Constraining the gravitational-wave spectrum from cosmological first-order phase transitions using data from LIGO-Virgo first three observing runs

被引：10

作者：

Jiang, Yang ^{[1
,2
]}

Huang, Qing-Guo ^{[1
,2
,3
,4
,5
]}

机构：

[1] Chinese Acad Sci, Inst Theoret Phys, CAS Key Lab Theoret Phys, Beijing 100190, Peoples R China

[2] Univ Chinese Acad Sci, Sch Phys Sci, 19A Yuquan Rd, Beijing 100049, Peoples R China

[3] UCAS, Hangzhou Inst Adv Study, Sch Fundamental Phys & Math Sci, Hangzhou 310024, Peoples R China

[4] Yangzhou Univ, Coll Phys Sci & Technol, Ctr Gravitat & Cosmol, Yangzhou 225009, Peoples R China

[5] Shanghai Jiao Tong Univ, Shanghai Frontier Sci Res Ctr Gravitat Wave Detect, Sch Aeronaut & Astronaut, Shanghai 200240, Peoples R China

来源：

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS | 2023年 / 06期

关键词：

cosmological phase transitions; gravitational waves; sources; RADIATION;

D O I：

10.1088/1475-7516/2023/06/053

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We search for a first-order phase transition (PT) gravitational wave (GW) signal from Advanced LIGO and Advanced Virgo's first three observing runs. Due to the large the-oretical uncertainties, four shapes of GW energy spectral from bubble and sound wave colli-sions widely adopted in literature are investigated, separately. Our results indicate that there is no evidence for the existence of such GW signals, and therefore we give the upper limits on the amplitude of GW energy spectrum S2pt(f*) in the peak frequency range of f* E [5, 500] Hz for these four theoretical models, separately. We find that Qpt(f* <^>, 40 Hz) < 1.3 x 10-8 at 95% credible level, and roughly H*//3 < 0.1 and & alpha; < 1 at 68% credible level in the peak frequency range of 20 < f* < 100 Hz corresponding to the most sensitive frequency band of Advanced LIGO and Advanced Virgo's first three observing runs, where H* is the Hubble pa-rameter when PT happens, /3 is the bubble nucleation rate and & alpha; is the normalized latent heat.

引用

页数：13

共 72 条

[1] Advanced LIGO [J].

Aasi, J. ;

Abbott, B. P. ;

Abbott, R. ;

Abbott, T. ;

Abernathy, M. R. ;

Ackley, K. ;

Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. ;

Affeldt, C. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

Ain, A. ;

Ajith, P. ;

Alemic, A. ;

Allen, B. ;

Amariutei, D. ;

Anderson, S. B. ;

Anderson, W. G. ;

Arai, K. ;

Araya, M. C. ;

Arceneaux, C. ;

Areeda, J. S. ;

Ashton, G. ;

Ast, S. ;

Aston, S. M. ;

Aufmuth, P. ;

Aulbert, C. ;

Aylott, B. E. ;

Babak, S. ;

Baker, P. T. ;

Ballmer, S. W. ;

Barayoga, J. C. ;

Barbet, M. ;

Barclay, S. ;

Barish, B. C. ;

Barker, D. ;

Barr, B. ;

Barsotti, L. ;

Bartlett, J. ;

Barton, M. A. ;

Bartos, I. ;

Bassiri, R. ;

Batch, J. C. ;

Baune, C. ;

Behnke, B. ;

Bell, A. S. ;

Bell, C. .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (07)

[2] 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)

[3] Advanced Virgo: a second-generation interferometric gravitational wave detector [J].

Acernese, F. ;

Agathos, M. ;

Agatsuma, K. ;

Aisa, D. ;

Allemandou, N. ;

Allocca, A. ;

Amarni, J. ;

Astone, P. ;

Balestri, G. ;

Ballardin, G. ;

Barone, F. ;

Baronick, J-P ;

Barsuglia, M. ;

Basti, A. ;

Basti, F. ;

Bauer, Th S. ;

Bavigadda, V. ;

Bejger, M. ;

Beker, M. G. ;

Belczynski, C. ;

Bersanetti, D. ;

Bertolini, A. ;

Bitossi, M. ;

Bizouard, M. A. ;

Bloemen, S. ;

Blom, M. ;

Boer, M. ;

Bogaert, G. ;

Bondi, D. ;

Bondu, F. ;

Bonelli, L. ;

Bonnand, R. ;

Boschi, V. ;

Bosi, L. ;

Bouedo, T. ;

Bradaschia, C. ;

Branchesi, M. ;

Briant, T. ;

Brillet, A. ;

Brisson, V. ;

Bulik, T. ;

Bulten, H. J. ;

Buskulic, D. ;

Buy, C. ;

Cagnoli, G. ;

Calloni, E. ;

Campeggi, C. ;

Canuel, B. ;

Carbognani, F. ;

Cavalier, F. .

CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (02)

[4] Detecting a stochastic background of gravitational radiation: Signal processing strategies and sensitivities [J].

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Romano, JD .

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[5]

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Antoniadis, J. ;

Arzoumanian, Z. ;

Babak, S. ;

Bailes, M. ;

Nielsen, A-S Bak ;

Baker, P. T. ;

Bassa, C. G. ;

Becsy, B. ;

Berthereau, A. ;

Bonetti, M. ;

Brazier, A. ;

Brook, P. R. ;

Burgay, M. ;

Burke-Spolaor, S. ;

Caballero, R. N. ;

Casey-Clyde, J. A. ;

Chalumeau, A. ;

Champion, D. J. ;

Charisi, M. ;

Chatterjee, S. ;

Chen, S. ;

Cognard, I ;

Cordes, J. M. ;

Cornish, N. J. ;

Crawford, F. ;

Cromartie, H. T. ;

Crowter, K. ;

Dai, S. ;

DeCesar, M. E. ;

Demorest, P. B. ;

Desvignes, G. ;

Dolch, T. ;

Drachler, B. ;

Falxa, M. ;

Ferrara, E. C. ;

Fiore, W. ;

Fonseca, E. ;

Gair, J. R. ;

Garver-Daniels, N. ;

Goncharov, B. ;

Good, D. C. ;

Graikou, E. ;

Guillemot, L. ;

Guo, Y. J. ;

Hazboun, J. S. ;

Hobbs, G. ;

Hu, H. ;

Islo, K. ;

Janssen, G. H. ;

Jennings, R. J. .

MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2022, 510 (04) :4873-4887

[7] Searching for Gravitational Waves from Cosmological Phase Transitions with the NANOGrav 12.5-Year Dataset [J].

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Blumer, Harsha ;

Becsy, Bence ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Chen, Siyuan ;

Cordes, James M. ;

Cornish, Neil J. ;

Crawford, Fronefield ;

Cromartie, H. Thankful ;

DeCesar, Megan E. ;

Demorest, Paul B. ;

Dolch, Timothy ;

Ellis, Justin A. ;

Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Garver-Daniels, Nathan ;

Gentile, Peter A. ;

Good, Deborah C. ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Holgado, A. Miguel ;

Islo, Kristina ;

Jennings, Ross J. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zoltan ;

Key, Joey Shapiro ;

Laal, Nima ;

Lam, Michael T. ;

Lazio, T. Joseph W. ;

Lee, Vincent S. H. ;

Lorimer, Duncan R. ;

Luo, Jing ;

Lynch, Ryan S. ;

Madison, Dustin R. ;

McLaughlin, Maura A. ;

Mingarelli, Chiara M. F. ;

Mitridate, Andrea ;

Ng, Cherry ;

Nice, David J. ;

Pennucci, Timothy T. ;

Pol, Nihan S. ;

Ransom, Scott M. ;

Ray, Paul S. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 127 (25)

[8] The NANOGrav 12.5-year Data Set: Search for Non-Einsteinian Polarization Modes in the Gravitational-wave Background [J].

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Blumer, Harsha ;

Becsy, Bence ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Chen, Siyuan ;

Cordes, James M. ;

Cornish, Neil J. ;

Crawford, Fronefield ;

Cromartie, H. Thankful ;

DeCesar, Megan E. ;

DeGan, Dallas M. ;

Demorest, Paul B. ;

Dolch, Timothy ;

Drachler, Brendan ;

Ellis, Justin A. ;

Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Garver-Daniels, Nathan ;

Gentile, Peter A. ;

Good, Deborah C. ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Holgado, A. Miguel ;

Islo, Kristina ;

Jennings, Ross J. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zoltan ;

Key, Joey Shapiro ;

Laal, Nima ;

Lam, Michael T. ;

Lazio, T. Joseph W. ;

Lorimer, Duncan R. ;

Liu, Tingting ;

Luo, Jing ;

Lynch, Ryan S. ;

Madison, Dustin R. ;

McEwen, Alexander ;

McLaughlin, Maura A. ;

Mingarelli, Chiara M. F. ;

Ng, Cherry ;

Nice, David J. ;

Olum, Ken D. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2021, 923 (02)

[9] The NANOGrav 12.5 yr Data Set: Search for an Isotropic Stochastic Gravitational-wave Background [J].

Arzoumanian, Zaven ;

Baker, Paul T. ;

Blumer, Harsha ;

Becsy, Bence ;

Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Chatterjee, Shami ;

Chen, Siyuan ;

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Cromartie, H. Thankful ;

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Key, Joey Shapiro ;

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Lam, Michael F. ;

Lazio, T. Joseph W. ;

Lorimer, Duncan R. ;

Luo, Jing ;

Lynch, Ryan S. ;

Madison, Dustin R. ;

McLaughlin, Nlaura A. ;

Mingarelli, Chiara M. F. ;

Ng, Cherry ;

Nice, David J. ;

Pennucci, Timothy T. ;

Pol, Nihan S. ;

Ransom, Scott M. ;

Ray, Paul S. ;

Shapiro-Albert, Brent J. ;

Siemens, Xavier ;

Simon, Joseph .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2020, 905 (02)

[10] BILBY: A User-friendly Bayesian Inference Library for Gravitational-wave Astronomy [J].

