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| Original Text | 日本語訳 |
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| The well-known Borde-Guth-Vilenkin Theorem shows that inflationary spacetimes are generically geodesically past-incomplete, necessitating the existence of a pre-inflationary boundary of some sort, possibly singular. I discuss the generalization of the BGV theorem to spacetimes beyond inflation, including inhomogeneous and cyclic models. As an example, I show that the cyclic model proposed by Ijjas and Steinhardt is geodesically incomplete. | よく知られているボルデ＝ガス＝ヴィレンキン定理は、インフレーション時空は一般的に測地線的に過去不完全であり、何らかのインフレーション以前の境界（おそらく特異境界）の存在が必要であることを示している。 本稿では、不均質モデルや周期モデルを含む、インフレーションを超えた時空へのBGV定理の一般化について論じる。 例として、イジャスとスタインハルトが提案した周期モデルが測地線的に不完全であることを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| This thesis studies general relativity (GR) using chiral formulations, which take advantage of the decomposition of the four-dimensional Lorentz group into self-dual and anti-self-dual sectors. Within this framework, GR can be expressed using Plebanski's formulation, where the basic variables are triples of 2-forms rather than a metric, or alternatively through pure connection approaches. These viewpoints expose additional structure in Einstein's equations (EEs) and offer new analytical and numerical tools. Part I develops the geometric foundations using fibre bundles, where the 2-forms arise as soldering forms on an SO(3,C) bundle. Part II investigates the linearised form of EEs in the chiral setting, with particular attention to their gauge fixings. Part III extends this analysis to the nonlinear regime, and also examines the complex-geometric structure underlying black hole spacetimes. The final part turns to numerical relativity, exploring evolution schemes built from the chiral formulations and their associated gauge choices. | 本論文では、4次元ローレンツ群を自己双対セクターと反自己双対セクターに分解することを利用したカイラル定式化を用いて、一般相対性理論（GR）を研究する。 この枠組みの中で、GRはプレバンスキーの定式化を用いて表現できる。 プレバンスキーの定式化では、基本変数は計量ではなく2形式の3つ組である。 あるいは、純粋な接続アプローチによって表現することもできる。 これらの視点は、アインシュタイン方程式（EE）に新たな構造を明らかにし、新しい解析的および数値的ツールを提供する。 第I部では、ファイバー束を用いて幾何学的基礎を展開する。 ここで、2形式はSO(3,C)束上のはんだ付け形式として現れる。 第II部では、カイラル設定におけるEEの線形化形式を、特にゲージ固定に注目して調査する。 第III部では、この解析を非線形領域に拡張し、ブラックホール時空の根底にある複雑な幾何学的構造も検討する。 最終部では、数値相対性理論に目を向け、カイラル定式化とそれに関連するゲージ選択から構築された発展スキームを探求する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The eigenstates of two test-masses (where each test-mass is placed inside of a harmonic trap) separated by a distance, can get entangled where gravity acts as the mediator of entanglement and it has been argued in \href{https://doi.org/10.48550/arXiv.2511.07348}{arXiv:2511.07348 [quant-ph]} that this entanglement of masses cannot be generated without the underlying quantum nature of gravity. In this work, we consider two non-relativistic Bose-Einstein condensates (formed inside of harmonic trap potentials with identical trapping frequencies) separated by a distance. We take a linearized quantum gravity model and investigate the generation of entanglement while gravitons serve as the mediator of entanglement. The entanglement is generated between the phonon modes of the two condensates, and we observe that for very low separation distance, the entanglement generated is significantly higher than that observed for the quantum gravity induced entanglement of masses or QGEM protocol; however, the fall of entanglement is faster than the two-particle case for two separated Bose-Einstein condensates. We observe that when the number of particles in the condensate is increased, the degree of entanglement for a smaller separation distance becomes substantially higher compared to the case discussed in \href{https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.106028}{Phys. Rev. D 105 (2022) 106028}, which allows for a more robust experimental proposal using this quantum gravity induced entanglement of phonons or QGEP protocol. | 距離を置いて離れた 2 つのテスト質量 (各テスト質量は調和トラップ内に配置されている) の固有状態は、重力がエンタングルメントの媒介として作用する場合にエンタングルメントを起こすことができ、\href{https://doi.org/10.48550/arXiv.2511.07348}{arXiv:2511.07348 [quant-ph]} では、この質量のエンタングルメントは、重力の根底にある量子的な性質なしには生成できないと主張されている。 