Generation of gravitational waves from freely decaying turbulence
研究了早期宇宙中自由衰减的涡旋湍流产生的随机引力波背景。我们彻底调查的时间相关性的速度场，因此各向异性应力产生的引力波。与流体动力学模拟，我们表明，不等时间关联函数（UETC）的傅立叶分量的速度场是高斯的时间差，预测的“扫描”去相关模型。我们引入了一个去相关模型，可以扩展到周围的流量的积分尺度的波长。补充了动能和积分尺度的演化规律，这提供了一个新的模型UETC的湍流速度场与模拟一致。我们讨论了UETC作为一个正定核，并建议使用吉布斯核的速度UETC作为一种自然的方式，以确保SGWB的正定性。SGWB由所得到的各向异性应力UETC与引力波格林函数的4维积分给出。我们使用基于重要性抽样的Monte Carlo算法执行此集成，并发现结果与模拟结果相匹配。此外，从数值积分和模拟得到的SGWB显示出与源在时间上恒定并且在几个涡流周转时间后突然关闭的模型的密切一致性。基于这一假设，我们给出了SGWB谱的近似解析形式及其与初始动能和积分尺度的标度关系。最后，我们使用我们的模型和数值积分算法表明，包括一个初始的增长阶段的湍流严重影响的光谱形状的SGWB。这突出了完整理解湍流产生机制的重要性。
2022-09-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Numerical Simulations of Gravitational Waves from Early-Universe Turbulence
我们进行直接数值模拟的磁流体动力学湍流在早期宇宙和数值计算所产生的随机背景的引力波和遗迹磁场。这些模拟并不像早期的分析工作那样做简单的假设。如果假设湍流产生时的能量携带尺度约为哈勃半径的百分之一，正如在一阶相变中所预期的那样，那么对于在电弱尺度下产生的信号，引力波功率的峰值将在mHz频率范围内。引力波（GW）产生的效率随着湍流的驱动方式而显著变化。计划中的激光干涉仪空间天线（LISA）在电弱尺度上对湍流的探测能力要求在等离子体运动或磁场中有0.1%至10%的热等离子体能量密度，这取决于驱动过程的模型。我们的研究结果预测了一个新的普遍形式低于谱峰频率，比以前认为的更浅。这意味着在低频范围内GW能谱的较大值。这将用LISA检测湍流的范围扩展到较低的频率，对应于比假设的能量携带尺度更高的能量尺度。
2021-07-14 astro-ph.CO
The effect of ISM turbulence on the gravitational instability of galactic discs
我们研究星系盘的引力不稳定性，把恒星和冷星际气体作为两个不同的组成部分，并考虑到在星际介质（ISM）中的湍流现象，即在分子和原子气体中观察到的Larson型标度关系。除了推导此类系统的一般属性外，我们还分析了HI近邻星系巡天（THINGS）中的大量星系样本，并详细展示了星际湍流如何影响恒星形成螺旋中的盘不稳定性。我们发现，湍流有一个显着的影响上的内部和外部区域的光盘。特别是，它驱动内部的气体盘之间的过渡制度的两个不稳定的阶段，使外盘更倾向于恒星主导的不稳定性。
2012-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
Stochastic gravitational wave background from hydrodynamic turbulence in differentially rotating neutron stars
由壳核差异旋转驱动的流体动力学湍流对中子星的引力波观测施加了基本的噪声基底。引力波的发射峰值位于柯尔莫哥洛夫退相干频率处，对于壳核切变的合理值ΔΩ，该频率出现在地基长基线干涉仪频带的最敏感部分附近。我们计算的能量密度谱的随机引力波背景的宇宙学人口的湍流中子星概括以前的计算个别来源。该谱类似于分段幂律，Ω_{gw}（ν）=Ω_αν^α，其中α分别在退相干频率上下为-1和7，其归一化标度为Ω_α \propto（ΔΩ）^{7}。初始LIGO未检测到随机信号意味着ΔΩ的上限，因此也意味着地壳和地核进入同向旋转的内部弛豫时间尺度，τ_{d}=ΔΩ/ \dot Ω，其中\dot Ω是观测到的电磁自旋下降速率，其中毫秒双星的吸积时间τ_{d} \lesssim 10^{7}年，射电强双星的吸积时间τ_{d} \lesssim 10^{5}年。对未来的探测器，即先进的LIGO和爱因斯坦望远镜的τ_{d}的目标限制也进行了估计，并发现天体物理学有趣。
