欧洲脉冲星计时阵列对随机引力波背景的限制所施加的宇宙弦张力约束

我们研究了利用当前脉冲星计时阵列（Pulsar Timing Array）对随机引力波背景（SGWB）的限制，可以对宇宙弦张力施加的约束。我们开发了一种代码，基于广泛接受的单尺度模型（one-scale model）来计算引力波（GWs）谱。在其最简单形式中，单尺度模型允许变化以下参数：(i) 弦张力 $G\mu/c^2$；(ii) 宇宙弦圈相对于诞生时视界的大小 $\alpha$；(iii) 发射谱的谱指数 $q$；(iv) 发射谱的截断 $n_*$；以及 (v) 互交换概率 $p$。nHz 频率范围内的谱振幅和斜率对这些未知参数非常敏感。我们还研究了更复杂情景的影响，包括多种初始圈尺寸，特别是文献中提出的 $2-\alpha$ 模型和 $\alpha$ 的对数正态分布。我们计算了由于欧洲脉冲星计时阵列数据对 SGWB 的限制而得出的对 $G\mu/c^2$ 的约束。考虑到参数中所有可能的不确定性，我们发现 $G\mu/c^2<5.3\times 10^{-7}$ 的保守上限，这通常发生在圈产生尺度接近引力反作用尺度时，即 $\alpha\approx\Gamma G\mu/c^2$。对于特定的参数值，通常对应于极端情况 $\alpha\ll \Gamma G\mu/c^2$ 和 $\alpha\gg \Gamma G\mu/c^2$，可能存在更强的限制。这一限制不如之前基于尖点（cusp）发射发布的限制严格，后者不一定模拟了所有可能的不确定性。我们讨论了在大型欧洲脉冲星阵列和平方千米阵列的背景下，在不久的将来将此限制降低两个数量级甚至探测到 SGWB 的前景。