脉冲星计时阵列频带中原初磁场产生的引力波信号

NANOGrav、Parkes、欧洲及国际脉冲星计时阵列（PTA）合作组已报告了在 1--100 nHz 频率范围内可能对应于随机引力波背景（SGWB）的共谱过程的证据。我们考虑这样一种情形：该信号由早期宇宙中磁流体动力学（MHD）湍流产生，其由对应于夸克禁闭相变能量尺度的非螺旋原初磁场所诱发。我们进行 MHD 模拟以研究磁场的动力学演化并计算由此产生的 SGWB。我们表明，模拟得到的 SGWB 可非常好地通过假设磁各向异性应力在一段与涡旋翻转时间相关的时间间隔内为常数来近似。我们在该假设下导出的解析谱在对应于引力波源持续时间的频率处呈现斜率变化，这一点为数值模拟所证实。我们将 SGWB 信号与 PTA 数据比较，以约束产生 SGWB 的温度尺度，以及初始磁场的振幅和特征尺度。我们发现产生温度被约束在 1--200 MeV 范围，磁场振幅须大于当时辐射能量密度的 $1\%$，且磁场特征尺度被约束为大于视界尺度的 $10\%$。我们表明该磁场的湍流衰减将在复合时期产生一个有助于缓解哈勃张力、并可由如切伦科夫望远镜阵列等伽马射线望远镜在大尺度结构空洞中的测量所检验的场。