本研究では、距離を置いて離れた 2 つの非相対論的ボーズ・アインシュタイン凝縮体 (同一のトラップ周波数を持つ調和トラップポテンシャル内に形成される) を考察する。 線形化された量子重力モデルを採用し、重力子がエンタングルメントの媒介として作用する場合のエンタングルメントの生成を調査する。 2 つの凝縮体のフォノン モード間にエンタングルメントが生成され、分離距離が非常に小さい場合、生成されるエンタングルメントは、量子重力によって誘起される質量のエンタングルメントや QGEM プロトコルで観測されるものよりもかなり高いことが観測されます。 ただし、エンタングルメントの減衰は、分離された 2 つのボーズ・アインシュタイン凝縮体の 2 粒子の場合よりも速いです。 凝縮体の粒子数が増加すると、分離距離が小さい場合のエンタングルメントの度合いが、\href{https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.106028}{Phys. Rev. D 105 (2022) 106028} で議論されているケースと比較して大幅に高くなることが観測され、この量子重力によって誘起されるフォノンのエンタングルメントや QGEP プロトコルを使用した、より堅牢な実験提案が可能になります。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a complete analysis of the angular momentum selection rules and electromagnetic backgrounds that constrain any spectroscopic search for the gravitomagnetic spin-quadrupole coupling in highly charged ions. A sequence of four barriers is identified: (i)~the Wigner-Eckart theorem mandates $j \geq 3/2$ electronic states for sensitivity to the rank-2 gravitomagnetic operator, excluding the deformation-immune $j=1/2$ states; (ii)~the nuclear electric quadrupole hyperfine interaction (HFS-E2) generates an $\sim 18$-orders-of-magnitude electromagnetic background in the required $j=3/2$ channel; (iii)~second-order HFS mixing between fine-structure levels leaves a residual $\sim 10^{-6}$ eV even after centroid extraction; (iv)~tensor nuclear polarizability (TNP), scaling with $B(E2)$ rather than $Q_s$, introduces an independent rank-2 background of $\sim 10^{-12}$ eV. We derive the algebraic conditions under which a multi-isotope, multi-transition Generalized King Plot can separate these backgrounds from the gravitational signal, and show that the minimum experimental topology requires three transitions and $N_{\text{odd}} \geq N_{\text{bkg}} + 1$ odd-spin isotopes with linearly independent nuclear parameters. For the molybdenum chain, this yields a first laboratory-derivable bound $|χ- 1| \lesssim 10^{8} - 10^9$ on the gyrogravitational ratio, limited by current precision on nuclear quadrupole moments and transition rates. We quantify the experimental milestones needed to improve this bound by each order of magnitude, providing a roadmap for future searches. | 高電荷イオンにおける重力磁気スピン四重極結合の分光学的探索を制限する角運動量選択規則と電磁背景の完全な解析を提示します。 4 つの障壁のシーケンスが特定されます。 (i) ウィグナー・エッカートの定理は、変形耐性のある $j=1/2$ 状態を除外して、ランク 2 の重力磁気演算子に対する感度のために $j \geq 3/2$ の電子状態を要求します。 (ii) 核電気四重極超微細相互作用 (HFS-E2) は、必要な $j=3/2$ チャネルで $\sim 18$ 桁の電磁背景を生成します。 (iii) 微細構造レベル間の 2 次 HFS 混合は、重心抽出後でも $\sim 10^{-6}$ eV の残留を残します。 （iv）テンソル核分極率（TNP）は、$Q_s$ではなく$B(E2)$に比例し、$\sim 10^{-12}$ eVの独立したランク2のバックグラウンドを導入します。 我々は、多同位体、多遷移の一般化キングプロットがこれらのバックグラウンドを重力信号から分離できる代数的条件を導出し、最小限の実験的トポロジーには3つの遷移と、線形独立な核パラメータを持つ奇スピン同位体$N_{\text{odd}} \geq N_{\text{bkg}} + 1$が必要であることを示します。 モリブデン系列の場合、これにより、核四重極モーメントと遷移率の現在の精度によって制限される、ジャイロ重力比の最初の実験室で導出可能な上限$|χ- 1| \lesssim 10^{8} - 10^9$が得られます。 この限界値を1桁ずつ改善するために必要な実験上のマイルストーンを定量化し、今後の探索のためのロードマップを提供する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate timelike geodesics in asymptotically flat regular black holes supported by a phantom scalar field characterized by a scalar charge $A$. This parameter removes the central singularity and continuously deforms the Schwarzschild geometry while preserving asymptotic flatness. We derive the equations of motion for massive test particles and classify bounded and unbounded trajectories in terms of the conserved energy and angular momentum. We determine circular and critical orbits, including the innermost stable circular orbit (ISCO), and analyze the transition between capture and scattering. We show that the scalar charge modifies the location of the unstable and stable circular orbits, the ISCO, and the threshold angular momentum for scattering, exhibiting a nontrivial dependence on the radial