Cosmology with the Laser Interferometer Space Antenna

被引:214
作者
Auclair, Pierre [1 ]
Bacon, David [2 ]
Baker, Tessa [2 ,3 ]
Barreiro, Tiago [4 ]
Bartolo, Nicola [5 ,6 ,7 ]
Belgacem, Enis [8 ]
Bellomo, Nicola [9 ]
Ben-Dayan, Ido [10 ,11 ,12 ]
Bertacca, Daniele [5 ,6 ,7 ]
Besancon, Marc [13 ]
Blanco-Pillado, Jose J. [14 ,15 ]
Blas, Diego [16 ,17 ]
Boileau, Guillaume [18 ]
Calcagni, Gianluca [19 ]
Caldwell, Robert [20 ]
Caprini, Chiara [1 ,21 ,22 ]
Carbone, Carmelita [23 ]
Chang, Chia-Feng [24 ]
Chen, Hsin-Yu [25 ,26 ]
Christensen, Nelson [18 ]
Clesse, Sebastien [27 ]
Comelli, Denis [28 ]
Congedo, Giuseppe [29 ]
Contaldi, Carlo [30 ]
Crisostomi, Marco [31 ,32 ,33 ]
Croon, Djuna [34 ,35 ]
Cui, Yanou [24 ]
Cusin, Giulia [21 ]
Cutting, Daniel [36 ,37 ]
Dalang, Charles [21 ]
De Luca, Valerio [21 ]
Del Pozzo, Walter [38 ,39 ]
Desjacques, Vincent [40 ]
Dimastrogiovanni, Emanuela [41 ,42 ]
Dorsch, Glauber C. [43 ]
Ezquiaga, Jose Maria [44 ,45 ,46 ]
Fasiello, Matteo [2 ,47 ]
Figueroa, Daniel G. [48 ]
Flauger, Raphael [49 ]
Franciolini, Gabriele [21 ]
Frusciante, Noemi [50 ]
Fumagalli, Jacopo [47 ,51 ,52 ]
Garcia-Bellido, Juan [47 ]
Gould, Oliver [53 ]
Holz, Daniel [44 ,45 ]
Iacconi, Laura [2 ]
Jain, Rajeev Kumar [54 ]
Jenkins, Alexander C. [55 ,56 ]
Jinno, Ryusuke [47 ,57 ]
Joana, Cristian [58 ]
机构
[1] Univ Paris, CNRS, Lab Astroparticule & Cosmol, F-75013 Paris, France
[2] Univ Portsmouth, Inst Cosmol & Gravitat, Portsmouth PO1 3FX, Hants, England
[3] Queen Mary Univ London, Dept Phys & Astron, Mile End Rd, London E1 4NS, England
[4] Univ Lusofona Humanidades & Tecnol, Campo Grande 376, P-1749024 Lisbon, Portugal
[5] Univ Padua, Dipartimento Fis & Astron G Galilei, Via Marzolo 8, I-35131 Padua, Italy
[6] INFN, Sez Padova, Via Marzolo 8, I-35131 Padua, Italy
[7] INAF, Osservatorio Astron Padova, Vicolo Osservatorio 5, I-35122 Padua, Italy
[8] Univ Utrecht, Fac Sci, Inst Theoret Phys, Princetonpl 5, NL-3584 CC Utrecht, Netherlands
[9] Univ Texas Austin, Dept Phys, Theory Grp, Austin, TX 78712 USA
[10] Ariel Univ, Dept Phys, POB 3, IL-4070000 Ariel, Israel
[11] Univ Calif Berkeley, Berkeley Ctr Cosmol Phys, Berkeley, CA 94720 USA
[12] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA
[13] CEA Paris Saclay, Irfu DPhP, F-91191 Gif Sur Yvette, France
[14] Basque Fdn Sci, Ikerbasque, Bilbao 48011, Spain
[15] Univ Basque Country, Dept Phys, Bilbao 48080, Spain
[16] Univ Autonoma Barcelona, Dept Fis, Grp Fis Teor, Barcelona 08193, Spain
[17] Barcelona Inst Sci & Technol, Inst Fis Altes Energies IFAE, Campus UAB, Barcelona 08193, Spain
[18] Univ Cote dAzur, CNRS, Observ Cote dAzur, Artemis, CS 34229, F-06304 Nice 4, France
[19] CSIC, Inst Estructura Mat, Serrano 121, Madrid 28006, Spain
[20] Dartmouth Coll, Dept Phys & Astron, 6127 Wilder Lab, Hanover, NH 03755 USA
[21] Univ Geneva, Dept Theoret Phys, 24 Quai Ernest Ansermet, Geneva, Switzerland
[22] CERN, Dept Theoret Phys, CH-1211 Geneva 23, Switzerland
[23] INAF Ist Astrofis Spaziale & Fis Cosm Milano IASF, Via Alfonso Corti 12, I-20133 Milan, Italy
[24] Univ Calif Riverside, Dept Phys & Astron, Riverside, CA 92521 USA
[25] MIT, Dept Phys, Cambridge, MA USA
[26] MIT, Kavli Inst Astrophys & Space Res, Cambridge, MA USA
[27] Univ Libre Bruxelles, Serv Phys Theor, CP225,Campus Plaine,Blvd Triomphe, B-1050 Brussels, Belgium
[28] INFN, Sez Ferrara, I-44122 Ferrara, Italy
[29] Univ Edinburgh, Inst Astron, Royal Observ, Blackford Hill, Edinburgh EH9 3HJ, Midlothian, Scotland
[30] Imperial Coll London, Blackett Lab, Theoret Phys Grp, London SW7 2AZ, England
[31] SISSA, Via Bonomea 265, I-34136 Trieste, Italy
[32] INFN, Sez Trieste, Trieste, Italy
[33] IFPU Inst Fundamental Phys Universe, Via Beirut 2, I-34014 Trieste, Italy
[34] TRIUMF Theory Grp, 4004 Wesbrook Mall, Vancouver, BC V6T 2A3, Canada
[35] Univ Durham, Inst Particle Phys Phenomenol, Dept Phys, Durham DH1 3LE, England
[36] Univ Helsinki, Dept Phys, PL 64, Helsinki 00014, Finland
[37] Univ Helsinki, Helsinki Inst Phys, PL 64, Helsinki 00014, Finland
[38] Univ Pisa, Dipartimento Fis E Fermi, I-56127 Pisa, Italy
[39] INFN, Sez Pisa, I-56127 Pisa, Italy
[40] Technion Israel Inst Technol, Dept Phys, IL-3200003 Haifa, Israel
[41] Univ New South Wales, Sch Phys, Sydney Consortium Particle Phys & Cosmol, Sydney, NSW 2052, Australia
[42] Univ Groningen, Van Swinderen Inst Particle Phys & Grav, NL-9747 AG Groningen, Netherlands
