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| Original Text | 日本語訳 |
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| Recent cosmological observations show hints for possible deviations from the standard $Λ$CDM paradigm at late times. To study such deviation, we introduce a minimal phenomenological framework in which the total equation of state of the Universe, $w_{\rm T}(z)$, follows a logistic evolution motivated by a renormalization group like flow between cosmological fixed points. This approach directly reconstructs $w_{\rm T}(z)$ probed by background observables, without assuming a specific dark energy model. Using DESI-DR2 baryon acoustic oscillation measurements, DES-Dovekie latest supernova data, and CMB distance priors, we find that the logistic parametrization provides an improved fit compared to $Λ$CDM and remains competitive with standard dynamical dark energy models. The inferred expansion history exhibits noticeable deviations from $Λ$CDM at low redshifts, reflected in the reconstructed jerk parameter. While the statistical significance of these deviations is model-dependent, our results highlight the potential of flow-inspired parametrizations as a complementary and physically interpretable framework for probing late-time cosmic dynamics. | 最近の宇宙論的観測は、後期宇宙において標準的なΛCDMモデルからの逸脱の可能性を示唆している。 このような逸脱を研究するために、我々は、宇宙の全状態方程式$w_{\rm T}(z)$が、宇宙論的固定点間の繰り込み群のような流れによって動機づけられたロジスティック進化に従うという最小限の現象論的枠組みを導入する。 このアプローチは、特定のダークエネルギーモデルを仮定することなく、背景観測量によって探査された$w_{\rm T}(z)$を直接再構築する。 DESI-DR2バリオン音響振動測定、DES-Dovekie最新の超新星データ、およびCMB距離事前分布を用いて、ロジスティックパラメータ化はΛCDMモデルと比較して適合性が向上し、標準的な動的ダークエネルギーモデルと同等の性能を維持することがわかった。 推測される膨張履歴は、低赤方偏移においてΛCDMモデルからの顕著な逸脱を示し、再構築されたジャークパラメータに反映されている。 これらの偏差の統計的有意性はモデルに依存するものの、我々の結果は、流れに着想を得たパラメーター化が、後期宇宙のダイナミクスを調査するための補完的かつ物理的に解釈可能な枠組みとして有望であることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| By viewing Einstein's field equations -- reduced to two dimensions -- as an integrable system, one can simultaneously obtain exact solutions to both the equations themselves and their associated Lax pair via a canonical Wiener-Hopf factorisation of a so-called monodromy matrix. In this article, we review this remarkable interplay between gravitational field equations, integrable systems, Riemann-Hilbert problems, and Wiener-Hopf factorisation theory, with particular emphasis on developments from the past decade enabled by advances in Wiener-Hopf factorisation techniques arising from the study of singular integral equations and Toeplitz operators. Through a variety of concrete examples, we illustrate how Wiener-Hopf factorisation yields explicit, exact solutions to the field equations of gravitational theories, and how its generalisation through a so-called $τ$-invariance property provides a new solution-generating method. Along the way, we aim to demonstrate the importance of an interdisciplinary approach -- grounded in General Relativity, Complex Analysis, and Operator Theory -- for the study of gravitational field equations. | アインシュタインの場の方程式を2次元に縮小して積分可能なシステムとみなすことで、いわゆるモノドロミー行列の標準的なウィーナー・ホップ分解を通して、方程式自体とそれに関連するラックス対の両方の厳密解を同時に得ることができます。 本稿では、重力場の方程式、積分可能なシステム、リーマン・ヒルベルト問題、ウィーナー・ホップ分解理論の間のこの注目すべき相互作用を概説し、特に特異積分方程式とトープレッツ作用素の研究から生じたウィーナー・ホップ分解技術の進歩によって可能になった過去10年間の発展に重点を置きます。 さまざまな具体的な例を通して、ウィーナー・ホップ分解が重力理論の場の方程式の明示的な厳密解をどのように与えるか、また、いわゆるτ不変性によるその一般化が新しい解生成方法をどのように提供するかを示します。 その過程で、一般相対性理論、複素解析、作用素論に基づいた学際的なアプローチが、重力場方程式の研究にとって重要であることを示すことを目指します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We analytically investigate a quantum estimation method for a mechanical oscillator in a detuned cavity system based solely on homodyne measurement records, building on the framework developed by C.Meng et al. (Science Advances 8, 7585 (2022)). Estimation based only on measurement records is important because it enables state verification without assuming knowledge of the true system state. We construct a relative estimate operator from causal and anti-causal quantum Wiener filters and calculate its variance. The deviation from the causal conditional variance is defined as a reconstruction bias, whose magnitude is evaluated analytically. We show that, within experimentally relevant parameter regimes for typical quantum-state preparation, the reconstruction bias is sufficiently small to be neglected. As applications to state verification, we apply the method to proposals for macroscopic quantum entanglement mediated by electromagnetic interactions and for conditional momentum-squeezed states generated by homodyne detection, and clarify the conditions under which the bias remains negligible and when the reconstruction bias becomes significant. | 本稿では、C.Mengらが開発したフレームワーク（Science Advances 8, 7585 (2022)）に基づき、ホモダイン測定記録のみに基づく、デチューンされたキャビティシステム内の機械振動子の量子推定法を解析的に検討する。 測定記録のみに基づく推定は、真のシステム状態に関する知識を仮定することなく状態検証を可能にするため重要である。 我々は、因果的および反因果的な量子ウィーナーフィルタから相対推定演算子を構築し、その分散を計算する。 因果的条件付き分散からの偏差は再構成バイアスとして定義され、その大きさは解析的に評価される。 我々は、典型的な量子状態準備のための実験的に関連するパラメータ領域内では、再構成バイアスは無視できるほど十分に小さいことを示す。 状態検証への応用として、我々は、電磁相互作用によって媒介される巨視的量子もつれと、ホモダイン検出によって生成される条件付き運動量スクイーズド状態の提案にこの方法を適用し、バイアスが無視できる条件と再構成バイアスが重要になる条件を明らかにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In a recent paper arXiv:2205.06279, Danielson et al. demonstrated that the mere presence of a black hole causes universal decoherence of quantum superpositions (dubbed the DSW decoherence). This result has profound implications for the interplay of quantum mechanics and gravity. We analyze decoherence in a superconducting analogue arXiv:1709.06154 of the event horizon of a black hole, where Andreev reflection plays the role of Hawking radiation. We consider a normal metal interferometer threaded by an Aharonov-Bohm flux, where one of the arms of the interferometer is coupled to a superconductor by a tunnel coupling of varying strength. At absolute zero and for weak coupling, we find that the scattering states of the interferometer are decohered by Andreev reflection, a nontrivial manifestation of the proximity effect analogous to DSW decoherence from the event horizon of a black hole. However, for increasing coupling strength to the superconductor, we find a reemergence of coherence via resonant tunneling through Andreev bound states. This suggests the existence of an analogue gravitational phenomenon wherein transmission mediated by virtual Hawking radiation leads to a reemergence of coherence in an interferometer placed within a few Compton wavelengths of a black hole's event horizon. Our results open a new path to study black hole quantum physics on earth via analogue studies. | 最近の論文 arXiv:2205.06279 で、Danielson らは、ブラックホールの存在だけで量子重ね合わせの普遍的なデコヒーレンス (DSW デコヒーレンスと呼ばれる) を引き起こすことを実証しました。 