2013-02-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The timestep constraint in solving the gravitational wave equations sourced by hydromagnetic turbulence
早期宇宙相变过程中产生的磁流体湍流是随机引力波（GW）的一个重要来源。GWs可以通过由雷诺应力和麦克斯韦应力产生的爱因斯坦方程的线性化空间部分来建模。我们已经实现了两个不同的GW求解器到{ \sc差分代码} -一个代码，使用三阶时间步长和六阶有限差分。使用直接的GW方程的数值积分，我们研究的GW振幅在最高波数，这取决于时间步长的长度的数值退化的外观-即使当柯朗-弗里德里希-路易条件是稳定性极限以下的十倍。这种退化导致数值误差，发现其与时间步长的三次方成比例。在磁场和速度场中没有看到类似的退化。为了减轻数值退化的影响，我们交替使用GW方程的精确解的假设下，源是恒定的后续时间步长之间。这使得我们可以使用更长的时间步长，从而将计算成本降低约10倍。
2021-07-14 astro-ph.CO gr-qc physics.comp-ph
The Stochastic Gravitational Wave Background from the Single-Degenerate Channel of Type Ia Supernovae
我们证明了Ia型超新星（SNe Ia）在宇宙学距离的单简并通道中的积分引力波信号为星载引力波探测器（包括大爆炸观测器（BBO）和Deci-Hertz干涉仪引力波天文台（DECIGO）计划的任务）提供了连续的背景。来自超新星Ia的引力波背景在0.1 - 10 Hz的频率范围内充当噪声背景，迄今为止，人们认为除了中子星双星之外，该频率范围相对不受天体物理源的影响，因此是研究暴胀产生的原始引力波的关键窗口。虽然$\gtrsim 10^{16}$ GeV的暴胀能量标度产生的暴胀引力波背景超过了我们预测的背景范围，但对于$\sim10^{15}$ GeV的较低能量标度，暴胀引力波背景变得与Ia超新星的噪声背景相当。
2011-12-13 astro-ph.CO gr-qc
Stochastic Gravitational-Wave Background from Axion-Monodromy Oscillons in String Theory During Preheating
轴子单值性是弦紧化中的一种普遍现象。研究了轴子单值暴胀在预热过程中引力波背景的产生。通过使用伪谱方法进行晶格模拟，我们发现在轴子单值暴胀和尖点势中，渐近线性$|ϕ|$和$ϕ^{2/3}$势在预热过程中产生了显著的单峰随机引力波背景.这可能使我们能够通过引力波探索弦的紧化。
2019-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Backgrounds of Gravitational Waves and eLISA
我们审查宇宙学背景的引力波，特别注意的科学潜力的eLISA/非政府组织的使命。在概述了宇宙学背景和探测器之后，我们考虑了可能导致可观测信号的不同宇宙学源。然后，我们研究一级相变和宇宙弦网络产生的背景，评估它们的检测前景。
2012-09-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Can we observe the QCD phase transition-generated gravitational waves through pulsar timing arrays?
