利用 N 体模拟研究早期物质主导时期非球形坍缩产生的引力波发射

我们利用所开发的半相对论 N 体框架，研究了早期物质主导时期非球形超密度斑块坍缩的动力学及相关引力波（GWs）的产生。坍缩斑块通过均匀球体的 Zel'dovich 形变进行初始化，并在 Einstein--de Sitter 背景中演化，同时发射信号直接由数值四极矩演化计算。我们表明，对信号的可靠预测需要对非线性坍缩动力学进行完全数值处理。特别是，基于拟合的程序和基于 Zel'dovich 的估计无法捕捉壳层穿越后的演化，并且可能高估或低估 GWs 的发射功率。在按 Doroshkevich 和 BBKS（峰理论）分布加权并对实现进行平均后，我们发现这两个谱具有相似的形状，并且在峰值振幅处保持在相同的总数量级内，尽管 BBKS 结果系统性地偏小。主导贡献来自相对适中高度的峰，约为 $\nu \simeq 3$，而更大的方差会显著增强信号。最后，通过改变视界质量和再加热温度，我们将当今的 GW 谱映射到不同类别探测器的灵敏频带。通过这种方式，信号可以覆盖很宽的频率范围，从脉冲星计时阵列到极高频实验，表明来自非球形坍缩的 GWs 可以提供对前 BBN 热历史的探测。