この結果は、量子力学と重力の相互作用に重大な意味を持ちます。 我々は、ブラックホールの事象の地平線の超伝導アナログ arXiv:1709.06154 におけるデコヒーレンスを分析します。 ここでは、アンドレーエフ反射がホーキング放射の役割を果たします。 我々は、アハロノフ・ボーム流が貫通する通常の金属干渉計を考えます。 干渉計のアームの 1 つは、強度が変化するトンネル結合によって超伝導体に結合されています。 絶対零度で弱い結合の場合、干渉計の散乱状態はアンドレーエフ反射によってデコヒーレンスされることがわかっています。 これは、ブラックホールの事象の地平線からの DSW デコヒーレンスに類似した近接効果の非自明な現れです。 しかし、超伝導体との結合強度を高めると、アンドレーエフ束縛状態を介した共鳴トンネル効果によってコヒーレンスが再び出現することがわかった。 これは、仮想ホーキング放射によって媒介される透過によって、ブラックホールの事象の地平線から数コンプトン波長以内に配置された干渉計でコヒーレンスが再び出現するという、類似の重力現象の存在を示唆している。 我々の研究結果は、類似の研究を通して地球上でブラックホールの量子物理学を研究する新たな道を開くものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We establish curvature inequalities and rigidity results for surfaces satisfying constant mean curvature type conditions in both Riemannian and Lorentzian geometry. In the Riemannian setting we study constant mean curvature (CMC) surfaces in three-dimensional manifolds with scalar curvature bounds. Building on the Christodoulou-Yau inequality $H^2\leq 16π/ |Σ|$ (with $H$ the mean curvature and $|Σ|$ the area), we show that the associated rigidity phenomena persist under a weaker notion of stability controlling only the constant mode of the second variation, combined with an extrinsic curvature sign condition. This yields Euclidean rigidity without imposing intrinsic symmetry or near-roundness assumptions and extends to higher dimensions and to the hyperbolic and spherical settings. In the Lorentzian setting we consider spacetime constant mean curvature (STCMC) surfaces, a natural generalization of CMC surfaces. We introduce a stability theory for STCMC surfaces and prove the sharp inequality $|\vec{H}|^2\leq 16π/ |Σ|$ under the dominant energy condition. We also obtain rigidity for the equality case: under suitable geometric assumptions the surface is intrinsically round and the spacetime region it bounds is flat, with maximal globally hyperbolic development isometric to a causal diamond in Minkowski spacetime. Finally, we show that the canonical asymptotic STCMC foliations known in both the spacelike and null settings have leaves that are stable with respect to this notion of stability. | リーマン幾何学とローレンツ幾何学の両方において、定平均曲率型の条件を満たす曲面に対する曲率不等式と剛性結果を確立する。 リーマン幾何学においては、スカラー曲率の境界を持つ3次元多様体における定平均曲率（CMC）曲面を研究する。 クリストドゥル・ヤウの不等式 $H^2\leq 16π/ |Σ|$（$H$は平均曲率、$|Σ|$は面積）に基づき、関連する剛性現象が、第2変分の定常モードのみを制御するより弱い安定性の概念と、外在的な曲率符号条件との組み合わせの下で持続することを示す。 これにより、内在的な対称性やほぼ円形であるという仮定を課すことなくユークリッド剛性が得られ、高次元や双曲的、球面的な設定にも拡張される。 ローレンツ幾何学においては、CMC曲面の自然な一般化である時空定平均曲率（STCMC）曲面を考察する。 本稿では、STCMC曲面の安定性理論を導入し、支配エネルギー条件の下で厳密な不等式 $|\vec{H}|^2\leq 16π/ |Σ|$ を証明する。 また、等号が成り立つ場合の剛性も示す。 適切な幾何学的仮定の下では、曲面は本質的に円形であり、曲面が境界とする時空領域は平坦で、ミンコフスキー時空における因果ダイヤモンドと等長な、最大グローバル双曲的発展を持つ。 最後に、空間的設定とヌル設定の両方で知られている標準的な漸近的STCMC葉層構造は、この安定性の概念に関して安定な葉を持つことを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate dyonic nonlinearly scalarized black holes in Einstein-Maxwell-scalar theory. The domain of existence of scalarized dyonic black holes consists of three branches. The cold branch and the hot branch bifurcate at a minimal value of the charge, analogous to the purely electrically charged scalarized black holes. However, the presence of both charges allows for regular extremal black holes, leading to a third branch featuring a sudden plunge in Hawking temperature. In fact, the presence of both electromagnetic charges introduces a factor $Δ(φ)$ in the source term of scalar field equations that vanishes when the coupling function $f(φ)$ equals the ratio of the charges for some value of the scalar field $φ_c$. The scalar field of extremal black holes assumes precisely this value at the horizon, $φ_H=φ_c$. We demonstrate the plunge for the coupling function $f(φ)=\exp(αφ^3)$. | アインシュタイン・マクスウェル・スカラー理論における、ダイオン非線形スカラー化ブラックホールを研究する。 スカラー化ダイオンブラックホールの存在領域は3つの分岐からなる。 コールド分岐とホット分岐は、電荷の最小値で分岐し、純粋に電気的に帯電したスカラー化ブラックホールと類似している。 しかし、両方の電荷が存在すると、通常の極限ブラックホールが可能になり、ホーキング温度が急激に低下する第3の分岐が生じる。 実際、両方の電磁電荷が存在すると、スカラー場方程式のソース項に因子$Δ(φ)$が導入されるが、結合関数$f(φ)$がスカラー場$φ_c$のある値に対する電荷の比に等しいときにこの因子は消滅する。 極限ブラックホールのスカラー場は、事象の地平線でまさにこの値$φ_H=φ_c$をとる。 結合関数$f(φ)=\exp(αφ^3)$の場合に急激な低下が起こることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the sensitivity required for a future space-based detector to search for beyond general relativity effect in gravitational wave detection. To do this, we use the current design of TianQin, LISA, and $μ$Ares as starting points, and study how their key noise parameters should be improved to adequately detect some target signals, for which we choose a nonlinear ringdown mode, displacement memory, and a putative beyond general relativity signal, all from the merger of massive black hole binaries. We find that the required improvements are strongly dependent on the choice of the target signals and the population model of massive black hole binaries, and $4-9$ orders of magnitude improvement will be needed in the most demanding detection scenarios. | 我々は、重力波検出において一般相対性理論を超える効果を探索するための将来の宇宙ベースの検出器に必要な感度を研究する。 このために、我々はTianQin、LISA、およびμAresの現在の設計を出発点として、いくつかのターゲット信号を適切に検出するために、それらの主要なノイズパラメータをどのように改善すべきかを研究する。 ターゲット信号としては、非線形リングダウンモード、変位メモリ、および一般相対性理論を超える可能性のある信号（いずれも大質量ブラックホール連星の合体によるもの）を選択する。 必要な改善は、ターゲット信号の選択と大質量ブラックホール連星の集団モデルに大きく依存し、最も要求の厳しい検出シナリオでは4～9桁の改善が必要になることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the Energy Conditions in modified $f(G)$ gravity, with $G$ being the topological Gauss-Bonnet term. Then we use the cosmographic parameters to constrain the functional form of the gravitational action and investigate the possibility to have standard inflation in the early time. Specifically, we select models containing symmetries within the modified $f(\G)$ theory and obtain conditions for which i) the energy conditions can be violated and ii) the magnitude of the slow-roll parameters is small, thus suggesting that under given limits the analyzed theory can potentially trace the cosmic history both at early and at the late times. | 本研究では、位相的ガウス・ボンネ項$G$を用いた修正$f(G)$重力理論におけるエネルギー条件を考察する。 次に、宇宙論的パラメータを用いて重力作用の関数形を制約し、初期宇宙における標準インフレーションの可能性を検証する。 具体的には、修正$f(\G)$理論内の対称性を持つモデルを選択し、i) エネルギー条件が破られる可能性があり、ii) スローロールパラメータの大きさが小さいという条件を得る。 これにより、与えられた制約の下では、解析対象の理論が初期宇宙と後期宇宙の両方における宇宙史をたどることができる可能性が示唆される。