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天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学

arXiv:2402.18965v1 (astro-ph)
[提交于 2024年2月29日 (此版本) , 最新版本 2024年3月8日 (v2) ]

标题: 脉冲星计时阵列数据的诱导引力波解释:对一般状态方程的完整研究

标题: Induced Gravitational Wave interpretation of PTA data: a complete study for general equation of state

Authors:Guillem Domènech, Shi Pi, Ao Wang, Jianing Wang
摘要: 我们全面研究了PTA合作组织报告的可能引力波背景的诱导引力波解释,考虑了早期宇宙未知的状态方程$w$。 我们使用公开可用的\textsc{PTArcade}代码以及\textsc{SIGWfast}对诱导引力波谱进行数值积分,对NANOGrav数据进行了贝叶斯分析。 我们关注两种情况:单色和对数正态原初谱。 对于对数正态谱,我们表明,当引力波峰接近PTA窗口时,结果对$w$不太敏感,但仅当红外幂律尾部贡献时,辐射主导将超出$2\sigma$的轮廓。 对于单色谱,$2\sigma$的限制产生$0.1\lesssim w\lesssim0.9$,使得辐射主导接近中心值。 我们还利用峰值形式研究了原初黑洞(PBH)的对应情况。 我们表明,一般来说,更大的宽度和更刚性的状态方程可以缓解PBH的过度产生。 没有PBH过量产生需要$w\gtrsim0.42$达到2-$\sigma$级别对于单色谱。此外,包括来自宇宙微波背景的限制,我们发现PBH对应的质量范围由$10^{-5} M_\odot\lesssim M_{\rm PBH}\lesssim10^{-1} M_\odot$限定。最后,我们发现PTA信号可以解释OGLE报告的微透镜事件对于$0.42\lesssim w\lesssim 0.50$。我们的工作展示了对一般$w$的诱导引力波和原初黑洞的完整处理,以用于未来的数据分析。
摘要: We thoroughly study the induced gravitational wave interpretation of the possible gravitational wave background reported by PTA collaborations, considering the unknown equation of state $w$ of the early universe. We perform a Bayesian analysis of the NANOGrav data using the publicly available \textsc{PTArcade} code together with \textsc{SIGWfast} for the numerical integration of the induced gravitational wave spectrum. We focus on two cases: a monochromatic and a log-normal primordial spectrum of fluctuations. For the log-normal spectrum, we show that, while the results are not very sensitive to $w$ when the GW peak is close to the PTA window, radiation domination is out of the $2\sigma$ contours when only the infra-red power-law tail contributes. For the monochromatic spectrum, the $2\sigma$ bounds yield $0.1\lesssim w\lesssim0.9$ so that radiation domination is close to the central value. We also investigate the primordial black hole (PBH) counterpart using the peak formalism. We show that, in general terms, a larger width and stiffer equation of state alleviates the overproduction of PBHs. No PBH overproduction requires $w\gtrsim0.42$ up to 2-$\sigma$ level for the monochromatic spectrum. Furthermore, including bounds from the cosmic microwave background, we find in general that the mass range of the PBH counterpart is bounded by $10^{-5} M_\odot\lesssim M_{\rm PBH}\lesssim10^{-1} M_\odot$. Lastly, we find that the PTA signal can explain the microlensing events reported by OGLE for $0.42\lesssim w\lesssim 0.50$. Our work showcases a complete treatment of induced gravitational waves and primordial black holes for general $w$ for future data analysis.
评论: 22页,4图
主题: 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO) ; 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc); 高能物理 - 现象学 (hep-ph); 高能物理 - 理论 (hep-th)
引用方式: arXiv:2402.18965 [astro-ph.CO]
  (或者 arXiv:2402.18965v1 [astro-ph.CO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2402.18965
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Ao Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 2 月 29 日 09:08:13 UTC (1,211 KB)
[v2] 星期五, 2024 年 3 月 8 日 15:07:17 UTC (867 KB)
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