我们进行了数值模拟的引力波（GW）诱导的流体动力学和磁流体湍流源，可能已经存在于宇宙学量子色动力学（QCD）相变。对于约为辐射能量密度4%的湍流能量，这种运动的典型尺度可能是当时哈勃尺度的相当大的一部分。由此产生的GW被发现具有约$10^{-9}$的能量分数的临界能量密度在nHz范围内的今天，可能已经被观察到的NANOGrav合作。这是进一步成为可能，我们的研究结果浅频谱成正比的平方根的非螺旋磁流体湍流的频率。这意味着在低频下比先前预期的更陡的频谱具有更大的功率。朝向更高频率的行为强烈地依赖于湍流的性质。对于涡旋流体动力学和磁流体湍流，有一个急剧下降的光谱GW的能量高达5个数量级的螺旋度的存在下，在螺旋度的情况下，和少一些。对于声学流体动力学湍流，急剧下降被幂律衰减所取代，尽管具有相当陡峭的斜率。我们的研究支持早期的发现GW能量的二次标度与湍流的磁能和逆二次标度与峰值频率，这导致更大的GW能量QCD条件下。
2021-07-26 astro-ph.CO hep-ph physics.flu-dyn
Stochastic gravitational wave background due to gravitational wave memory
引力波记忆是广义相对论的一个重要预言，至今尚未被探测到。大量的记忆事件可以形成随机的引力波记忆背景。本文发现，当观察时间大于两个连续记忆事件之间的平均时间间隔时，记忆背景可以描述为一个布朗运动。首次研究了双黑洞合并的记忆背景。我们只考虑相对较低频率范围的记忆背景的频谱。因此，我们可以使用阶跃函数来近似每个记忆事件的波形。然后，我们发现，该谱是一个指数为-2的幂律。幂律谱的振幅依赖于且仅依赖于双黑洞的合并速率。因此，记忆背景不仅为探测引力波记忆提供了一种全新的手段，也为探索双黑洞合并事件率和引力理论打开了一扇新的窗口。天基探测器是探测超大质量双黑洞所对应的引力波记忆背景的理想探测器。由于引力波记忆只对双黑洞并合阶段敏感，因此记忆背景将是著名的终秒差距问题的理想探针。
2022-12-09 astro-ph.CO gr-qc
Anisotropies of Gravitational Wave Backgrounds: A Line Of Sight Approach
在弱场区域，引力波可以被认为是由无碰撞的相对论张量模组成，它们沿着扰动背景度规的零测地线传播。我们在这个几何光学图象中计算了天体物理和宇宙学源产生的引力波背景中的各向异性。我们的形式产生的各向异性的角功率谱的表达式。我们展示了各向异性是如何来源于固有的，多普勒，萨克斯-沃尔夫，并集成萨克斯-沃尔夫条款类比宇宙微波背景光子。
2016-09-26 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational wave background from coalescence of black hole binaries population
这篇论文已经被作者撤回，因为它有重大修改。
2011-10-14 astro-ph.CO gr-qc
Turbulence decay in the density-stratified intracluster medium
湍流在密度分层介质中的演化不同于Kolmogorov图像所描述的均匀各向同性湍流。我们评估的程度，这种影响在集群内介质（ICM）与流体动力学模拟。我们发现ICM密度分层引起的浮力效应对湍流能量演化、形态和密度波动-湍流马赫数关系产生了质的变化，并可能解释了先前在宇宙学模拟中发现的ICM湍流振幅的径向依赖性。浮力在动能和势能之间开辟了一条新的能量流动通道。当引力势随时间保持不变时，这种能量流使能量演化产生振荡，并导致两种能量的平衡状态，两种能量均渐近于幂律时间演化，其斜率小于均匀各向同性湍流的湍流动能。我们讨论了当引力势随时间变化时，能量演化与均匀各向同性湍流的能量演化有更大的不同。在形态上，ICM湍流可以表现出分层的垂直结构和大的水平涡涡在中心区域的密度分层最大。此外，我们还发现，由密度分层引起的线密度脉动-湍流马赫数关系中的系数一般是随位置和时间变化的变量。
2019-06-12 astro-ph.CO
Measuring the primordial gravitational waves from cosmic microwave background and stochastic gravitational wave background observations
