The grand challenges of contemporary fundamental physics---dark matter, dark energy, vacuum energy, inflation and early universe cosmology, singularities and the hierarchy problem---all involve gravity as a key component. And of all gravitational phenomena, black holes stand out in their elegant simplicity, while harbouring some of the most remarkable predictions of General Relativity: event horizons, singularities and ergoregions. The hitherto invisible landscape of the gravitational Universe is being unveiled before our eyes: the historical direct detection of gravitational waves by the LIGO-Virgo collaboration marks the dawn of a new era of scientific exploration. Gravitational-wave astronomy will allow us to test models of black hole formation, growth and evolution, as well as models of gravitational-wave generation and propagation. It will provide evidence for event horizons and ergoregions, test the theory of General Relativity itself, and may reveal the existence of new fundamental fields. The synthesis of these results has the potential to radically reshape our understanding of the cosmos and of the laws of Nature. The purpose of this work is to present a concise, yet comprehensive overview of the state of the art in the relevant fields of research, summarize important open problems, and lay out a roadmap for future progress.

Diabetes augments activity of histone deacetylase 6 (HDAC6) and generation of tumor necrosis factor α (TNFα) and impairs the physiological function of mitochondrial complex I (mCI) which oxidizes reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) to nicotinamide adenine dinucleotide to sustain the tricarboxylic acid cycle and β-oxidation. Here we examined how HDAC6 regulates TNFα production, mCI activity, mitochondrial morphology and NADH levels, and cardiac function in ischemic/reperfused diabetic hearts.HDAC6 knockout, streptozotocin-induced type 1 diabetic, and obese type 2 diabetic db/db mice underwent myocardial ischemia/reperfusion injury in vivo or ex vivo in a Langendorff-perfused system. H9c2 cardiomyocytes with and without HDAC6 knockdown were subjected to hypoxia/reoxygenation injury in the presence of high glucose. We compared the activities of HDAC6 and mCI, TNFα and mitochondrial NADH levels, mitochondrial morphology, myocardial infarct size, and cardiac function between groups.Myocardial ischemia/reperfusion injury and diabetes synergistically augmented myocardial HDCA6 activity, myocardial TNFα levels, and mitochondrial fission and inhibited mCI activity. Interestingly, neutralization of TNFα with an anti-TNFα monoclonal antibody augmented myocardial mCI activity. Importantly, genetic disruption or inhibition of HDAC6 with tubastatin A decreased TNFα levels, mitochondrial fission, and myocardial mitochondrial NADH levels in ischemic/reperfused diabetic mice, concomitant with augmented mCI activity, decreased infarct size, and ameliorated cardiac dysfunction. In H9c2 cardiomyocytes cultured in high glucose, hypoxia/reoxygenation augmented HDAC6 activity and TNFα levels and decreased mCI activity. These negative effects were blocked by HDAC6 knockdown.Augmenting HDAC6 activity inhibits mCI activity by increasing TNFα levels in ischemic/reperfused diabetic hearts. The HDAC6 inhibitor, tubastatin A, has high therapeutic potential for acute myocardial infarction in diabetes.

Abstract The Lorentz Invariance Violation (LIV), a proposed consequence of certain quantum gravity (QG) scenarios, could instigate an energy-dependent group velocity for ultra-relativistic particles. This energy dependence, although suppressed by the massive QG energy scale E_QG, expected to be on the level of the Planck energy 1.22 × 10 19 GeV, is potentially detectable in astrophysical observations. In this scenario, the cosmological distances traversed by photons act as an amplifier for this effect. By leveraging the observation of a remarkable flare from the blazar Mrk 421, recorded at energies above 100 GeV by the MAGIC telescopes on the night of April 25 to 26, 2014, we look for time delays scaling linearly and quadratically with the photon energies. Using for the first time in LIV studies a binned-likelihood approach we set constraints on the QG energy scale. For the linear scenario, we set 95% lower limits E_QG>2.7×10 17 GeV for the subluminal case and E_QG> 3.6 ×10 17 GeV for the superluminal case. For the quadratic scenario, the 95% lower limits for the subluminal and superluminal cases are E_QG>2.6 ×10 10 GeV and E_QG>2.5×10 10 GeV, respectively.

Synchrotron radiation from accelerated electrons above the photosphere of a relativistic ejecta is a natural candidate for the dominant radiative process for the prompt gamma-ray burst emission. There is, however, a tension between the predicted low-energy spectral index, $ in the fast cooling regime and observations. Radiating electrons have time to travel away from their acceleration site and may experience an evolving magnetic field. We study the impact of a decaying field on the synchrotron spectrum. We computed the radiation from electrons in a decaying magnetic field, including adiabatic cooling, synchrotron radiation, inverse Compton scatterings, and pair production. We explored the physical conditions in the co-moving frame of the emission region and focused on the fast cooling regime where the radiative timescale of electrons with a Lorentz factor $ m $ responsible for the peak of the emission, $t_ syn m )$, is much shorter than the dynamical timescale $t_ dyn We find that the effect of the magnetic field decay depends on its characteristic timescale $t_ B $: (i) for a slow decay with $t_ B 10\, t_ syn m )$, the effect is very weak and the spectral shape is mostly determined by the impact of the inverse Compton scatterings on the electron cooling, leading to $-3/2 -1$, and (ii) for a fast decay with $0.1 \,t_ syn m t_ B 10 \,t_ syn m )$, the magnetic field decay has a strong impact, leading naturally to the synchrotron marginally fast cooling regime, where alpha tends to $-2/3$, while the radiative efficiency remains high. The high-energy inverse Compton component is enhanced in this regime. (iii) For an even faster decay, the whole electron population is in the slow cooling regime. We conclude that efficient synchrotron radiation in a rapidly decaying magnetic field can reproduce low-energy photon indices ranging from $ to $-2/3$, which is in agreement with the measured value in the majority of gamma-ray burst spectra.