跨越 29 个频率数量级的引力波宇宙学

早期宇宙中引力场的量子涨落经暴胀放大后，在很宽的频带内产生了原初引力波背景。通过结合覆盖 29 个频率数量级的实验，我们导出了对这种引力辐射谱的约束，进而约束了早期宇宙理论。这些实验包括 Planck 对宇宙微波背景温度和偏振功率谱及引力透镜的观测，连同重子声学振荡和大爆炸核合成测量，以及新的脉冲星计时阵列和地面干涉仪限制。虽然单个实验约束了特定频带内的引力波能量密度，但实验组合使我们能够约束宇宙学参数，包括暴胀谱指数 $n_t$ 和张量标量比 $r$。来自单个实验的结果包括迄今来自 Parkes 脉冲星计时阵列的最严格的原初背景纳赫兹限制，$\Omega_{\rm gw}(f)<2.3\times10^{-10}$。仅宇宙微波背景观测就将张量标量比为 $r = 0.11$ 时的引力波谱指数在 95% 置信度下限制为 $n_t\lesssim5$。然而，上述所有实验的组合将 $n_t$ 限制为 $<0.36$。预计未来的 Advanced LIGO 观测到 2020 年将进一步将 $n_t$ 限制为 $<0.34$。当宇宙微波背景实验探测到非零的 $r$ 时，我们的结果将意味着对 $n_t$ 以及早期宇宙理论的约束将更为严格。