FLRW 时空中气泡碰撞产生的引力波

随机引力波背景（SGWB）是探测标准模型粒子物理与宇宙学紧密联系的极早期宇宙的一种有前景的工具。作为 SGWB 的可能组分，一阶宇宙相变期间气泡碰撞产生的引力波（GW）值得全面分析。2017 年，Ryusuke Jinno 与 Masahiro Takimoto 提出了一种优雅的分析方法，首次推导出了 Minkowski 时空中气泡碰撞 GW 能谱的解析表达式，避免了大规模数值模拟[26]。然而，他们在推导中忽略了宇宙膨胀，并将相变持续时间视为无穷，这可能使其估计偏离真值。出于这两个原因，我们采用他们的方法，将时空背景切换为 FLRW 时空，并考虑有限的相变持续时间，给出了 GW 能谱的新表达式。以 $\sigma$ 表示相变速度相对于宇宙膨胀速度的比例，我们发现当 $\sigma$ 在 $\mathcal{O}(10)$ 附近时，估计的 GW 能谱最大值比较其先前工作结果下降约 1 个数量级。即便当 $\sigma=100$ 时，GW 能谱最大值也仅为其先前估计的 $65\%$。如此显著的下降可能为气泡碰撞 GW 的可探测性带来新挑战。幸运的是，通过将新能谱与 GW 探测器的 PLI（power-law integrated）灵敏度曲线比较，我们发现气泡碰撞 GW 在可预见的未来对 DECIGO、BBO、LISA 与 TianQin 仍具探测前景。