Relating gravitational wave constraints from primordial nucleosynthesis, pulsar timing, laser interferometers, and the CMB: Implications for the early universe
Notice bibliographique
Résumé
We derive a general equation relating the gravitational-wave observables $r$ and ${\ensuremath{\Omega}}_{0}^{\mathrm{gw}}(f)$; or the observables ${\ensuremath{\Omega}}_{0}^{\mathrm{gw}}({f}_{1})$ and ${\ensuremath{\Omega}}_{0}^{\mathrm{gw}}({f}_{2})$. Here, $r$ is the so-called ``tensor-to-scalar ratio,'' which is constrained by cosmic-microwave-background experiments; and ${\ensuremath{\Omega}}_{0}^{\mathrm{gw}}(f)$ is the energy spectrum of primordial gravitational waves, which is constrained, e.g., by pulsar-timing measurements, laser-interferometer experiments, and the standard big bang nucleosynthesis bound. Differentiating this equation yields a new expression for the tilt $d\mathrm{ln}{\ensuremath{\Omega}}_{0}^{\mathrm{gw}}(f)/d\mathrm{ln}f$ of the present-day gravitational-wave spectrum. The relationship between $r$ and ${\ensuremath{\Omega}}_{0}^{\mathrm{gw}}(f)$ depends sensitively on the uncertain physics of the early universe, and we show that this uncertainty may be encapsulated (in a model-independent way) by two quantities: $\stackrel{^}{w}(f)$ and ${\stackrel{^}{n}}_{t}(f)$, where ${\stackrel{^}{n}}_{t}(f)$ is a certain logarithmic average over ${n}_{t}(k)$ (the primordial tensor spectral index); and $\stackrel{^}{w}(f)$ is a certain logarithmic average over $\stackrel{\texttildelow{}}{w}(a)$ (the effective equation-of-state parameter in the early universe, after horizon re-entry). Here, the effective equation-of-state parameter $\stackrel{\texttildelow{}}{w}(a)$ is a combination of the ordinary equation-of-state parameter $w(a)$ and the bulk viscosity $\ensuremath{\zeta}(a)$. Thus, by comparing observational constraints on $r$ and ${\ensuremath{\Omega}}_{0}^{\mathrm{gw}}(f)$, one obtains (remarkably tight) constraints in the ${\stackrel{^}{w}(f),{\stackrel{^}{n}}_{t}(f)}$ plane. In particular, this is the best way to constrain (or detect) the presence of a stiff energy component (with $w>1/3$) in the early universe, prior to big bang nucleosynthesis. (The discovery of such a component would be no more surprising than the discovery of a tiny cosmological constant at late times!) Finally, although most of our analysis does not assume inflation, we point out that if cosmic-microwave-background experiments detect a nonzero value for $r$, then we will immediately obtain (as a free by-product) a new upper bound $\stackrel{^}{w}\ensuremath{\lesssim}0.55$ on the logarithmically averaged effective equation-of-state parameter during the ``primordial dark age'' between the end of inflation and the start of big bang nucleosynthesis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,003 |
| Communication savante | 0,003 | 0,005 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».