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Hawking-Page phase transition represents a critical phenomenon in black hole thermodynamics, marking the point at which a thermal radiation state in anti-de Sitter (AdS) spacetime becomes unstable. In this work, we apply the Hamiltonian formalism to study the Hawking-Page phase transition of the Banados-Teitelboim-Zenelli (BTZ) black hole in on-shell and off-shell configuration. The results show that the Hamiltonian of the black hole system corresponds to its thermodynamic free energy. Next, we examine the Hawking-Page phase transition of the Reissner-Nordstrom (RN) black hole and the Kerr-Newmann (KN) black hole, and compare our results with existing results in on-shell case. We then further extend this method to the previously unexplored off-shell case of the RN and KN black holes, thereby demonstrating the influence of the electric charge and the rotation of the black hole on their Hawking-Page phase transition. The results show that, in the presence of electric charge and totation, enables the coexistence of black hole and the thermal soliton states. | ホーキング・ページ相転移は、ブラックホールの熱力学における重要な現象であり、反ド・ジッター（AdS）時空における熱放射状態が不安定になる点を示します。 本研究では、ハミルトニアン形式を適用して、オンシェルおよびオフシェル構成のバナドス・タイテルボイム・ゼネリ（BTZ）ブラックホールのホーキング・ページ相転移を研究します。 結果は、ブラックホール系のハミルトニアンがその熱力学的自由エネルギーに対応することを示しています。 次に、ライスナー・ノルドシュトロム（RN）ブラックホールとカー・ニューマン（KN）ブラックホールのホーキング・ページ相転移を調べ、オンシェルの場合の既存の結果と比較します。 さらに、この方法をこれまで未調査であったRNおよびKNブラックホールのオフシェルの場合に拡張し、ブラックホールの電荷と回転がホーキング・ページ相転移に及ぼす影響を示します。 結果は、電荷と回転が存在する場合、ブラックホール状態と熱ソリトン状態が共存できることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the viability of a cosmological scenario with interacting dark sector, which can describe the coexistence between dark energy and dark matter. The model possesses an analytical solution for the Hubble function and we constrain the free parameters by applying the newly released cosmic chronometers data (31 old data and 3 new data from DESI), the Baryonic Acoustic Oscillators from the Dark Energy Spectroscopic Instrument Survey (DESI DR2 BAO), along with Gamma-ray bursts (GRBs) and Supernova catalogues (Pantheon Plus, Union3, and DES-Dovekie). We find that the coexistence model fits the data sets in a better way than the reference models - the $Λ$CDM and $w$CDM models. The analysis shows that the coexistence scenario can provide a cosmologically viable model for the description of the late-time acceleration of the universe. Nevertheless, for large redshifts, the model has a similar behaviour to that of the $w$CDM model, as the introduction of the GRB data indicates in the statistical parameters. Finally, it is worth mentioning that the coexistence model provides a statistically smaller value for the $H_{0}$ parameter. | 我々は、ダークエネルギーとダークマターの共存を記述できる、相互作用するダークセクターを持つ宇宙論的シナリオの妥当性を調査する。 このモデルはハッブル関数の解析解を持ち、我々は新たに公開された宇宙年代計データ（DESIからの31の旧データと3つの新データ）、ダークエネルギー分光観測装置サーベイのバリオン音響振動子（DESI DR2 BAO）、ガンマ線バースト（GRB）および超新星カタログ（Pantheon Plus、Union3、DES-Dovekie）を適用して自由パラメータを制約する。 共存モデルは、参照モデルであるΛCDMモデルおよびwCDMモデルよりもデータセットによく適合することがわかった。 この分析は、共存シナリオが宇宙の晩期加速を記述するための宇宙論的に妥当なモデルを提供できることを示している。 しかしながら、大きな赤方偏移においては、GRBデータの導入によって統計パラメータに示されたように、このモデルは$w$CDMモデルと同様の挙動を示す。 最後に、共存モデルは$H_{0}$パラメータに対して統計的に小さい値を与えることを述べておく価値がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Constructing spacetime solutions that describe black holes embedded in dark matter environments is a crucial step toward probing the properties of dark matter in the strong-field regime of gravity. At present, however, there is no unique or systematic framework to model such configurations, and several commonly adopted approaches raise methodological ambiguities. Motivated by these challenges, we build upon a perturbative framework to describe deformations of static, spherically symmetric black holes induced by a surrounding dark matter distribution. Within this framework, we compute the leading-order corrections to both the photon-sphere radius and the radius of the black hole shadow, assuming a generic dark matter halo profile. We then apply the formalism to physically motivated density profiles, including the Hernquist and Navarro-Frenk-White models, obtaining closed-form analytical expressions for the perturbed metric functions and for the critical impact parameter in the Schwarzschild background. Using these results, we obtain quantitative estimates for the corresponding shadow deviations and find that they lie well beyond the current observational bounds set by Keck and VLTI measurements. As a consistency check, we further estimate the total dark matter mass enclosed within the orbital radius of the S2 star and show that it remains well below the $0.1\%$ upper limit reported by the GRAVITY collaboration. Overall, this approach offers a systematic avenue to investigate perturbative effects of dark matter on black hole phenomenology, including potential implications for gravitational wave observations. | 暗黒物質環境に埋め込まれたブラックホールを記述する時空解を構築することは、重力の強重力場領域における暗黒物質の特性を探る上で重要なステップである。 しかしながら、現状では、このような構成をモデル化するための統一的かつ体系的な枠組みは存在せず、一般的に採用されているいくつかの手法は方法論的な曖昧さを生じさせている。 これらの課題に触発され、我々は摂動論的枠組みに基づいて、周囲の暗黒物質分布によって誘発される静的で球対称なブラックホールの変形を記述する。 この枠組みの中で、一般的な暗黒物質ハロープロファイルを仮定して、光子球半径とブラックホールシャドウ半径の両方に対する主要項補正を計算する。 次に、この形式を、ヘルンクイストモデルやナバロ・フレンク・ホワイトモデルなどの物理的に妥当な密度プロファイルに適用し、摂動された計量関数とシュワルツシルト背景における臨界衝突パラメータの閉形式解析表現を得る。 これらの結果を用いて、対応するシャドウ偏差の定量的推定値を得ると、それらがケック望遠鏡とVLTI測定によって設定された現在の観測限界をはるかに超えていることがわかった。 整合性チェックとして、S2星の軌道半径内に含まれるダークマターの総質量を推定したところ、GRAVITYコラボレーションが報告した0.1%の上限値をはるかに下回っていることが分かりました。 全体として、このアプローチは、重力波観測への潜在的な影響を含め、ブラックホールの現象論に対するダークマターの摂動効果を体系的に調査する道筋を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The weak cosmic censorship conjecture plays a foundational role in classical gravity by asserting that spacetime singularities are generically hidden behind event horizons. In this work, we explore its robustness in the Einstein-Maxwell-Scalar theory with fractional coupling by studying both static black hole solutions and their fully nonlinear dynamical evolution. We identify a class of scalarized black holes that develop negative energy density near the event horizon, indicating violations of the classical energy conditions. Numerical evolutions of perturbed configurations reveal that sufficiently strong fractional coupling drives rapid curvature growth and geometric degeneration in the near-horizon region, accompanied by persistent negative energy density. While the simulations do not resolve the ultimate end state, the observed dynamics consistently point toward a weakening of the horizon-supporting structure and are suggestive of incipient naked singularity formation. These results uncover a classical mechanism through which fractional coupling can challenge the validity of the weak cosmic censorship conjecture in asymptotically flat spacetimes. | 弱い宇宙検閲仮説は、時空特異点が一般的に事象の地平線の背後に隠されていると主張することで、古典重力において基礎的な役割を果たしている。 