Probing the pre-BBN universe with gravitational waves from cosmic strings

被引:136
作者
Cui, Yanou [1 ]
Lewicki, Marek [2 ,3 ]
Morrissey, David E. [4 ]
Wells, James D. [5 ,6 ]
机构
[1] Univ Calif Riverside, Dept Phys & Astron, 900 Univ Ave, Riverside, CA 92521 USA
[2] Kings Coll London, London WC2R 2LS, England
[3] Univ Warsaw, Fac Phys, Ul Pasteura 5, PL-02093 Warsaw, Poland
[4] TRIUMF, 4004 Wesbrook Mall, Vancouver, BC V6T 2A3, Canada
[5] Univ Michigan, Leinweber Ctr Theoret Phys, 450 Church St, Ann Arbor, MI 48109 USA
[6] Deutsch Elektronen Synchrotron DESY, Theory Grp, D-22603 Hamburg, Germany
基金
加拿大自然科学与工程研究理事会;
关键词
Beyond Standard Model; Cosmology of Theories beyond the SM; INFLATIONARY-UNIVERSE; COSMOLOGICAL CONSTRAINTS; REHEATING TEMPERATURE; RADIATION; EVOLUTION; QUINTESSENCE; NETWORKS; FLATNESS; HORIZON; MODELS;
D O I
10.1007/JHEP01(2019)081
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
Many motivated extensions of the Standard Model predict the existence of cosmic strings. Gravitational waves originating from the dynamics of the resulting cosmic string network have the ability to probe many otherwise inaccessible properties of the early universe. In this study we show how the spectrum of gravitational waves from a cosmic string network can be used to test the equation of state of the early universe prior to Big Bang Nucleosynthesis (BBN). We also demonstrate that current and planned gravitational wave detectors such as LIGO, LISA, DECIGO/BBO, and ET/CE have the potential to detect signals of a non-standard pre-BBN equation of state and evolution of the early universe (e.g., early non-standard matter domination or kination domination) or new degrees of freedom active in the early universe beyond the sensitivity of terrestrial collider experiments and cosmic microwave background measurements.
引用
收藏
页数:31
相关论文
共 176 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]   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)
[3]   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-+
[4]   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)
[5]   GW170817: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Compact Binary Coalescences [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, 2018, 120 (09)
[6]   First Search for Gravitational Waves from Known Pulsars with Advanced LIGO (vol 839, 12, 2017) [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. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
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. ;
Avila-Alvarez, A. ;
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. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 851 (01)
[7]   Upper Limits on the Stochastic Gravitational-Wave Background from Advanced LIGO's First Observing Run [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. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
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. ;
Avila-Alvarez, A. ;
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. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (12)
[8]   Exploring the sensitivity of next generation gravitational wave detectors [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Altin, P. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arun, K. G. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Baker, P. T. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Bartlett, J. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Batch, J. C. ;
Baune, C. ;
Bell, A. S. ;
Berger, B. K. ;
Bergmann, G. ;
Berry, C. P. L. ;
Betzwieser, J. ;
Bhagwat, S. ;
Bhandare, R. ;
Bilenko, I. A. .
CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2017, 34 (04)
[9]   Chilly dark sectors and asymmetric reheating [J].
Adshead, Peter ;
Cui, Yanou ;
Shelton, Jessie .
JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS, 2016, (06)
[10]   COSMOLOGY FOR GRAND UNIFIED THEORIES WITH RADIATIVELY INDUCED SYMMETRY-BREAKING [J].
ALBRECHT, A ;
STEINHARDT, PJ .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 1982, 48 (17) :1220-1223