宇宙学相变中可压缩 MHD 湍流产生的引力波

我们计算了一阶相变中磁流体动力学湍流产生的引力波谱。我们特别关注不可压缩（螺线管式）均匀各向同性湍流去相关的角色，其由扫掠效应主导。扫掠效应描述湍流去相关主要是由于小尺度涡被大尺度涡以随机方式扫过。与先前研究相比，该效应将不可压缩 MHD 湍流产生的引力波信号降低了约一个数量级。此外，我们发现引力波谱的谱形对螺线管模式（磁性和动能）所源化的能量密度有更复杂的依赖关系。高频尾部分别对大和小螺线管湍流密度参数遵循 $k^{-5/3}$ 或 $k^{-8/3}$ 幂律。此外，磁螺旋度往往增加低频处的引力波能量。而且，我们展示了螺线管模式可能如何影响膨胀模式（例如声波）的引力波谱。我们发现由于对膨胀模式的扫掠效应，螺线管模式极大地影响了引力波谱的形状。对于高速度流，由于扫掠，人们预期有 $k^{-2}$ 高频尾部。相反，对于低速度流和声波主导的流，我们预期有 $k^{-3}$ 高频尾部。如果这两种极限情况均未实现，引力波谱可能是断裂幂律，指数在 -2 和 -3 之间，一直延伸到源被黏性耗散阻尼的频率。