Ashton, Gregory ;

Hubner, Moritz ;

Lasky, Paul D. ;

Talbot, Colm ;

Ackley, Kendall ;

Biscoveanu, Sylvia ;

Chu, Qi ;

Divakarla, Atul ;

Easter, Paul J. ;

Goncharov, Boris ;

Vivanco, Francisco Hernandez ;

Harms, Jan ;

Lower, Marcus E. ;

Meadors, Grant D. ;

Melchor, Denyz ;

Payne, Ethan ;

Pitkin, Matthew D. ;

Powel, Jade ;

Sarin, Nikhil ;

Smith, Rory J. E. ;

Thrane, Eric .

ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2019, 241 (02)

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共 72 条

[1] Advanced LIGO [J].

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Abernathy, M. R. ;

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Adams, C. ;

Adams, T. ;

Addesso, P. ;

Adhikari, R. X. ;

Adya, V. ;

Affeldt, C. ;

Aggarwal, N. ;

Aguiar, O. D. ;

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Amariutei, D. ;

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Arai, K. ;

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Arceneaux, C. ;

Areeda, J. S. ;

Ashton, G. ;

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Aufmuth, P. ;

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Bejger, M. ;

Beker, M. G. ;

Belczynski, C. ;

Bersanetti, D. ;

Bertolini, A. ;

Bitossi, M. ;

Bizouard, M. A. ;

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Bondi, D. ;

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Buy, C. ;

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Burgay, M. ;

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Charisi, M. ;

Chatterjee, S. ;

Chen, S. ;

Cognard, I ;

Cordes, J. M. ;

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Crawford, F. ;

Cromartie, H. T. ;

Crowter, K. ;

Dai, S. ;

DeCesar, M. E. ;

Demorest, P. B. ;

Desvignes, G. ;

Dolch, T. ;

Drachler, B. ;

Falxa, M. ;

Ferrara, E. C. ;

Fiore, W. ;

Fonseca, E. ;

Gair, J. R. ;

Garver-Daniels, N. ;

Goncharov, B. ;

Good, D. C. ;

Graikou, E. ;

Guillemot, L. ;

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Brazier, Adam ;

Brook, Paul R. ;

Burke-Spolaor, Sarah ;

Charisi, Maria ;

Chatterjee, Shami ;

Chen, Siyuan ;

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Cromartie, H. Thankful ;

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Ferrara, Elizabeth C. ;

Fiore, William ;

Fonseca, Emmanuel ;

Garver-Daniels, Nathan ;

Gentile, Peter A. ;

Good, Deborah C. ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Holgado, A. Miguel ;

Islo, Kristina ;

Jennings, Ross J. ;

Jones, Megan L. ;

Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zoltan ;

Key, Joey Shapiro ;

Laal, Nima ;

Lam, Michael T. ;

Lazio, T. Joseph W. ;

Lee, Vincent S. H. ;

Lorimer, Duncan R. ;

Luo, Jing ;

Lynch, Ryan S. ;

Madison, Dustin R. ;

McLaughlin, Maura A. ;

Mingarelli, Chiara M. F. ;

Mitridate, Andrea ;

Ng, Cherry ;

Nice, David J. ;

Pennucci, Timothy T. ;

Pol, Nihan S. ;

Ransom, Scott M. ;

Ray, Paul S. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2021, 127 (25)

[8] The NANOGrav 12.5-year Data Set: Search for Non-Einsteinian Polarization Modes in the Gravitational-wave Background [J].

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Garver-Daniels, Nathan ;

Gentile, Peter A. ;

Good, Deborah C. ;

Hazboun, Jeffrey S. ;

Holgado, A. Miguel ;

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Kelley, Luke Zoltan ;

Key, Joey Shapiro ;

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Lorimer, Duncan R. ;

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Luo, Jing ;

Lynch, Ryan S. ;

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Fiore, William ;

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Gentile, Peter A. ;

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Kaiser, Andrew R. ;

Kaplan, David L. ;

Kelley, Luke Zoltan ;

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Madison, Dustin R. ;

McLaughlin, Nlaura A. ;

Mingarelli, Chiara M. F. ;

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Nice, David J. ;

Pennucci, Timothy T. ;

Pol, Nihan S. ;

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Simon, Joseph .

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[10] BILBY: A User-friendly Bayesian Inference Library for Gravitational-wave Astronomy [J].

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Lower, Marcus E. ;

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Melchor, Denyz ;

Payne, Ethan ;

Pitkin, Matthew D. ;

Powel, Jade ;

Sarin, Nikhil ;

Smith, Rory J. E. ;

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