我们从宇宙微波背景（CMB）和随机引力波背景（SGWB）观测中约束了原初引力波。SGWB提供了探索早期宇宙和宇宙演化的最新途径，可以通过原始引力波来反映。我们不仅结合LIGO观测和CMB测量原始引力波，而且预测了LISA探测器和PTA项目的潜在能力。在$Λ$ CDM+ $r$ + $n_t$模型中，标准的六个参数与SGWB观测值略有不同。而张量-标量比和张量谱指数的约束条件在SGWB观测中得到了明显改善。FAST项目对张量标量比和张量谱指数有显著影响，即在$95\%$置信水平下的$r<0.028$和$n_t=-0.41^{+0.64}_{-0.96}$。
2022-04-20 astro-ph.CO
The influence of magnetic fields, turbulence, and UV radiation on the formation of supermassive black holes
上下文已经在z ~ 6观测到的质量为~10^9 M_Sun的超大质量黑洞（SMBH）的种子可能是通过T_vir >~ 10^4 K晕中原始气体的直接坍缩形成的，因此气体必须保持高温（~10^4 K）以避免碎裂。目标。磁场，湍流和紫外线辐射背景之间的相互作用，在引力坍缩的原始气体在晕进行了探讨，特别是，避免碎片的可能性进行检查。方法.利用解析单区模型，我们可以跟踪原始气体云的演化过程，从最初的宇宙膨胀开始，经过转向、维里化和坍缩，直到密度达到10^7 cm-3。结果结果表明，在没有明显湍流的晕中，当初始同动磁场为B_0 ~ 2 nG时，维持气体热态的临界紫外背景强度（J_21 ^crit）比零场情况低约10倍，当磁场较强时，甚至更低。在湍流晕中，J_（21）^crit比零场零湍流的情况低约10倍，湍流越强（质量越大的晕和/或湍流加热越强），J_（21）^crit越低。J_21临界的减少特别重要，因为它会指数地增加暴露于超临界辐射背景的晕的数量。
2013-06-06 astro-ph.CO
Detecting the anisotropic astrophysical gravitational wave background in the presence of shot noise through cross-correlations
引力波源的空间和时间离散性导致散粒噪声，在某些情况下，散粒噪声可能淹没测量引力波背景的各向异性的任何尝试。将引力波背景图与足够密集的星系巡天图进行交叉关联可以缓解这一问题，并可能恢复引力波背景的一些潜在性质。我们量化的散粒噪声水平，我们明确地表明，互相关的引力波背景和星系目录提高了第一次检测的背景各向异性的机会与引力波天文台在频率范围内（10 Hz，100 Hz），给予足够的灵敏度。
2020-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Stochastic Gravitational-Wave Background from Stellar Core-Collapse Events
我们估计的随机引力波背景所产生的所有恒星核心坍缩事件在宇宙中的基础上最近的数值模拟的引力波信号预测。我们专注于从缓慢或非旋转的恒星的波形，包括快速旋转，高质量的祖细胞作为极端情况下的限制。我们最现实的估计比第三代地球引力波探测器的灵敏度低100多倍，而且可能比宇宙学对随机引力波背景的贡献更弱。
2022-03-28 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
The presence of Primordial Gravitational Waves in the Cosmic Microwave Background
广义相对论肯定任何场都是引力场的源，因此，应该肯定原初引力波是由宇宙微波背景（CMB）的能量产生的。本文证明了无量纲振幅$\sim 10^{-5}$和大波长$\sim 10$兆秒差距的引力波使CMB辐射的温度移动约$10^{5}$的一部分。
2012-05-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Turbulence model of the cosmic structure
将湍流的Kolmogorov方法应用于大尺度结构形成的随机粘附模型中的Burgers湍流。由于该模型的微扰方法是不可靠的，这里提出了一种新的，非微扰的方法，基于一个合适的制定Kolmogorov的标度律。这种方法表明，物质密度两点关联函数的幂律指数在1- 1.33范围内，但它也表明，粘附模型忽略了引力动力学的重要方面。
2012-02-14 astro-ph.CO nlin.CD physics.flu-dyn
The gravitational wave background induced by nonlinear interactions between isotropic inhomogeneities and anisotropic inhomogeneous density perturbations
