星系际介质对长波长引力波的阻尼

本文研究了当经过的引力波（GW）加速星系际介质（IGM）带电粒子时该介质产生的辐射问题。研究发现，最大加速度（使电荷从静止达到在未被扰动时空静止系中仍为非相对论的最大速度）受传播球形引力波波前的曲率限制。由此在温热的 IGM 中产生的辐射带来了有趣的物理现象，该介质最低阶可视为具有冻结磁场 $B$ 的完全电离氢等离子体。研究发现，对于绝大多数传播方向，只要 $\om<\om_b$，右旋偏振辐射可在低于等离子体频率 $\om_p$ 的频率下穿透等离子体，其中典型 IGM 条件下 $\om_b=eB/m_e$ 满足 $\om_b<\om_p$。此外，此种情形下的折射率 $n\gg 1$，导致 GW 能量的辐射耗散（相对于真空情形）增强，若两种电荷物种处于热平衡并以相同方式被加速，则对电子更为严重。随后电子的辐射占主导，并因在一个波长尺度内振幅的相干叠加而进一步放大。波长为 $\lam\gtrsim 5\times 10^{13}$~cm 的 GW 转换为电磁波意味着此类 GW 在显著被 $\sim10^{-8}$ G 的 IGM B 场阻尼前只能传播距离 $\lesssim 1$~Gpc。脉冲星计时阵列所瞄准的低频 GW 将无法存活，除非 IGM 磁场远低于预期。未来如激光干涉空间天线等基于空间的探测器所瞄准的 mHz 频率 GW 旋近信号保持完好并可被探测到。