天体物理和宇宙微波背景辐射的互相关

金钢狼

本文学习:arXive:2106.02591v1
广义相对论给我们提供了一个强大工具同时提取出天体物理和宇宙信息从随机引力波背景(SGWBs):其它宇宙追踪者互相关,由于它们的各向异性共享一个共同的起源,和相同的微扰几何。在这篇文章中,我们探索天体物理和宇宙微波背景辐射的互相关,采用微波背景(CMB)的各向异性,展示未来引力波探测,例如LISA或者大爆炸观测(BBO),有能力测量互相关信号。我们也提出,做为一个新工具,约束现时SWGBs图景提出,源于CMB普朗克绘景的高阶解。这个技术允许在低噪区域准确地重建期待的SWGBs图景通过从CMB的测量。
序言:
未来引力波实验的一个重要目标将是随机引力波背景[1-5]的探测和描述。这样的预期引起更多的好奇心通过NANO引力合作探测一随机引力波信号[6]。本质上,我们期待SGWB被产生通过两个主要贡献:一个源于晚期未解决的天体物理源,另一个源于一类不同物理过程在早期宇宙中,例如膨胀,预热,相变或者拓扑缺陷[7-10]。我们将表示前者做为AGWB,后者为CGMB。
这些背景贡献对于宇宙能量分配是通过一个平均能量密度参数。单极信号探测采用地-空探测器,参见文献[5,11-17]。这些背景被期待展示各向异性(方向依赖)在GW能量密度中,它们在时间之初产生[18-24],或者在它们传播间产生在我们的微扰宇宙[25-28]中。前者的产生机制是源/模型依赖,后者是模型独立,无所不在对于所有SGWB源。工具和技术对于测量SGWB各向异性,工具和技术已经被发展参见文献[29-37]。物理支配SGWB各向异性展示强模型用优美的CMB浮动[38-41]。此外,广义相对论预测一非零空间的关联在SGWB和CMB之间,由于引力子和CMB光子共用一套微扰几何。这篇文章的主要目的是探索SGWB和CMB的互相关细节,这些效应在大角度尺度是重要的,未来引力波干涉仪将是灵敏的。在那些尺度,我们能够忽略非线性效应,用玻尔兹曼方程的线性解计算互相关谱。
以前的互相关研究在CMB和其它探测之间,例如大尺度结构(LSS),它主要关注ISW和弱透镜(例如[42-44])。CGWB情形,我们包括了不同效果(例如SW,ISW,多普勒效应)的影响关于谱,关于它的特征,我们给出了物理解释,在不同多极情形。接下来[41],我们修订都知道的玻尔兹曼编码类[45],我们提取出自关联和互关联谱。我们然后展示一信噪比分析对于这些互相关信号,发现一个可探测关联在两个背景之间。在这个预测中,我们考虑全天空,普朗克SIMCA CMB图[46],和最新的空间干涉仪LISA[1]和大爆炸观测(BBO)[47]。它们是最有希望的实验,能够探测到原初引力波背景。