coordinate. Their physical scales are naturally described in terms of the invariant areal radius $R(r)=\sqrt{r^2+A^2}$. In the weak-field regime, we compute the perihelion precession and obtain corrections proportional to the scalar charge, allowing us to constrain the scalar charge from Solar System observations. We also analyze the motion with vanishing angular momentum and show that, while the qualitative structure of the trajectories remains connected to the Schwarzschild limit $A\to 0$, the quantitative deviations encode the geometric effects of the scalar hair. | 我々は、スカラー電荷 $A$ で特徴付けられるファントムスカラー場によって支えられた漸近的に平坦な正則ブラックホールにおける時間的測地線を調査する。 このパラメータは中心特異点を除去し、漸近的な平坦性を維持しながらシュワルツシルト幾何学を連続的に変形させる。 我々は質量を持つテスト粒子の運動方程式を導出し、保存エネルギーと角運動量の観点から有界軌道と非有界軌道を分類する。 我々は、最も内側の安定円軌道 (ISCO) を含む円軌道と臨界軌道を決定し、捕獲と散乱の間の遷移を解析する。 我々は、スカラー電荷が不安定円軌道と安定円軌道、ISCO の位置、および散乱の閾値角運動量を変化させ、半径座標に対して非自明な依存性を示すことを示す。 それらの物理的スケールは、不変面積半径 $R(r)=\sqrt{r^2+A^2}$ の観点から自然に記述される。 弱磁場領域では、近日点歳差運動を計算し、スカラー電荷に比例する補正値を得ることで、太陽系観測からスカラー電荷を制約することができます。 また、角運動量がゼロになる運動を解析し、軌道の定性的な構造はシュワルツシルト限界 $A\to 0$ に結びついているものの、定量的な偏差はスカラーヘアの幾何学的効果を反映していることを示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The interaction between a Nambu-Goto string and a Kerr black hole gives one of the methods of energy extraction from a rotating black hole. Although the properties of such processes have been well studied for rigidly rotating strings, little is known for non-rigidly rotating strings. In this paper, we study time evolution of a Nambu-Goto string on the equatorial plane of a Kerr spacetime, which sticks on the horizon and extends to spatial infinity. The time evolution is studied by the series expansion with respect to $t$ and the numerical simulations, which give reliable results for $t\lesssim 4M$ and $t\lesssim 38M$, respectively, where $M$ is the black hole mass. Since the angular velocity of the string on the horizon must coincide with the horizon angular velocity to keep the timelike property, the string is dragged into rotation and coils around the black hole. The negative energy is observed to fall into the black hole, but the positive energy follows after that, meaning that the energy extraction occurs for a short period of time. In the outside region, a wave is generated and propagates to the distant region carrying the extracted energy. After the propagation of the wave, the system approaches the time-independent configuration found by Boos and Frolov, and the total extracted energy is estimated as $E_{\rm ext}\lesssim μM$, where $μ$ is the tension of the string. | 南部・後藤弦とカーブラックホールの相互作用は、回転ブラックホールからエネルギーを抽出する方法の一つである。 このような過程の特性は、剛体回転弦についてはよく研究されているが、非剛体回転弦についてはほとんど知られていない。 本論文では、カー時空の赤道面上にあり、事象の地平線上に張り付き、空間的に無限に広がる南部・後藤弦の時間発展を研究する。 時間発展は、$t$に関する級数展開と数値シミュレーションによって研究され、それぞれ$t\lesssim 4M$と$t\lesssim 38M$に対して信頼できる結果が得られる。 ここで、$M$はブラックホールの質量である。 事象の地平線上の弦の角速度は、時間的性質を維持するために事象の地平線の角速度と一致する必要があるため、弦は回転に引きずり込まれ、ブラックホールの周りを巻き付く。 負のエネルギーがブラックホールに落ち込むことが観測されるが、その後に正のエネルギーが続くことから、エネルギー抽出は短時間で起こることがわかる。 外側の領域では波が発生し、抽出されたエネルギーを運びながら遠方の領域へと伝播します。 波の伝播後、システムはBoosとFrolovによって発見された時間不変の構成に近づき、抽出された総エネルギーは$E_{\rm ext}\lesssim μM$と推定されます。 ここで、$μ$は弦の張力です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present formulations of effective potentials suitable for approximating general relativistic effects in Newtonian simulations of core-collapse supernovae. Assuming a spherically symmetric spacetime and a stress-energy tensor that includes both fluid and neutrino contributions, Eulerian and Lagrangian projections of the Einstein equations are made to determine general relativistic corrections to the Newtonian gravitational potential. We implement the effective potentials in both the Chimera and Flash-X codes, and perform a series of adiabatic and core collapse simulations. The results are compared to Newtonian and fully general relativistic simulations, as well as another widely used effective potential formulation. We find close agreement between our new effective potentials and the fully general relativistic results from multiple other codes. | 本稿では、中心核崩壊型超新星のニュートン力学シミュレーションにおいて一般相対論的効果を近似するのに適した有効ポテンシャルの定式化を提示する。 