ではあるが、ホールの自転の2乗と光速の4乗の逆数に比例する歳差運動も測定可能である。 M87$^\ast$周辺のジェット歳差運動のパラメータ空間における許容領域が示されている。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper examines a recently introduced class of regular black holes that can form from the collapse of a polytropic star with an arbitrary polytropic index. This class has a de Sitter core and reduces to the Bardeen and Hayward black holes when the polytropic index is chosen appropriately. We demonstrate that this class of black holes is sourced by a nonlinear electrodynamics Lagrangian in $d$ dimensions and that its regularity stems from the presence of magnetic charge. We analyze the energy conditions and study the photon spheres analytically and the shadows numerically. Then, we compare our results with observations. Additionally, we present the thermodynamic properties of this class of black holes, including their temperature, entropy, and heat capacity. We also examine their thermodynamic stability. Finally, we generalize the Oppenheimer-Snyder-Datt collapse scenario to this $d$-dimensional class of black holes and study stellar collapse into them, as well as the evolution of the star's surface, the apparent horizon, and the event horizon. | 本論文では、任意のポリトロープ指数を持つポリトロープ星の崩壊によって形成される可能性のある、最近導入された規則的なブラックホールのクラスを考察する。 このクラスはド・ジッター核を持ち、ポリトロープ指数を適切に選択することでバーディーンブラックホールとヘイワードブラックホールに帰着する。 このクラスのブラックホールは、d次元の非線形電気力学ラグランジアンによって生成され、その規則性は磁荷の存在に由来することを示す。 エネルギー条件を解析し、光子球を解析的に、影を数値的に研究する。 そして、その結果を観測結果と比較する。 さらに、このクラスのブラックホールの温度、エントロピー、熱容量などの熱力学的特性を示す。 また、その熱力学的安定性も検証する。 最後に、オッペンハイマー・スナイダー・ダットの崩壊シナリオをこのd次元ブラックホールクラスに一般化し、これらのブラックホールへの恒星の崩壊、ならびに恒星表面、見かけの地平線、事象の地平線の進化を考察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We show that scalar field fluctuations alone can drive cosmic acceleration, provided the universe is spatially closed and the Compton wavelength of the field exceeds the radius of curvature. This mechanism may open new perspectives on inflation and dark energy, which could arise from a gas of sufficiently light bosons in a closed universe. | 宇宙が空間的に閉じており、かつそのコンプトン波長が曲率半径を超えている場合、スカラー場の揺らぎのみで宇宙の加速を駆動できることを示す。 このメカニズムは、閉じた宇宙における十分に軽いボソンからなるガスから生じる可能性のあるインフレーションとダークエネルギーに関する新たな視点を切り開く可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the interplay between genuine entanglement harvesting and communication mediated correlations for local particle detectors in expanding cosmological spacetimes. Focusing on a conformally coupled scalar field in de Sitter spacetime, we analyze how spacetime expansion induces interference between these two sources of entanglement when the detectors are in causal contact. We compare two physically distinct detector models: detectors whose spatial profile expands with the Universe, and detectors whose proper size remains fixed despite cosmological expansion. We find that the lack of time-reversal symmetry in cosmological settings generically leads to constructive or destructive interference between communication mediated correlations and harvested field correlations, dramatically affecting the entanglement that detectors can acquire. In particular, rapid expansion can suppress entanglement entirely for expanding detectors through destructive interference, even when both communication and field correlations are individually large, whereas detectors that maintain a fixed proper size remain capable of acquiring significant entanglement. Our results show that cosmological expansion qualitatively reshapes the balance between communication and harvesting, and that the detector internal cohesion (whether it expands with the Universe or not) plays a crucial role in determining whether detectors' entanglement can survive in rapidly expanding universes. | 我々は、膨張宇宙時空における局所粒子検出器における真のエンタングルメント・ハーベスティングと通信を介した相関の相互作用を調査する。 ド・ジッター時空における共形結合スカラー場に焦点を当て、検出器が因果的に接触している際に、時空膨張がこれら2つのエンタングルメント源間の干渉をどのように誘発するかを解析する。 我々は、物理的に異なる2つの検出器モデル、すなわち空間プロファイルが宇宙と共に膨張する検出器と、宇宙膨張にもかかわらず固有サイズが一定のままである検出器を比較する。 宇宙論的設定における時間反転対称性の欠如は、一般的に通信を介した相関とハーベスティングされた場の相関の間に建設的または破壊的な干渉をもたらし、検出器が獲得できるエンタングルメントに劇的な影響を与えることを発見した。 特に、通信と場の相関がそれぞれ大きい場合でも、急速な膨張は相殺的干渉によって膨張する検出器のエンタングルメントを完全に抑制することができる。 一方、固定された固有サイズを維持する検出器は、依然として大きなエンタングルメントを獲得することができる。 私たちの研究結果は、宇宙の膨張が通信と収集のバランスを質的に変化させ、検出器の内部凝集性（宇宙とともに膨張するかどうか）が急速に膨張する宇宙で検出器のエンタングルメントが存続できるかどうかを決定する上で重要な役割を果たしていることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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We numerically construct a one-parameter family of critical spacetimes in arbitrary continuous dimensions D>3. This generalizes Choptuik's D=4 solution to spherically symmetric massless scalar-field collapse at the threshold of D-dimensional Schwarzschild-Tangherlini black hole formation. We refer to these solutions, which share the discrete self-similarity of their four-dimensional counterpart, as critical spacetime crystals. Our main results are the echoing period and Choptuik exponent of the crystals as continuous functions of D, with detailed data for the interval 3.05| 我々は、任意の連続次元 D>3 における 1 パラメータの臨界時空族を数値的に構築する。 これは、D 次元シュワルツシルト-タンゲルリーニ ブラックホール形成の閾値における球対称な質量ゼロのスカラー場の崩壊に対するチョプトゥイクの D=4 解を一般化するものである。 4 次元の解と同様に離散自己相似性を持つこれらの解を、臨界時空結晶と呼ぶ。 主な結果は、結晶のエコー周期とチョプトゥイク指数を D の連続関数として、区間 3.05 | |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We adopt the improved Reall-Santos method to obtain the leading-order perturbative correction of the quadratic curvature invariants to the on-shell Euclidean action of rotating anti-de Sitter (AdS) black holes in general $D$ dimensions. The corresponding Gibbs free energy is a function of thermodynamic variables, temperature and angular velocities, which are unperturbed in this approach. | 我々は、一般の$D$次元における回転反ド・ジッター（AdS）ブラックホールのオンシェルユークリッド作用に対する二次曲率不変量の主次摂動補正を求めるために、改良されたレオール・サントス法を採用する。 対応するギブス自由エネルギーは、このアプローチでは摂動されない熱力学変数、温度、および角速度の関数である。 |