湮灭畴壁产生的引力波谱

早期宇宙中，作为离散对称性自发破缺的结果，可以形成宇宙畴壁网络。我们研究了当此类网络由于微小的显式对称性破缺项而发生湮灭时，所产生的宇宙学引力波（GWs）背景。通过对多次 3+1 维高分辨率格点场论模拟进行平均，我们得到了具有以下特征的引力波谱：(1) 一个宽且不对称的峰，大致位于（发射时的）频率 $f\sim 2 H_{\rm gw}$ 处，其中 $H_{\rm gw}$ 是引力波产生结束时的哈勃率，即湮灭后不久；(2) 双重破缺的幂律谱 $\propto k^{-n}$，在主峰之后初始斜率 $n \sim 0.5$，在高频处 $n \sim 1.8$，而低频区域 $f<f_p$ 与因果性表现 $\sim k^3$ 一致。此外，扩展先前的研究结果，我们发现引力波的产生在哈勃尺度 $H_{\text gw}$ 下降至大约比朴素估计 $\sigma H = \Delta V$ 小一个数量级时依然高效，其中 $\sigma$ 是壁张力，$\Delta V$ 是对称性破缺项的大小，从而导致引力波信号增大约 $O(100)$ 倍。我们发现，在改变标量场势的形状或引入含时对称性破缺项时，这些结果依然稳健。我们的发现对引力波搜寻具有重要意义，特别是在脉冲星计时阵列数据报告了随机引力波背景证据的背景下。