本研究では、静的ブラックホール解とその完全非線形動的進化の両方を研究することにより、分数結合を持つアインシュタイン・マクスウェル・スカラー理論におけるその頑健性を探る。 事象の地平線付近で負のエネルギー密度を発達させるスカラー化ブラックホールのクラスを特定し、古典的なエネルギー条件の違反を示唆する。 摂動された構成の数値的進化により、十分に強い分数結合が、地平線近傍領域における曲率の急速な増大と幾何学的退化を引き起こし、持続的な負のエネルギー密度を伴うことが明らかになった。 シミュレーションでは最終的な状態は解明されていないが、観測されたダイナミクスは一貫して地平線を支える構造の弱化を示しており、裸の特異点の形成が始まっていることを示唆している。 これらの結果は、漸近的に平坦な時空において分数結合が弱い宇宙検閲仮説の妥当性に異議を唱える古典的なメカニズムを明らかにするものである。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Binary neutron stars (BNSs) are one of the most important gravitational wave (GW) sources, which provide key insights to evolution of massive binary stars and nuclear physics. Beyond Laser Interferometer Space Antenna (LISA), Taiji, and Tianqin missions, proposed concepts for next generation space-based GW observatories, including LISAmax, Folkner, and eASTROD, aim to explore the sub-millihertz (mHz) to microhertz ($μ$ Hz) frequency band. Because the proposed designs substantially suppress low-frequency noise, these detectors are expected to outperform LISA, Taiji, and Tianqin in detecting eccentric Galactic BNS systems. In this paper, we estimate the detectability of nearby inspiraling BNSs using future sub-mHz GW detectors. By utilizing compact binary population synthesis simulations to generate mock BNS samples and estimate their signal-to-noise ratios (SNRs) correspondingly for each GW detector over an observation period of $5-10$\,years, we find that LISAmax may detect $\sim 520-900$ Galactic BNSs, whereas Folkner and eASTROD may detect $\sim 780-1370$ Galactic BNSs. Notably, LISAmax excels in detecting highly eccentric systems $(e>0.90)$ owing to its higher sensitivity at relatively higher sub-mHz frequencies. We further identify seven observed radio BNSs as viable candidates for validation, in particular J0737-3039, which reaches an SNR of $\sim 100$. The expected detection number of LMC inspiraling BNSs is about $\sim 4-18$ for these sub-mHz detectors over an observation period of $5-10$\,years, while detecting inspiraling BNSs in SMC is challenging. This study highlights the significant potential of future sub-mHz GW missions in unraveling BNS formation and evolution physics. | 連星中性子星（BNS）は、最も重要な重力波（GW）源の一つであり、大質量連星の進化や原子核物理学に関する重要な知見をもたらします。 レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）、太極、天琴ミッションに加え、LISAmax、Folkner、eASTRODなど、次世代宇宙重力波観測所の構想が提案されており、サブミリヘルツ（mHz）からマイクロヘルツ（μHz）の周波数帯の探査を目指しています。 提案されている設計では低周波ノイズが大幅に抑制されるため、これらの検出器は、銀河系内の偏心した連星中性子星系を検出する際に、LISA、太極、天琴を上回る性能を発揮すると期待されています。 本論文では、将来のサブミリヘルツ重力波検出器を用いて、近傍の合体する連星中性子星の検出可能性を推定します。 コンパクトな連星集団合成シミュレーションを利用して模擬BNSサンプルを生成し、$5～10$年の観測期間にわたって各GW検出器の信号対雑音比（SNR）を推定した結果、LISAmaxは$\sim 520～900$個の銀河系BNSを検出できる可能性があり、FolknerとeASTRODは$\sim 780～1370$個の銀河系BNSを検出できる可能性があることがわかりました。 特に、LISAmaxは比較的高いサブmHz周波数での感度が高いため、離心率の非常に高い系（e>0.90）の検出に優れています。 さらに、検証の候補として7つの観測された電波BNSを特定し、特にSNRが$\sim 100$に達するJ0737-3039を挙げました。 これらのサブミリ波検出器を用いた5～10年の観測期間における大マゼラン雲（LMC）の連星中性子星（BNS）の検出数は約4～18個と予想される一方、小マゼラン雲（SMC）における連星中性子星の検出は困難である。 本研究は、将来のサブミリ波重力波ミッションが連星中性子星の形成と進化の物理学を解明する上で大きな可能性を秘めていることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This paper investigates the repetitive Penrose process in Konoplya-Zhidenko rotating non-Kerr black hole, exploring the influence of the deformation parameter on the repetitive Penrose process. After a brief review of the Konoplya-Zhidenko rotating non-Kerr black hole, we study the fundamental equations of the Penrose process in this spacetime, examine the iterative stopping conditions required for the repetitive Penrose process, and obtain the corresponding numerical results. It is concluded that, in addition to previously observed phenomena, under the same decay radius, a larger initial dimensionless deformation parameter $\hatη$ leads to greater values of the energy return on investment and energy utilization efficiency, particularly at higher decay radii. Furthermore, a smaller initial $\hatη$ results in a larger maximum value of the energy return on investment. For energy utilization efficiency, the initial $\hatη$ should take an intermediate value to maximize its peak. Additionally, we find that a larger initial $\hatη$ corresponds to a smaller maximum value of the extracted energy. | 本論文では、コノプリャ・ジデンコ回転非カーブラックホールにおける反復ペンローズ過程を調査し、変形パラメータが反復ペンローズ過程に及ぼす影響を探求する。 コノプリャ・ジデンコ回転非カーブラックホールの概要を簡単に説明した後、この時空におけるペンローズ過程の基本方程式を研究し、反復ペンローズ過程に必要な反復停止条件を調べ、対応する数値結果を得る。 これまで観測された現象に加えて、同じ崩壊半径の下では、初期無次元変形パラメータ$\hatη$が大きいほど、特に崩壊半径が大きい場合に、投資に対するエネルギー収益とエネルギー利用効率の値が高くなることが結論付けられる。 さらに、初期$\hatη$が小さいほど、投資に対するエネルギー収益の最大値は大きくなる。 エネルギー利用効率については、初期$\hatη$はピークを最大化するために中間値をとるべきである。 加えて、初期$\hatη$が大きいほど、抽出エネルギーの最大値は小さくなることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We establish the first observational bounds on causal nonlocal extensions of gravity characterized by retarded Stieltjes-type kernels with positive spectral density rho(mu) >= 0, using two complementary gravitational-wave channels. From a Bayesian ringdown analysis of 17 binary black hole events in the LIGO-Virgo GWTC-3 catalogue, we set an observational ceiling on universal fractional quasi-normal mode deformations of |epsilon_Omega| < 0.05 (90% C.L.), with a cumulative log Bayes factor ln B = -0.46 +/- 0.77. By mapping published GWTC-3 modified dispersion relation bounds together with the GW170817 propagation speed constraint onto the Stieltjes spectral parameter space (mu_char, M0), we exclude a broad class of infrared-extended spectral densities with mu <= 10^{-6} m^{-2}, thereby ruling out non-trivial regions of the nonlocal kernel parameter space for the first time. The theoretically motivated fiducial range mu_char ~ M_*^2 ~ 10^8-10^10 m^{-2} satisfies all current bounds. We further show that sub-millimetre gravity experiments, which already operate at the predicted causal scale l_* ~ 10^{-4} m, provide the most promising path toward a direct test. These results define quantitative benchmarks against which future observations across the gravitational-wave, short-range gravity, and cosmological sectors can be compared. | 我々は、2 つの相補的な重力波チャネルを使用して、正のスペクトル密度 rho(mu) >= 0 を持つ遅延スティルチェス型カーネルによって特徴付けられる重力の因果的非局所拡張に対する最初の観測的境界を確立します。 LIGO-Virgo GWTC-3 カタログの 17 個の連星ブラックホールイベントのベイズリングダウン分析から、普遍的な分数準正規モード変形の観測的上限を |epsilon_Omega| < 0.05 (90% C.L.) に設定し、累積対数ベイズ因子 ln B = -0.46 +/- 0.77 としました。 公開されているGWTC-3修正分散関係の境界とGW170817伝播速度制約をスティルチェススペクトルパラメータ空間(mu_char, M0)にマッピングすることで、mu <= 10^{-6} m^{-2}の広範囲にわたる赤外線拡張スペクトル密度を除外し、非局所カーネルパラメータ空間の非自明な領域を初めて排除しました。 理論的に妥当な基準範囲mu_char ~ M_*^2 ~ 10^8-10^10 m^{-2}は、現在のすべての境界を満たしています。 