[43] Univ Fed Minas Gerais, Dept Fis, BR-31270901 Belo Horizonte, MG, Brazil
[44] Univ Chicago, Kavli Inst Cosmol Phys, Chicago, IL 60637 USA
[45] Univ Chicago, Enrico Fermi Inst, Chicago, IL 60637 USA
[46] Niels Bohr Inst, Niels Bohr Int Acad, Blegdamsvej 17, DK-2100 Copenhagen, Denmark
[47] Univ Autonoma Madrid, Inst Fis Teor UAM, CSIC, Madrid 28049, Spain
[48] Univ Valencia, CSIC, Inst Fis Corpuscular IFIC, Valencia 46980, Spain
[49] Univ Calif San Diego, 9500 Gilman Dr, La Jolla, CA 92093 USA
[50] Univ Lisbon, Fac Ciencias, Inst Astrofis & Ciencias Espaco, Edificio C8,Campo Grande, P-1749016 Lisbon, Portugal
基金
瑞士国家科学基金会; 芬兰科学院; 美国国家科学基金会; 以色列科学基金会; 日本学术振兴会;
关键词
Laser Interferometer Space Antenna (LISA); Cosmology; PRIMORDIAL BLACK-HOLES; ELECTROWEAK PHASE-TRANSITION; INFLATIONARY UNIVERSE SCENARIO; BARYON-NUMBER NONCONSERVATION; GRAVITATIONAL-WAVE BURSTS; PARTICLE PHYSICS MODELS; FALSE VACUUM INFLATION; GRAND UNIFIED THEORIES; LARGE-SCALE STRUCTURE; PRE-BIG-BANG;
D O I
10.1007/s41114-023-00045-2
中图分类号
O412 [相对论、场论]; O572.2 [粒子物理学];
学科分类号
摘要
The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) has two scientific objectives of cosmological focus: to probe the expansion rate of the universe, and to understand stochastic gravitational-wave backgrounds and their implications for early universe and particle physics, from the MeV to the Planck scale. However, the range of potential cosmological applications of gravitational-wave observations extends well beyond these two objectives. This publication presents a summary of the state of the art in LISA cosmology, theory and methods, and identifies new opportunities to use gravitational-wave observations by LISA to probe the universe.
引用
收藏
页数:254
相关论文
共 1356 条
[1]   Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barone, F. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (06)
[2]   GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M⊙ [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Aronson, S. M. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Badaracco, F. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2020, 125 (10)
[3]  
Abbott BP, 2021, ASTROPHYS J, V909, DOI 10.3847/1538-4357/abdcb7
[4]   GW190425: Observation of a Compact Binary Coalescence with Total Mass ∼3.4 M⊙ [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Aronson, S. M. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Badaracco, F. ;
Bader, M. K. M. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2020, 892 (01)
[5]   GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D. V. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (16)
[6]   Search for the isotropic stochastic background using data from Advanced LIGO's second observing run [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Anand, S. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Aronson, S. M. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Badaracco, F. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. .
PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (06)
[7]   Directional limits on persistent gravitational waves using data from Advanced LIGO's first two observing runs [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abraham, S. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S., V ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avendano, V ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Badaracco, F. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. .
PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (06)
[8]   Properties of the Binary Neutron Star Merger GW170817 [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Aloy, M. A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S., V ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arene, M. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D., V ;
Aubin, F. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. .
PHYSICAL REVIEW X, 2019, 9 (01)
[9]   A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D. V. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultO'Neal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. .
NATURE, 2017, 551 (7678) :85-+
[10]   Constraints on cosmic strings using data from the first Advanced LIGO observing run [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Bae, S. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. .
PHYSICAL REVIEW D, 2018, 97 (10)