将 NANOGrav 15 年数据集解释为 ALP 诱导不稳定性产生的早期宇宙引力波所面临的挑战

在本文中，我们研究近期 NANOGrav 脉冲星计时阵列观测到的随机引力波背景的一种可能的早期宇宙源。该源为由类轴子粒子 (ALP) 诱导的暗规范场中的快子不稳定性，这是一种已知的引力波源。我们发现，相对于先前使用 NANOGrav 12.5 年数据集的分析，当前的 15 年数据集更偏好具有相对较大轴子质量与衰变常数的参数空间。这一偏好的参数空间受到 $\Delta N_{\rm eff}$ 与 ALP 暗物质过量产生的严重约束。尽管存在规避第二个问题的潜在机制，但逃避 $\Delta N_{\rm eff}$ 约束仍极具挑战性。特别地，我们发现引力波幅度相对于规范玻色子暗辐射被显著压低，这意味着成功解释 NANOGrav 观测需要大量额外的暗辐射，从而违反宇宙学约束。满足 $\Delta N_{\rm eff}$ 约束会将此机制对观测信号的潜在贡献限制在至多百分之一水平。