さらに、予測される因果スケールl_* ~ 10^{-4} mで既に動作しているサブミリ波重力実験が、直接検証への最も有望な道筋を提供することを示します。 これらの結果は、重力波、短距離重力、宇宙論の各分野における将来の観測と比較するための定量的なベンチマークを定義します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The equation of state of matter at supranuclear densities governs the astrophysical observables of neutron stars. A realistic, though complex, description is provided by the Chiral-Mean-Field model, which depends on many microscopic nuclear-physics parameters. We present a Fisher-information-inspired analysis of the sensitivity of neutron-star observables to the parameters of the Chiral-Mean-Field model at $β$-equilibrium using SLy as a crust. We then compute neutron-star sequences and extract masses, radii, compactnesses, and tidal deformabilities. From the logarithmic derivatives of these observables with respect to each nuclear parameter, we construct a dimensionless, Fisher-inspired sensitivity matrix and perform a principal-component analysis to identify the effective combinations of nuclear parameters that most strongly affect neutron-star observables. Although the ranking depends mildly on the observable, the three most important nuclear parameters are the vacuum value of the dilaton field $χ_0$ (which sets the overall scale of the scalar potential and trace-anomaly contribution), the scalar singlet strength $g_{1}^X$ (which controls the overall scalar attraction through the baryon effective masses), and the $k_0$ quadratic scalar term (which governs the curvature of the scalar potential). This framework provides a reproducible, data-driven approach to quantify parameter sensitivities in dense-matter models and to guide future Bayesian inference of nuclear information from multi-messenger astrophysical observations. | 超核密度における物質の状態方程式は、中性子星の天体物理学的観測量を支配します。 現実的ではあるものの複雑な記述は、多くの微視的な核物理パラメータに依存するカイラル平均場モデルによって提供されます。 本稿では、SLyを地殻として使用し、β平衡状態におけるカイラル平均場モデルのパラメータに対する中性子星の観測量の感度について、フィッシャー情報に着想を得た解析結果を示します。 次に、中性子星の系列を計算し、質量、半径、コンパクトネス、および潮汐変形率を抽出します。 これらの観測量の各核パラメータに対する対数微分から、無次元のフィッシャー着想の感度行列を構築し、主成分分析を実行して、中性子星の観測量に最も強く影響を与える核パラメータの有効な組み合わせを特定します。 ランキングは観測量によって多少左右されるものの、最も重要な3つの核パラメータは、ダイラトン場の真空値$χ_0$（スカラーポテンシャルとトレース異常の寄与の全体的なスケールを決定する）、スカラーシングレット強度$g_{1}^X$（バリオン有効質量を介した全体的なスカラー引力を制御する）、および$k_0$二次スカラー項（スカラーポテンシャルの曲率を決定する）である。 この枠組みは、高密度物質モデルにおけるパラメータ感度を定量化し、マルチメッセンジャー天体物理観測から核情報をベイズ推論する将来の手法を導くための、再現性のあるデータ駆動型アプローチを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We consider a minimal fractional deformation of Newtonian gravity characterized by a single parameter $α$. In the limit $α\to 1$, the theory reduces to standard Newtonian gravity. Previous works showed that the $Λ$CDM cosmology consistently emerges from this framework. Using a single potential, the model reproduces the full sequence of cosmic evolution (from a nonsingular pre--inflationary phase and a stable inflationary attractor to the radiation- and matter-dominated eras and the present accelerated expansion) and accounts for the growth of large-scale structure for $|α-1|\ll1$, in agreement with current observations. Here we show that the same fractional Newtonian model also describes key weak--field tests, including the perihelion precession of Mercury and the gravitational deflection of light, using a unified potential with the same constraint on $α$. These results suggest that the minimal fractional Newtonian framework may provide a unified phenomenological description of gravitational dynamics from Solar-System scales to cosmology. Finally, this fractional cosmological framework may offer new perspectives on problems such as the cosmological constant, the hierarchy of cosmological scales, and the Hubble tension. | 我々は、単一のパラメータ $α$ で特徴付けられるニュートン重力の最小限の分数変形を考察する。 極限 $α\to 1$ では、理論は標準的なニュートン重力に帰着する。 これまでの研究では、この枠組みから $Λ$CDM 宇宙論が一貫して出現することが示されている。 単一のポテンシャルを使用することで、このモデルは宇宙進化の全シーケンス (非特異なインフレーション前段階と安定したインフレーションアトラクターから放射優勢時代と物質優勢時代、そして現在の加速膨張まで) を再現し、現在の観測と一致する $|α-1|\ll1$ の場合に大規模構造の成長を説明する。 ここでは、同じ分数ニュートンモデルが、同じ $α$ の制約を持つ統一ポテンシャルを使用して、水星の近日点歳差運動や光の重力偏向などの重要な弱場テストも記述することを示す。 これらの結果は、最小限の分数ニュートン力学の枠組みが、太陽系スケールから宇宙論に至るまでの重力力学の統一的な現象論的記述を提供する可能性を示唆している。 さらに、この分数宇宙論の枠組みは、宇宙定数、宇宙スケールの階層構造、ハッブルの不確定性といった問題に新たな視点をもたらす可能性がある。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Intermediate-mass black holes (IMBHs) bridge the gap between stellar-mass and supermassive black holes, but remain challenging to detect electromagnetically. Gravitational-wave observations provide a direct means of detecting IMBHs and their mergers. We simulate the gravitational-wave signals of IMBH binaries under different population models and assess their detectability with the space-based detector Taiji alone and in a multiband network combining Taiji with third-generation ground-based detectors. Taiji performs well in detecting high-mass IMBH binaries, while ground-based detectors compensate for its reduced sensitivity to lower-mass systems. Their combination expands the accessible parameter space and improves the constraints on cosmological parameters. In particular, multiband observations improve the constraint accuracy on $H_0$ by $36.5\%$ and $31.0\%$ compared with Taiji and ET2CE alone, respectively. We further examine the dependence of parameter accuracy on the number of simulated events, finding that improvements are most pronounced for small samples and gradually saturate as the number of events increases. We conclude that multiband observations enhance the detectability of IMBH binaries and reinforce their role as probes of precision cosmology. | 中間質量ブラックホール（IMBH）は恒星質量ブラックホールと超大質量ブラックホールの間のギャップを埋めるものですが、電磁波による検出は依然として困難です。 重力波観測は、IMBHとその合体を直接検出する手段となります。 本研究では、異なる集団モデルの下でIMBH連星の重力波信号をシミュレーションし、宇宙ベースの検出器Taiji単独、およびTaijiと第3世代地上検出器を組み合わせたマルチバンドネットワークにおける検出可能性を評価しました。 Taijiは高質量IMBH連星の検出に優れた性能を発揮し、地上検出器は低質量系に対する感度の低下を補います。 これらの組み合わせにより、アクセス可能なパラメータ空間が拡大し、宇宙論的パラメータに対する制約が改善されます。 特に、マルチバンド観測は、Taiji単独およびET2CE単独と比較して、$H_0$に対する制約精度をそれぞれ$36.5%および$31.0%向上させます。 さらに、パラメータ精度がシミュレーションイベント数に依存することを調べたところ、改善はサンプル数が少ない場合に最も顕著であり、イベント数が増えるにつれて徐々に飽和することがわかった。 多波長観測は中間質量ブラックホール連星の検出可能性を高め、精密宇宙論の探査におけるその役割を強化すると結論づける。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We derive general formulas for quasi-normal mode (QNM) frequencies of hairy black holes by exploiting the QNM--geodesic correspondence. The black hole hair is treated as an anisotropic fluid perturbatively added to the vacuum black holes (Schwarzschild and Kerr black holes). Under this setting, independent of energy conditions, our formulas offer a systematic method to compute quasi-normal mode frequencies for a broad class of hairy black holes. | 我々は、準正規モード（QNM）と測地線の対応関係を利用して、毛状ブラックホールの準正規モード周波数の一般式を導出する。 