球対称時空と流体およびニュートリノの寄与を含む応力エネルギーテンソルを仮定し、アインシュタイン方程式のオイラー射影とラグランジュ射影を行い、ニュートン重力ポテンシャルに対する一般相対論的補正を決定する。 有効ポテンシャルをChimeraコードとFlash-Xコードの両方に実装し、断熱シミュレーションと中心核崩壊シミュレーションを連続的に実行する。 結果は、ニュートン力学シミュレーション、完全一般相対論シミュレーション、および広く用いられている別の有効ポテンシャル定式化と比較する。 我々の新しい有効ポテンシャルは、他の複数のコードによる完全一般相対論的結果とよく一致することがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Chaos in extreme-mass-ratio inspirals is often thought to require unrealistically large secondary spins, making its astrophysical relevance uncertain. However, we find that chaos persists across the astrophysically realistic spin range for a spinning secondary orbiting a Schwarzschild black hole. This nonintegrable dynamics leaves clear signatures in the emitted gravitational waves. Nearby regular and chaotic trajectories can remain similar in the time domain and retain broadly aligned dominant spectral peaks, yet chaotic signals develop a much less discrete frequency-domain structure with dense inter-peak power. Furthermore, we introduce a local spectral-flatness measure and find it to be several hundred times larger for the chaotic signal than for the neighboring regular signals. Finally, a change in the secondary spin by as little as \(1\%\) of its maximal physically allowed value can drive the system from regular to chaotic motion and produce distinctive detector-level waveforms. | 極端に質量比の異なる銀河が合体する際の混沌は、非現実的に大きな二次スピンを必要とすると考えられており、その天体物理学的意義は不確かである。 しかし、シュワルツシルトブラックホールの周りを公転するスピンする二次銀河の場合、天体物理学的に現実的なスピン範囲全体にわたって混沌が持続することがわかった。 この非積分的なダイナミクスは、放出される重力波に明確な痕跡を残す。 近傍の規則的な軌道と混沌とした軌道は、時間領域では類似した状態を保ち、支配的なスペクトルピークはほぼ一致するが、混沌とした信号は、ピーク間のパワーが密集した、離散性の低い周波数領域構造を発達させる。 さらに、局所的なスペクトル平坦度指標を導入し、混沌とした信号は近傍の規則的な信号よりも数百倍大きいことを発見した。 最後に、二次銀河のスピンが物理的に許容される最大値のわずか1%変化するだけでも、システムは規則的な運動から混沌とした運動へと移行し、特徴的な検出器レベルの波形を生成する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| When an accretion flow extends to the event horizon, their intersection defines the contour of the inner shadow. However, the morphological evolution of this critical feature remains largely unexplored within a torn accretion disk system, a configuration comprising distinct sub-disks formed when a tilted disk is disrupted by frame-dragging. To address this, we phenomenologically construct a torn accretion disk model and numerically simulate the inner shadow of a Kerr black hole using relativistic backward ray-tracing. We discover that the torn disk geometry profoundly alters the black hole's observational signatures, inducing severe erosion of the inner shadow and generating novel features such as bifurcated shadows, crescent-like structures, and multiple orders of shadow rings. These exotic morphologies, which are predominantly governed by the spatial discontinuity between the sub-disks and the tilt angle of the outer sub-disk, are exceedingly difficult to replicate within standard equatorial accretion paradigms. Our findings demonstrate that these distinctive shadow structures hold significant potential to serve as robust diagnostic probes for torn accretion environments, simultaneously implying that relying solely on the inner shadow to test gravity theories is fundamentally insufficient. | 降着流が事象の地平線まで伸びると、それらの交点が内側の影の輪郭を定義します。 しかし、傾斜した円盤がフレームドラッギングによって破壊されたときに形成される個別のサブディスクからなる構成である引き裂かれた降着円盤システムでは、この重要な特徴の形態学的進化はほとんど研究されていません。 この問題を解決するために、現象論的に引き裂かれた降着円盤モデルを構築し、相対論的逆光線追跡を使用してカーブラックホールの内側の影を数値的にシミュレートします。 引き裂かれた円盤の形状がブラックホールの観測的特徴を大きく変化させ、内側の影の深刻な侵食を引き起こし、分岐した影、三日月状の構造、複数の次数の影のリングなどの新しい特徴を生成することを発見しました。 これらのエキゾチックな形態は、主にサブディスク間の空間的不連続性と外側サブディスクの傾斜角によって支配されており、標準的な赤道降着パラダイムでは再現することが非常に困難です。 