引力波的宇宙学背景

引力波（GWs）在探测宇宙学方面具有巨大潜力。我们综述可导致引力波宇宙学背景的早期宇宙源。我们首先给出平直时空和宇宙学设定中引力波的定义，并讨论早期宇宙的引力波背景为何具有随机性质。我们重述当前对随机背景的观测约束，并讨论包括先进 LIGO、先进 Virgo、爱因斯坦望远镜、KAGRA、LISA 在内的当前和未来引力波探测器的一些特性。然后我们详细综述文献中提出的早期宇宙引力波产生机制，以及它们所产生的引力波背景的性质。我们将这些背景分为五类：标准慢滚暴胀期间量子真空涨落产生的引力波、在标准暴胀范式扩展内起作用的过程产生的引力波、暴胀后预热及相关非微扰现象产生的引力波、一阶相变（与电弱对称破缺相关或无关）产生的引力波，以及拓扑缺陷（特别是宇宙弦）产生的引力波。可产生随机引力波背景的早期宇宙过程的现象学极为丰富，且某些背景处于近未来引力波探测器的可及范围之内。对未来任一此类背景的探测都将提供关于描述早期宇宙的基础高能理论的关键信息，探测远超粒子加速器可及范围的能量尺度。