ブラックホールの毛は、真空ブラックホール（シュワルツシルトブラックホールとカーブラックホール）に摂動的に付加された異方性流体として扱われる。 この設定の下では、エネルギー条件に関わらず、我々の式は、幅広い種類の毛状ブラックホールの準正規モード周波数を計算するための体系的な方法を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate non-metricity effects on electron scattering in metric-affine bumblebee gravity, where spontaneous Lorentz symmetry breaking is induced by a vector field acquiring a nonzero vacuum expectation value. Treating the affine connection as an independent variable and integrating it out leads to an effective description in which non-metricity modifies the dispersion relation of the bumblebee modes. From the full momentum-space propagator, we determine the pole structure that governs the interaction and construct the corresponding static Green function and interparticle potential. For a purely timelike background, the dispersion relation remains isotropic and produces a Coulomb potential with a uniformly rescaled effective coupling; consequently, the scattering amplitude preserves the Rutherford angular dependence, with the Lorentz-violating parameter entering only as an overall multiplicative factor. In contrast, a spacelike background induces anisotropy in the dispersion relation, leading to an orientation-dependent potential characterized by a quadrupolar modulation. This anisotropic structure propagates to the differential and integrated cross sections, introducing directional dependence while preserving the long-range character of the interaction. Finally, we consider phenomenological constraints from atomic physics. Hydrogen spectroscopy constrains the isotropic sector associated with the timelike configuration, whereas searches for anisotropies provide stronger limits on the quadrupolar contribution governed by $ξb^{2}$. | 我々は、非計量性の影響を、ベクトル場が非ゼロの真空期待値を獲得することによって自発的ローレンツ対称性の破れが誘発される計量アフィン・バンブルビー重力における電子散乱について調査する。 アフィン接続を独立変数として扱い、それを積分消去すると、非計量性がバンブルビーモードの分散関係を変化させる有効な記述が得られる。 完全な運動量空間プロパゲーターから、相互作用を支配する極構造を決定し、対応する静的グリーン関数と粒子間ポテンシャルを構築する。 純粋に時間的な背景の場合、分散関係は等方性のままであり、有効結合が均一に再スケーリングされたクーロンポテンシャルを生成する。 その結果、散乱振幅はラザフォード角依存性を保持し、ローレンツ対称性を破るパラメータは全体的な乗法因子としてのみ現れる。 対照的に、空間的な背景は分散関係に異方性を誘発し、四重極変調によって特徴付けられる方向依存ポテンシャルにつながる。 この異方性構造は微分断面積と積分断面積に伝播し、相互作用の長距離特性を維持しながら方向依存性を導入します。 最後に、原子物理学からの現象論的制約を検討します。 水素分光法は時間的配置に関連する等方性セクターを制約しますが、異方性の探索は、$ξb^{2}$によって支配される四重極寄与に対するより強い制限を与えます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We employ one-loop scattering amplitudes in Einstein-Maxwell theory to compute the classical Hamiltonian of a binary system of two charged, non-spinning compact objects. The Hamiltonian is valid to all orders in velocity and up to second post-Minkowskian order (2PM), i.e. $\mathcal{O}(G^2)$. The classical interaction potential is extracted via matching to a non-relativistic classical effective field theory. We also provide the scattering angle at 2PM order. We perform several cross checks on our results and find full agreement with existing results in the literature. Finally, we also briefly discuss a comparison for the scattering angle, the binding energy and the periastron shift of a bound system up to the second post-Newtonian order. | アインシュタイン・マクスウェル理論における1ループ散乱振幅を用いて、2つの荷電非スピンコンパクト天体からなる二体系の古典ハミルトニアンを計算します。 このハミルトニアンは、速度のすべての次数、および第2次ポストミンコフスキー次数（2PM）、すなわち$\mathcal{O}(G^2)$まで有効です。 古典的相互作用ポテンシャルは、非相対論的古典的有効場理論とのマッチングによって抽出されます。 また、2PM次数における散乱角も示します。 我々の結果についていくつかの相互検証を行い、文献にある既存の結果と完全に一致することを確認しました。 最後に、第2次ポストニュートン次数までの束縛系の散乱角、結合エネルギー、および近星点シフトの比較についても簡単に議論します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present updated observational constraints on the simple-gDE model, characterized by a constant inertial mass density (IMD) $ρ_{\rm DE}+p_{\rm DE}$,which belongs to the broader graduated dark energy family, and compare its cosmological implications with those of the $w$CDM and the $Λ$CDM models. This parametrization provides a physically motivated, one-parameter extension of $Λ$CDM, perspective on DE dynamics beyond the usual equation-of-state approach. We use the newly released DESI DR2 BAO data in combination with either CMB measurements from Planck 2018 or late-time probes, CC and the Pantheon+ SNe Ia sample, considered both with and without SH0ES calibration in this analysis. The data favor a small positive IMD, and Bayesian evidence indicates that the models remain statistically indistinguishable within spatially flat scenarios. Consequently, none of these models exhibits a sign transition in the DE energy density, and no improvement in $H_0$ tension. Allowing spatial curvature qualitatively enlarges the phenomenology of the dark sector. In particular, the interplay between spatial curvature and a nonzero IMD permits sign transitions in both the effective dark-energy density and the IMD during cosmic evolution. For the BAO+CC+SN+SH0ES dataset, the $o$Simple-gDE model yields a transition redshift $z^\dagger = 1.51^{+0.68}_{-0.34}$, while the crossing of the Null Energy Condition boundary (NECB), defined by $ρ_{\rm DE}+p_{\rm DE}=0$, occurs at $z_{\rm NECB}=2.36^{+1.48}_{-1.48}$. The model is statistically favored over $oΛ$CDM and $ow$CDM. These results highlight the potential role of IMD as a fundamental parameter in DE phenomenology and demonstrate that geometric effects, such as spatial curvature, can reveal dynamical features of the dark sector that remain hidden within the spatially flat $Λ$CDM framework. | 本稿では、より広範な段階的ダークエネルギーファミリーに属する、一定の慣性質量密度 (IMD) $ρ_{\rm DE}+p_{\rm DE}$ を特徴とする simple-gDE モデルに対する最新の観測的制約を提示し、その宇宙論的意味を $w$CDM モデルおよび $Λ$CDM モデルと比較する。 このパラメータ化は、通常の状態方程式アプローチを超えた DE ダイナミクスの観点として、物理的に動機付けられた $Λ$CDM の 1 パラメータ拡張を提供する。 我々は、新たに公開された DESI DR2 BAO データと、Planck 2018 の CMB 測定、または後期プローブである CC および Pantheon+ Ia 型超新星サンプルを組み合わせて使用する。 この分析では、SH0ES 較正ありとなしの両方を考慮する。 データは小さな正の IMD を支持しており、ベイズ証拠は、空間的に平坦なシナリオではモデルが統計的に区別できないことを示している。 したがって、これらのモデルのいずれも DE エネルギー密度の符号変化を示さず、$H_0$ の緊張も改善されない。 空間曲率を許容することで、ダークセクターの現象論が質的に拡大する。 特に、空間曲率と非ゼロのIMDの相互作用により、宇宙進化中に有効ダークエネルギー密度とIMDの両方で符号遷移が生じる。 BAO+CC+SN+SH0ESデータセットの場合、$o$Simple-gDEモデルは遷移赤方偏移$z^\dagger = 1.51^{+0.68}_{-0.34}$をもたらし、$ρ_{\rm DE}+p_{\rm DE}=0$で定義されるヌルエネルギー条件境界(NECB)の交差は$z_{\rm NECB}=2.36^{+1.48}_{-1.48}$で発生する。 このモデルは、$oΛ$CDMおよび$ow$CDMよりも統計的に有利である。 