我々の研究結果は、これらの特徴的な影の構造が、引き裂かれた集積環境を診断するための強力なプローブとして機能する大きな可能性を秘めていることを示しており、同時に、重力理論を検証するために内側の影だけに頼ることは根本的に不十分であることを示唆している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study black-hole quasinormal modes by applying the complex scaling method (CSM) to the perturbation equations of Schwarzschild and Reissner--Nordström black holes. The method converts the outgoing-wave boundary condition into a non-Hermitian eigenvalue problem, allowing quasinormal-mode frequencies to be computed within a common spectral framework. We first benchmark the method for the Schwarzschild Regge--Wheeler equation and then extend it to the Reissner--Nordström family, including the extremal limit. Our results show that CSM provides a unified and flexible approach to the computation of black-hole quasinormal frequencies. | 本研究では、シュワルツシルトブラックホールとライスナー・ノルドシュトロムブラックホールの摂動方程式に複素スケーリング法（CSM）を適用することで、ブラックホールの準正規モードを研究する。 この手法は、外向き波境界条件を非エルミート固有値問題に変換し、準正規モードの周波数を共通のスペクトルフレームワーク内で計算することを可能にする。 まず、シュワルツシルト・レッジ・ウィーラー方程式に対してこの手法のベンチマークを行い、次に極限を含むライスナー・ノルドシュトロム系に拡張する。 我々の結果は、CSMがブラックホールの準正規周波数の計算に対して統一的かつ柔軟なアプローチを提供することを示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Large families of confining holographic QFTs, described by Einstein-Dilaton gravity, are considered on constant-curvature manifolds in the presence of a $θ$-angle. The space of ground states of such theories is explored as a function of the UV parameters, namely the dimensionless curvature and the $θ$ angle. The free energy is computed, and the phase structure is determined. For constant negative curvature manifolds, we find solutions dual to single QFTs as well as solutions describing interfaces. The single QFTs exhibit an infinite family of saddle points, with the leading one dominating the gravitational path integral and no phase transitions present. For constant positive curvature manifolds, like de Sitter, the ($θ$-angle, curvature) phase diagram exhibits both first and second order phase transitions, as a function of the class of theories considered. We also show that when $θ=0$, a holographic Vafa-Witten-like theorem can be proven. | アインシュタイン・ディラトン重力によって記述される、閉じ込め型ホログラフィック量子場理論（QFT）の大きなファミリーを、θ角が存在する定曲率多様体上で考察する。 このような理論の基底状態空間を、無次元曲率とθ角というUVパラメータの関数として探索する。 自由エネルギーを計算し、相構造を決定する。 定負曲率多様体の場合、単一のQFTに双対な解と、界面を記述する解が見つかる。 単一のQFTは無限個の鞍点のファミリーを示し、その中で最も主要な鞍点が重力経路積分を支配し、相転移は存在しない。 ド・ジッター多様体のような定正曲率多様体の場合、（θ角、曲率）相図は、考察する理論のクラスの関数として、一次および二次相転移の両方を示す。 また、θ=0の場合、ホログラフィックなVafa-Wittenのような定理が証明できることも示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Light scalars generically mediate a fifth force incompatible with local tests of gravity unless their couplings are parametrically suppressed or screening mechanisms are introduced. We demonstrate that such suppression can arise from symmetry. We propose a $Z_2$-symmetric mirror extension of the Standard Model within a bi-conformal gravity construction, where spontaneous breaking of scale invariance produces a light scalaron as a pseudo-Nambu-Goldstone boson. This scalaron couples to the difference of trace anomalies between the Standard Model and mirror sectors. We find a parameter-independent correlation between the fifth-force strength $α$ and the scalaron mass $m_σ$, with the proportionality set by QCD observables and the electroweak scale. The Standard Model predicts $α\sim 10^{-4}$ at meter scales for $m_σ\sim 10^{-7}$ eV, which is directly in the target window of next-generation experiments. In contrast to environmental screening mechanisms, this suppression mechanism follows directly from symmetry rather than nonlinear scalar dynamics. | 軽いスカラー粒子は、その結合がパラメトリックに抑制されるか、遮蔽機構が導入されない限り、重力の局所的検証と両立しない第 5 の力を一般的に媒介します。 我々は、このような抑制が対称性から生じる可能性があることを示します。 我々は、二重共形重力構造内で標準模型の $Z_2$ 対称ミラー拡張を提案します。 この拡張では、スケール不変性の自発的破れにより、擬似南部ゴールドストーンボソンとして軽いスカラー粒子が生成されます。 このスカラー粒子は、標準模型とミラーセクター間のトレース異常の差と結合します。 我々は、第 5 の力の強さ $α$ とスカラー粒子の質量 $m_σ$ の間に、パラメータに依存しない相関関係があることを発見しました。 比例関係は、QCD 観測量と電弱スケールによって決定されます。 標準模型は、メートルスケールで $m_σ\sim 10^{-7}$ eV に対して $α\sim 10^{-4}$ を予測しており、これは次世代実験のターゲットウィンドウに直接含まれています。 