欧洲脉冲星计时阵列对各向同性随机引力波背景的限制

我们基于2015年欧洲脉冲星计时阵列(EPTA)数据发布中跨度18年、包含6颗脉冲星的数据集，给出了对各向同性随机引力波背景(GWB)的新限制。通过执行贝叶斯分析，我们同时拟合每颗脉冲星的内禀噪声参数，以及包括时钟和太阳系星历误差在内的公共相关信号，获得了在参考频率$1\mathrm{yr^{-1}}$、谱指数$13/3$下背景的无量纲应变振幅$A$的稳健95%上限$A<3.0\times 10^{-15}$，对应于由旋进中的超大质量黑洞双星产生的背景，并将引力波能量密度限制为$\Omega_\mathrm{gw}(f)h^2 < 1.1\times10^{-9}$（在2.8 nHz处）。我们还给出了一系列离散频率上相关功率谱的限制，并表明我们对基准各向同性GWB的灵敏度在频率$\sim 5\times10^{-9}$ Hz附近最高。最后，我们讨论了该分析对超大质量黑洞双星天体物理学的影响，并针对一组可能情景以及随机遗迹GWB，给出了表征宇宙弦网络产生的背景的弦张力$G\mu/c^2$的95%上限。对于Nambu-Goto场论宇宙弦网络，我们设定极限$G\mu/c^2<1.3\times10^{-7}$，与结合{\it Planck}合作组及其他实验的高-$\ell$宇宙微波背景数据所设限制相同。对于随机遗迹背景，我们设定$\Omega^\mathrm{relic}_\mathrm{gw}(f)h^2<1.2 \times10^{-9}$的限制，较脉冲星计时阵列此前最严格限制改善了9倍。