これらの結果は、暗黒星現象論における基本パラメータとしてのIMDの潜在的な役割を強調し、空間曲率などの幾何学的効果が、空間的に平坦なΛCDMフレームワーク内では隠されたままの暗黒セクターの力学的特徴を明らかにすることができることを示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the effects of oscillating, ultralight scalar and pseudoscalar fields on the propagation of gravitational waves (GWs). We consider two potential couplings of the (pseudo)scalars to gravity; a parity-even Gauss-Bonnet coupling, and parity-odd Chern-Simons coupling. We find several effects at both the population and individual GW event level, characterized by oscillatory features controlled by the (pseudo)scalar mass. In the parity-even case, this feature can be seen in the observed GW redshift and speed distributions, as well as in the dispersion relation and phase of individual events. We use the observation of the GW170817 multimessenger binary neutron star event to place constraints on the parity-even scalar-graviton coupling. In the parity-odd case, the effects are birefringent, but we find an overall washout of polarization at the population level. Oscillatory features can be seen in the observed GW amplitude and inclination distributions. Finally, we find that continuous, monochromatic GW sources are a promising target to observe these effects. The presence of a (pseudo)scalar field imprints a modulation of the GW waveform in the time domain, which can potentially be observed with space-based detectors such as LISA. | 我々は、振動する超軽量スカラー場および擬似スカラー場が重力波（GW）の伝播に及ぼす影響を研究する。 我々は、（擬似）スカラーと重力との2つの潜在的な結合、すなわちパリティ偶数のガウス・ボンネ結合とパリティ奇数のチャーン・サイモンズ結合を考慮する。 我々は、集団レベルと個々のGWイベントレベルの両方で、（擬似）スカラー質量によって制御される振動特性によって特徴付けられるいくつかの効果を発見した。 パリティ偶数の場合、この特性は、観測されたGWの赤方偏移と速度分布、および個々のイベントの分散関係と位相に見られる。 我々は、GW170817マルチメッセンジャー連星中性子星イベントの観測を利用して、パリティ偶数のスカラー・グラビトン結合に制約を与える。 パリティ奇数の場合、効果は複屈折的であるが、集団レベルでは偏光の全体的な消失が見られる。 観測された重力波の振幅と傾斜角の分布には、振動的な特徴が見られます。 最後に、連続的な単色重力波源は、これらの効果を観測する上で有望なターゲットであることが分かりました。 擬似スカラー場の存在は、時間領域における重力波波形の変調を引き起こし、これはLISAなどの宇宙ベースの検出器で観測できる可能性があります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study quintessential inflation in the framework of metric-affine gravity. It is well known that non-minimal couplings with the Holst invariant can generate a quasi-pole inflationary behaviour resulting in a Starobinsky-like phenomenology. The same quasi-pole behaviour can also be used in order to "flatten" the scalar potential in the Dark Energy era providing a successful framework for quintessential inflation. Agreement with all the observational constraints, reduces the predicted scalar spectral index to a narrow window: $0.966 \lesssim n_s \lesssim 0.967$, making the model highly testable and falsifiable. | 我々は計量アフィン重力の枠組みでクインテッセンシャルインフレーションを研究する。 ホルスト不変量との非最小結合が準極インフレーション挙動を生成し、スタロビンスキーのような現象をもたらすことはよく知られている。 同じ準極挙動は、ダークエネルギー時代のスカラーポテンシャルを「平坦化」するためにも使用でき、クインテッセンシャルインフレーションの有効な枠組みを提供する。 すべての観測的制約との一致により、予測されるスカラースペクトル指数は狭い範囲、$0.966 \lesssim n_s \lesssim 0.967$に縮小され、モデルは検証可能かつ反証可能となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Testing general relativity in the strong-field and highly dynamical regime is now possible through current gravitational-wave observations, where even a single high-quality detection can place competitive constraints on deviations from Einstein's theory. The parametrized post-Einsteinian framework provides a theory-agnostic approach to search for such deviations, but it typically assumes that systematic uncertainties in the base waveform model, particularly those arising from calibration to numerical relativity, are negligible. In this work, we investigate how calibration errors in the late-inspiral fitting coefficients of the IMRPhenomD waveform model can lead to spurious detections of departures from general relativity in parametrized tests. We use an uncertainty-aware version of IMRPhenomD, recalibrated to a set of numerical relativity surrogate waveforms and equipped with a probabilistic description of its fitting coefficients, to simulate general-relativity-consistent signals. We inject these signals into an O5 ground-based detector network and recover them with the original IMRPhenomD model augmented with a parametrized post-Einsteinian phase deformation. We find that false violations of general relativity using this model arise for network signal-to-noise ratios as low as 60. When the uncertainty-aware model is used instead, the inferred parametrized post-Einsteinian phase deformation remains consistent with zero even for signals with a signal-to-noise ratio up to 330. These results demonstrate the need to account for numerical relativity calibration uncertainty in order to perform reliable inspiral tests of general relativity. They also illustrate that explicitly incorporating numerical relativity calibration uncertainty into the waveform model preserves our ability to robustly test general relativity. | 強重力場と高ダイナミクス領域における一般相対性理論の検証は、現在の重力波観測によって可能になった。 この領域では、たとえ1つの高品質な検出であっても、アインシュタイン理論からの逸脱に対して競争力のある制約を与えることができる。 アインシュタイン理論後のパラメーター化されたフレームワークは、このような逸脱を探すための理論に依存しないアプローチを提供するが、通常、基本波形モデルにおける系統的不確実性、特に数値相対性理論への較正から生じる不確実性は無視できると仮定している。 本研究では、パラメーター化されたテストにおいて、IMRPhenomD波形モデルの後期インスパイラルフィッティング係数における較正誤差が、一般相対性理論からの逸脱の偽検出につながる可能性について調査する。 我々は、数値相対性理論のサロゲート波形のセットに再較正され、フィッティング係数の確率的記述を備えた、不確実性を考慮したバージョンのIMRPhenomDを使用して、一般相対性理論と整合する信号をシミュレートする。 これらの信号をO5地上検出器ネットワークに注入し、パラメーター化されたポストアインシュタイン位相変形を加えたオリジナルのIMRPhenomDモデルを用いて復元しました。 このモデルを用いた場合、ネットワークの信号対雑音比が60程度と低い場合でも、一般相対性理論の誤った違反が発生することがわかりました。 一方、不確実性を考慮したモデルを用いると、信号対雑音比が330に達する信号でも、推定されたパラメーター化されたポストアインシュタイン位相変形はゼロと一致することが確認されました。 これらの結果は、一般相対性理論の信頼性の高いインスパイラルテストを行うためには、数値相対性理論の較正における不確実性を考慮する必要があることを示しています。 また、数値相対性理論の較正における不確実性を波形モデルに明示的に組み込むことで、一般相対性理論を頑健にテストする能力が維持されることも示しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Primordial micro black holes can constitute dark matter if short-distance gravity is modified by extra dimensions or a large number of species and if the memory-burden effect sufficiently suppresses Hawking evaporation. The resulting black holes in the transition regime differ from their four-dimensional Einsteinian counterparts through their mass--radius relation, temperature, entropy, and lifetime, which can render even very light objects cosmologically stable. The most promising observational consequences of such micro black holes dark matter are analysed. Neutron star survival yields the most robust constraints, while a narrow region of parameter space can simultaneously remain viable and address the missing-pulsar problem in the Galactic center. Diffuse evaporation signals in neutrino telescopes are found to be relevant mainly in extra-dimensional scenarios, whereas in generic species models, visible emission is strongly suppressed by evaporation into dark sectors. Merger-induced evaporation bursts can provide an additional probe in extra-dimensional realisations if the post-merger remnant briefly returns to the semiclassical phase. Overall, micro black holes dark matter remains phenomenologically viable in constrained regions, with neutron stars, neutrino telescopes, and merger signatures providing complementary tests. | 原始マイクロブラックホールは、短距離重力が余剰次元や多数の種によって修正され、かつ記憶負荷効果がホーキング蒸発を十分に抑制する場合、暗黒物質を構成する可能性がある。 