来自NANOGrav的原初引力波:一种折幂律方法
宇宙学与河外天体物理
2022-02-14 v2 广义相对论与量子宇宙学
高能物理 - 唯象学
高能物理 - 理论
摘要
我们重新审视了NANOGrav脉冲星计时阵列实验最近探测到的随机公共谱过程可能源于原初引力波(gravitational waves, GWs)的可能性。为与宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background, CMB)观测一致地解释NANOGrav而所需的蓝倾斜引力波谱,若幼稚地外推至干涉仪尺度,将强烈违反LIGO/Virgo对随机引力波背景(stochastic GW background, SGWB)振幅的上限。结合CMB与干涉仪尺度间存在超过19个数量级频率间隔这一事实,这促使我们超越通常采用的纯幂律引力波谱近似。我们考虑了SGWB谱的折幂律参数化,其在折频率以上由蓝倾斜转为红倾斜:尽管这是唯象的,该选择对应于多种有充分动机的早期宇宙模型,包括具有非瞬时再加热或再加热后非标准背景膨胀的图景。在详细讨论所得SGWB对早期宇宙辐射能量密度的贡献后,我们针对广泛的多频宇宙学与引力波观测约束了该折幂律模型。我们发现该唯象模型能够解释NANOGrav信号,同时与CMB尺度上张标比的上限、大爆炸核合成对早期宇宙辐射能量密度的约束以及干涉仪尺度上SGWB振幅的上限保持一致。我们简要讨论了利用下一代跨引力波频率领域的探测手段检验该模型的非常光明的前景,这激励进一步探索其与特定有充分动机的早期宇宙模型的联系。
引用
@article{arxiv.2111.04758,
title = {Primordial gravitational waves from NANOGrav: a broken power-law approach},
author = {Micol Benetti and Leila Lobato Graef and Sunny Vagnozzi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.04758},
year = {2022}
}
备注
22 pages, 4 figures, 1 table. v2: added references, version accepted for publication in PRD