通常，我们假设在我们在宇宙中的位置方面不存在各向同性的不均匀性。这个假设还没有得到足够精确的观测证实，我们需要考虑一种方法来更强地限制各向同性不均匀性。如果宇宙中存在各向同性的非均匀性，则引力波背景是由各向同性的非均匀性与各向异性的非均匀密度扰动之间的非线性相互作用引起的。本文通过计算这种引力波背景的功率谱和相对能量密度来讨论其可观测性。我们表明，在去耦时间，这个引力波背景的相对能量密度是可比的原始暴胀引力波背景的张量标量比为0.001，如果6%的水平各向同性偏离均匀存在。因此，利用未来的宇宙微波背景观测计划，有可能观测到这种引力波背景，并限制各向同性不均匀性。
2018-07-13 astro-ph.CO
Gravitational Turbulence: the Small-Scale Limit of the Cold-Dark-Matter Power Spectrum
针对宇宙学冷暗物质功率谱的小尺度极限问题，本文通过相空间结构非微扰分析及动力学场论鞍点法推导，揭示其普适$k^{-d}$标度规律并得到一维模拟验证，为小尺度暗物质结构研究提供理论支撑。
2025-07-31 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.plasm-ph
NANOGrav signal from MHD turbulence at QCD phase transition in the early universe
NANOGrav合作最近报告了在1-100 nHz频率范围内存在随机引力波背景的证据。我们认为，这种背景可能已经产生的磁流体动力学（MHD）湍流在QCD尺度。从NANOGrav测量结果可以推断出磁场参数：在QCD相变时期，同向磁场强度接近微高斯，相关长度接近哈勃半径的10%.我们指出，湍流衰减的非螺旋磁场与这些参数导致一个磁场在重组时代，这将是足够强大的，以提供一个解决方案的哈勃张力问题，最近提出的。我们还表明，NANOGrav信号的MHD湍流解释可以通过测量大尺度结构的空隙中的遗迹磁场进行测试，与伽马射线望远镜，如CTA。
2021-03-16 astro-ph.CO astro-ph.HE
On the Amplitude and Stokes Parameters of a Stochastic Gravitational-Wave Background
对引力波的直接探测为研究宇宙提供了新的机会，但也带来了新的挑战，例如探测和表征不同引力波频率下的随机引力波背景。在本文中，我们研究了两种不同的方法来描述它们，一种是基于引力波信号的振幅，另一种是基于其斯托克斯参数。我们发现，斯托克斯参数是能够描述各向异性和相关的背景，而通常的功率谱的振幅不能-即斯托克斯谱是敏感的属性，如在一个现实的背景中的引力波的空间分布。
2018-08-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
No evidence of vorticity production from irrotational turbulent gravitational collapse yet
Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（诺迪塔，皇家理工学院和斯德哥尔摩大学）；The Oskar Klein Centre, Department of Astronomy, Stockholm University（奥斯卡·克莱因中心，天文学系，斯德哥尔摩大学）；McWilliams Center for Cosmology & Department of Physics, Carnegie Mellon University（麦克威廉斯宇宙学中心与物理系，卡内基梅隆大学）；School of Natural Sciences and Medicine, Ilia State University（自然科学与医学院，伊利亚州立大学）；Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）；Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn（阿尔根德天文学研究所，波恩大学）
通过数值模拟研究引力坍缩中涡量的产生效率，发现涡量仅来自初始无旋湍流而非坍缩流，不支持小尺度发电机所需的涡旋湍流。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.flu-dyn