遷移領域で生じるブラックホールは、質量と半径の関係、温度、エントロピー、寿命において、4次元アインシュタインブラックホールとは異なり、非常に軽い天体でさえ宇宙論的に安定させることができる。 このようなマイクロブラックホール暗黒物質の最も有望な観測結果が分析される。 中性子星の生存は最も確実な制約を与える一方、狭いパラメータ空間領域は同時に存続可能であり、銀河中心のパルサー欠落問題にも対処できる。 ニュートリノ望遠鏡における拡散蒸発信号は、主に余剰次元シナリオにおいて重要であることがわかっているが、一般的な種モデルでは、可視放射は暗黒セクターへの蒸発によって強く抑制される。 合体によって誘発される蒸発バーストは、合体後の残骸が一時的に半古典的状態に戻る場合、次元超越現象を検証するための追加的な手段となり得る。 全体として、マイクロブラックホール暗黒物質は、制約された領域において現象論的に妥当な存在であり、中性子星、ニュートリノ望遠鏡、および合体シグナルが補完的な検証手段を提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Next-generation gravitational-wave (GW) detectors, such as the Laser Interferometer Space Antenna (LISA), will observe vast numbers of overlapping signals. Disentangling these signals from instrumental noise and from one another constitutes a significant data analysis challenge. We explore a denoising technique based on embedding time series into Hankel matrices: a superposition of $n$ (damped) sinusoids corresponds to a matrix of rank $2n$. Thus, the problem of signal extraction is reduced to a structured low-rank approximation problem. Using synthetic data tailored to GW applications, we benchmark three Hankel-based algorithms: ESPRIT, Cadzow iterations, and iteratively reweighted least squares (IRLS). Our test scenarios include isolated and multi-component monochromatic signals, the resolution of sources with closely spaced frequencies, and the recovery of black hole quasinormal modes (QNM). All three algorithms achieve near-optimal performance consistent with Fisher matrix bounds, evidenced by an inverse-square scaling of the mismatch with the signal-to-noise ratio. Furthermore, a proof-of-concept application to numerical relativity waveforms validates the ability of these algorithms to extract QNM frequencies from ringdown signals. Hankel low-rank approximation therefore offers a transparent, computationally efficient avenue for preprocessing GW time series. | 次世代重力波（GW）検出器、例えばレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）などは、膨大な数の重なり合う信号を観測することになります。 これらの信号を機器ノイズや他の信号から分離することは、データ解析における大きな課題です。 本稿では、時系列をハンケル行列に埋め込むことに基づくノイズ除去手法を検討します。 n個の（減衰）正弦波の重ね合わせは、ランク2nの行列に対応します。 したがって、信号抽出の問題は、構造化された低ランク近似問題に帰着します。 GWアプリケーション向けに調整された合成データを用いて、ESPRIT、Cadzow反復法、反復重み付き最小二乗法（IRLS）という3つのハンケルベースのアルゴリズムをベンチマークします。 テストシナリオには、孤立した単色信号と多成分単色信号、周波数が近接したソースの分解、ブラックホール準正規モード（QNM）の復元などが含まれます。 これら3つのアルゴリズムはすべて、フィッシャー行列の境界と一致するほぼ最適な性能を達成しており、信号対雑音比に対するミスマッチの二乗反比例関係によってそれが実証されています。 さらに、数値相対性理論波形への概念実証アプリケーションにより、これらのアルゴリズムがリングダウン信号からQNM周波数を抽出できることが検証されました。 したがって、ハンケル低ランク近似は、重力波時系列の前処理において、透明性が高く計算効率の良い手法を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black hole superradiance is a powerful probe of ultralight axions. If nature contains a boson with a mass of order $10^{-12}\,$eV, $\textit{mere vacuum fluctuations}$ will lead to its efficient production around spinning stellar mass black holes, forming a gravitational atom that both drains the black hole spin and decays to produce near-monochromatic gravitational waves. Existing superradiance constraints derive primarily from spin measurements of a handful of identified black holes. Here we instead present a detailed study of the population level effect: gravitational waves arising from both the 100 million black holes in the Milky Way and the stochastic signal from axion clouds throughout the universe. We study the impact of a broad range of systematic uncertainties on the black hole properties and compute the projected axion sensitivity for LIGO, as well as the future instruments Einstein Telescope, Cosmic Explorer, and a high-frequency Magnetic Weber Bar. We demonstrate that LIGO can robustly probe axion masses from roughly $10^{-13}\,$eV to $4 \times 10^{-12}\,$eV. If the black hole population extends to masses slightly below $5\,M_{\odot}$ - as hinted for by LIGO inspiral observations - LIGO would approach $10^{-11}\,$eV. Under that same assumption we show that a future high-frequency detector could push considerably higher, potentially beyond $10^{-10}\,$eV in the most optimistic scenarios, reaching towards the lowest masses within the projected sensitivity of axion dark matter searches. | ブラックホールの超放射は、超軽量アクシオンの強力なプローブです。 自然界に質量が $10^{-12}\,$eV 程度のボソンが存在する場合、$\textit{単なる真空のゆらぎ}$ によって、回転する恒星質量ブラックホールの周囲で効率的に生成され、ブラックホールのスピンを奪い、崩壊してほぼ単色の重力波を生成する重力原子が形成されます。 既存の超放射の制約は、主に少数の特定されたブラックホールのスピン測定から得られています。 ここでは、代わりに集団レベルの効果、つまり天の川銀河にある 1 億個のブラックホールと宇宙全体に広がるアクシオン雲からの確率的信号の両方から生じる重力波の詳細な研究を発表します。 広範囲にわたる系統的不確実性がブラックホールの特性に与える影響を研究し、LIGO、および将来の機器であるアインシュタイン望遠鏡、コズミックエクスプローラー、高周波磁気ウェーバーバーの予測アクシオン感度を計算します。 LIGOは、約$10^{-13}\,$eVから$4 \times 10^{-12}\,$eVまでのアクシオン質量を確実に探査できることを実証します。 ブラックホールの質量が、LIGOの合体観測で示唆されているように、$5\,M_{\odot}$をわずかに下回る質量まで広がっている場合、LIGOは$10^{-11}\,$eVに近づくことになります。 同じ仮定の下で、将来の高周波検出器は、最も楽観的なシナリオでは、$10^{-10}\,$eVを超える可能性を含め、かなり高い質量まで探査でき、アクシオン暗黒物質探索の予測感度の範囲内で最も低い質量に到達できることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We determine the exact functional determinants of charged, massive spin-0 and spin-$\frac12$ particles in $\text{AdS}_2\times \mathbf{S}^2$ backgrounds threaded by constant electric and magnetic fields. This is achieved using Schwinger proper-time formalism, which allows us to derive the full non-perturbative effective action in the 1-loop and constant background field approximations. We then specialize the computation to supersymmetric settings and we obtain the effective action for a 4d $\mathcal{N}=2$ BPS massive hypermultiplet in a supersymmetric $\text{AdS}_2\times \mathbf{S}^2$ spacetime. This setup can be seen to be equivalent to the near-horizon geometry of a BPS black hole which solves the attractor equations of 4d $\mathcal{N}=2$ supergravity. Our results provide a necessary intermediate step for the evaluation of the quantum-corrected black hole partition function. We also comment on the relation with the celebrated Gopakumar-Vafa integral representation. | 我々は、一定の電場と磁場が貫く $\text{AdS}_2\times \mathbf{S}^2$ 背景における、荷電した質量を持つスピン 0 およびスピン $\frac12$ 粒子の正確な関数決定式を決定する。 これは、シュウィンガー固有時間形式論を用いて達成され、これにより、1 ループ近似および一定の背景場近似における完全な非摂動的有効作用を導出することができる。 次に、計算を超対称設定に特化させ、超対称 $\text{AdS}_2\times \mathbf{S}^2$ 時空における 4 次元 $\mathcal{N}=2$ BPS 質量を持つハイパーマルチプレットの有効作用を得る。 この設定は、4 次元 $\mathcal{N}=2$ 超重力の吸引方程式を解く BPS ブラックホールの地平線近傍の幾何学と等価であることがわかる。 我々の結果は、量子補正されたブラックホール分配関数の評価に必要な中間段階を提供する。 また、有名なゴパクマール・ヴァファ積分表現との関係についても考察する。 |