環境によるスクリーニング機構とは対照的に、この抑制機構は非線形スカラー力学ではなく、対称性から直接導かれる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the quantum properties of gravitational waves (GWs) generated by a classical energy-momentum tensor. Treating the GW field as a quantum field coupled to a classical source, we evaluate the expectation value of the GW operator. We demonstrate that this expectation value exactly reproduces the classical retarded solution. Furthermore, we show that the mean and variance of the number of emitted gravitons are equal. This suggests that the graviton emission is a Poisson process, as expected for a coherent state. We establish a quantitative criterion for the validity of the classical wave description. By applying this criterion, we find that the classical approximation is remarkably accurate for astrophysical sources, but laboratory-scale systems may reside in a regime where the discrete nature of graviton emission becomes significant. | 古典的なエネルギー・運動量テンソルによって生成される重力波（GW）の量子特性を調査する。 GW場を古典的なソースに結合した量子場として扱い、GW演算子の期待値を評価する。 この期待値が古典的な遅延解を正確に再現することを示す。 さらに、放出される重力子の数の平均と分散が等しいことを示す。 これは、重力子放出がコヒーレント状態に期待されるようにポアソン過程であることを示唆している。 古典的な波動記述の妥当性に関する定量的基準を確立する。 この基準を適用することにより、古典的な近似は天体物理学的ソースに対して非常に正確であるが、実験室規模のシステムでは重力子放出の離散性が重要になる領域に存在する可能性があることがわかった。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Entanglement islands resolve the AMPS firewall paradox in a region-dependent manner by modifying the entanglement wedge of Hawking radiation. We investigate whether this resolution can be made universal, in the sense that a single compact island serves as a common interior support for all AMPS-relevant radiation regions. We show that such a construction is obstructed under reasonable assumptions. Universality forces an accumulation of interior partner entropy within a fixed compact region, which at late times exceeds the Bekenstein--Hawking bound set by its boundary area. However, a valid island realization for at least one radiation region requires compatibility with semiclassical entropy bounds. This leads to a contradiction, yielding a conditional no-go result for universal compact islands. Our result implies that interior reconstruction in the island framework must remain intrinsically region-dependent. | エンタングルメントアイランドは、ホーキング放射のエンタングルメントウェッジを修正することで、AMPSファイアウォールパラドックスを領域依存的に解決します。 本稿では、単一のコンパクトなアイランドがすべてのAMPS関連放射領域の共通内部サポートとして機能するという意味で、この解決を普遍的にできるかどうかを検証します。 妥当な仮定の下では、このような構成は妨げられることを示します。 普遍性は、固定されたコンパクト領域内に内部パートナーエントロピーの蓄積を強制し、これは後期には境界領域によって設定されるベッケンシュタイン-ホーキング境界を超えます。 しかし、少なくとも1つの放射領域で有効なアイランドの実現には、半古典的エントロピー境界との互換性が必要です。 これは矛盾を招き、普遍的なコンパクトアイランドに対して条件付き不成立の結果をもたらします。 本稿の結果は、アイランドフレームワークにおける内部再構成は本質的に領域依存のままでなければならないことを示唆しています。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the thermodynamic properties of static nonlinearly scalarized black holes in Einstein-scalar-Gauss-Bonnet theory with polynomial coupling functions. Based on the scalarized solutions constructed previously, we compute thermodynamical quantities of these scalarized black holes. Moreover, we examine the first law of black hole thermodynamics and consider the phase transitions between Schwarzschild and scalarized black holes. It shows that a phase transition from Schwarzschild black hole to scalarized black hole is a first-order with non-zero latent heat. | 本研究では、多項式結合関数を持つアインシュタイン・スカラー・ガウス・ボンネ理論における静的非線形スカラー化ブラックホールの熱力学的性質を調査する。 以前に構築したスカラー化解に基づいて、これらのスカラー化ブラックホールの熱力学的量を計算する。 さらに、ブラックホール熱力学の第一法則を検証し、シュワルツシルトブラックホールとスカラー化ブラックホール間の相転移を考察する。 その結果、シュワルツシルトブラックホールからスカラー化ブラックホールへの相転移は、非ゼロの潜熱を伴う一次相転移であることが示された。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present new regular black hole solutions in general relativity (GR) within a static, spherically symmetric framework governed by a variable equation of state, following the approach of [Class. Quant. Grav. 42, 025024 (2025)]. The matter supporting these geometries is identified as a purely magnetic monopole configuration of the Maxwell-Faraday tensor in the context of nonlinear electrodynamics (NLED). We explicitly reconstruct the corresponding NLED Lagrangian and analyze the asymptotic and central behaviors of the solutions. The geometric structure is examined through the metric functions, the regularity of the Kretschmann scalar, and the profiles of energy density and pressures, including a discussion of the resulting energy conditions. Using Event Horizon Telescope observations of Sgr A$^*$, we constrain the model parameters by comparing the predicted size of the central dark region with the inferred observational images, taking into account the effective geometry experienced by photons in the presence of NLED. Finally, we investigate the dynamical stability of these configurations under scalar perturbations by computing the quasinormal mode spectrum and performing a time-domain analysis. | 本稿では、[Class. Quant. Grav. 42, 025024 (2025)] のアプローチに従い、可変状態方程式によって支配される静的で球対称な枠組みの中で、一般相対性理論 (GR) における新しい正則ブラックホール解を提示する。 これらの幾何学を支える物質は、非線形電気力学 (NLED) の文脈における Maxwell-Faraday テンソルの純粋に磁気的な単極子構成として特定される。 我々は対応する NLED ラグランジアンを明示的に再構築し、解の漸近的および中心的な振る舞いを解析する。 幾何学的構造は、計量関数、Kretschmann スカラーの正則性、エネルギー密度と圧力のプロファイルを通して調べられ、結果として得られるエネルギー条件についての議論も含まれる。 Sgr A$^*$ のイベントホライズンテレスコープ観測を用いて、NLED の存在下で光子が経験する有効幾何学を考慮に入れ、予測される中心暗黒領域のサイズを推測される観測画像と比較することにより、モデルパラメータを制約する。 最後に、準正規モードスペクトルを計算し、時間領域解析を行うことにより、スカラー摂動下におけるこれらの構成の動的安定性を調査する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate primordial black hole (PBH) formation in a cosmological scenario where curvature perturbations follow purely quadratic non-Gaussianity, $ζ= A(φ^2-\langleφ^2\rangle)$, arising from tachyonic instability in multi-component inflationary models. Within an extended Press-Schechter framework based on the compaction function, we derive the probability distribution of the linear compaction function and its asymptotic exponential tail, demonstrating that PBH abundance is exponentially sensitive not only to the amplitude of perturbations but also to the correlation coefficient $ρ$ between the smoothed field and its radial gradient. We further find that, for $A<0$, the spectral width of the curvature power spectrum plays a decisive role in avoiding PBH overproduction: broad spectra yield mildly negative $ρ$ and fail to suppress PBH formation, while sufficiently narrow spectra drive $ρ\to -1$, resulting in an exponential suppression while maintaining a sizable gravitational-wave signal. Thermal inflation provides a useful benchmark scenario with asteroid-mass PBH dark matter and high-frequency scalar-induced gravitational waves potentially detectable by future space-based interferometers, but its typically broad spectra make it challenging to reconcile PTA observations with PBH constraints. | 我々は、曲率摂動が多成分インフレーションモデルにおけるタキオン不安定性から生じる純粋に二次非ガウス性、$ζ= A(φ^2-\langleφ^2\rangle)$に従う宇宙論的シナリオにおける原始ブラックホール（PBH）の形成を調査する。 圧縮関数に基づく拡張プレス・シェクターフレームワーク内で、線形圧縮関数の確率分布とその漸近的な指数関数的裾を導出し、PBHの存在量が摂動の振幅だけでなく、平滑化された場とその半径方向勾配間の相関係数$ρ$にも指数関数的に敏感であることを示す。 さらに、$A<0$ の場合、曲率パワースペクトルのスペクトル幅が PBH の過剰生成を回避する上で決定的な役割を果たすことがわかりました。 スペクトルが広いと、わずかに負の $ρ$ が生じ、PBH の形成を抑制できませんが、スペクトルが十分に狭いと、$ρ\to -1$ となり、大きな重力波信号を維持しながら指数関数的な抑制が実現します。 熱的インフレーションは、小惑星質量 PBH 暗黒物質と高周波スカラー誘起重力波が将来の宇宙ベースの干渉計で検出される可能性がある有用なベンチマークシナリオを提供しますが、その典型的な広いスペクトルにより、PTA 観測と PBH 制約を整合させることは困難です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The deflection angle of a light ray passing the Schwarzschild (spherically symmetric vacuum) black hole was calculated by Charles Galton Darwin in 1959 in terms of the elliptic integral of the first kind. This calculation has been repeated many times and has also been given approximately in terms of elementary functions for impact parameters that either are not too small or are close to the critical impact parameter. Here I present Padé 2-point approximants of order [2,2] (quadratic numerators and denominators), relating the critical impact parameter divided by the actual impact parameter to the exponential of the negative of the deflection angle, that fairly accurately cover the full range of impact parameters greater than the critical impact parameter, which is the case for all photon trajectories that remain outside the black hole. I also present a simpler quadratic approximation that works as well in the middle of the range but not so well at the extremes. | シュワルツシルト（球対称真空）ブラックホールを通過する光線の偏向角は、1959年にチャールズ・ゴルトン・ダーウィンによって第一種楕円積分を用いて計算されました。 この計算は何度も繰り返され、衝突パラメータが小さすぎないか、臨界衝突パラメータに近い場合、初等関数を用いて近似的に求められてきました。 ここでは、臨界衝突パラメータを実際の衝突パラメータで割った値を偏向角の負の指数関数に関連付ける、次数[2,2]のパデ2点近似（分子と分母は2次）を示します。 これは、ブラックホールの外側にとどまるすべての光子軌道の場合に当てはまる、臨界衝突パラメータより大きい衝突パラメータの全範囲をかなり正確にカバーします。 また、範囲の中央ではうまく機能しますが、両端ではそれほどうまく機能しない、より単純な2次近似も示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The classical double copy provides a powerful bridge between gravity and gauge theory, but its most explicit realizations remain concentrated in stationary or highly symmetric settings. We show that trapped regions of black-hole geometries furnish an exact setting for time-dependent classical double copy. In the static, spherically symmetric case, each trapped interval admits a local single-copy description on the associated Kantowski--Sachs patch that is intrinsically time dependent, although it can be derived from static Kerr--Schild data and does not require knowledge of any exterior black-hole completion. We prove that this class is characterized intrinsically by a distinguished relation between the Kantowski--Sachs scale factors, equivalently by the longitudinal relation \(p_{\parallel}=-ρ\), and that the Kerr--Schild scalar and single-copy field are uniquely reconstructible from interior cosmological data. Schwarzschild provides the singular benchmark, for which the single-copy electric field diverges along the interior evolution, while the regular Bardeen solution yields a finite single-copy field throughout the trapped region and a smooth extension into a regular static core. The Bardeen core violates the strong energy condition in a compact region, whereas the corresponding single-copy Maxwell field remains regular and satisfies the standard classical energy conditions. We further show that the Bardeen horizon phase structure is encoded in the single-copy scalar. These results identify trapped Kerr--Schild interiors as an exact local laboratory for time-dependent classical double copy. | 古典的な二重コピーは重力とゲージ理論の強力な架け橋となるが、その最も明示的な実現は静止状態または高度に対称な設定に集中している。 我々は、ブラックホールの幾何学的構造の捕捉領域が、時間依存の古典的な二重コピーの正確な設定を提供することを示す。 静的で球対称な場合、各捕捉区間は、関連するカントフスキー・ザックスパッチ上の局所的な単一コピー記述を許容する。 この記述は本質的に時間依存であるが、静的なカー・シルトデータから導出でき、外部のブラックホール完成に関する知識は必要としない。 我々は、このクラスが本質的にカントフスキー・ザックススケール因子間の特別な関係、すなわち縦方向の関係 \(p_{\parallel}=-ρ\) によって特徴付けられ、カー・シルトスカラー場と単一コピー場が内部宇宙論データから一意に再構成可能であることを証明する。 シュヴァルツシルト解は特異なベンチマークを提供し、その場合、単一コピーの電場は内部の時間発展に沿って発散する。 一方、通常のバーディーン解は、捕捉領域全体で有限の単一コピー場と、規則的な静的コアへの滑らかな拡張をもたらす。 バーディーン・コアはコンパクト領域で強いエネルギー条件に違反するが、対応する単一コピーのマクスウェル場は規則性を保ち、標準的な古典的エネルギー条件を満たす。 さらに、バーディーンの地平線位相構造が単一コピーのスカラーに符号化されていることを示す。 これらの結果は、捕捉されたカー・シルト内部が、時間依存の古典的二重コピーの正確な局所実験室であることを示している。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In quantum field theory, it is not always possible to excite one state out of another using only local operators. This paper establishes abstract algebraic criteria for (local) excitability in general quantum theories, and computes these criteria explicitly for zero-mean Gaussian states in (generalized) free field theories. We find that in this context, due to the special nature of Gaussian states, one-way excitability always implies two-way excitability, and our results generalize the "quasiequivalence theorems" of Powers, Stormer, van Daele, Araki, and Yamagami. A key role in our proof is played by the information-theoretic tool of canonical purification. In appendices, we provide a pedagogical introduction to the algebraic formulation of (generalized) free field theory. | 量子場理論では、局所演算子のみを用いてある状態から別の状態へ励起することが常に可能とは限りません。 本論文では、一般量子理論における（局所）励起可能性に関する抽象的な代数的基準を確立し、（一般化）自由場理論におけるゼロ平均ガウス状態についてこれらの基準を明示的に計算します。 この文脈において、ガウス状態の特殊性により、一方向励起可能性は常に双方向励起可能性を意味し、我々の結果はPowers、Stormer、van Daele、Araki、Yamagamiらの「準等価定理」を一般化するものであることが分かりました。 証明において重要な役割を果たすのは、情報理論的手法である正準精製です。 付録では、（一般化）自由場理論の代数的定式化について、教育的な入門を提供します。 |