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宇宙诞生时的婴啼——来自暴胀的随机引力波背景

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郭宗宽, 皮石. 2025: 宇宙诞生时的婴啼——来自暴胀的随机引力波背景, 物理, 54(7): 481-488. doi: 10.7693/wl20250704
引用本文: 郭宗宽, 皮石. 2025: 宇宙诞生时的婴啼——来自暴胀的随机引力波背景, 物理, 54(7): 481-488. doi: 10.7693/wl20250704
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GUO Zong-Kuan, PI Shi. 2025: The infant cry of the universe——stochastic gravitational wave background from inflation, Physics, 54(7): 481-488. doi: 10.7693/wl20250704
Citation: GUO Zong-Kuan, PI Shi. 2025: The infant cry of the universe——stochastic gravitational wave background from inflation, Physics, 54(7): 481-488. doi: 10.7693/wl20250704
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宇宙诞生时的婴啼——来自暴胀的随机引力波背景

  • 1 中国科学院理论物理研究所 北京 100190;

  • 2 中国科学院大学物理科学学院 北京 100049;

  • 3 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院 杭州 310024;

  • 4 北京大学高能物理研究中心 北京 100084;

  • 5 东京大学 卡弗里数物连携字宙研究机构 千叶 277-8583 日本

    • 通讯作者: 郭宗宽,email:guozk@itp.ac.cn;  皮石,email:shi.pi@itp.ac.cn

The infant cry of the universe——stochastic gravitational wave background from inflation

  • 1 Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;

  • 2 School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;

  • 3 School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China;

  • 4 Center for High Energy Physics, Peking University, Beijing 100084, China;

  • 5 Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), The University of Tokyo, Chiba 277-8583, Japan

    • Corresponding authors: GUO Zong-Kuan ;  PI Shi

  • 摘要: 文章将介绍起源于宇宙极早期暴胀阶段的引力波。暴胀是宇宙热大爆炸开始之前的一段短暂的加速膨胀阶段，在暴胀期间，起源于量子扰动的曲率扰动和张量扰动都被拉伸到宏观尺度上。前者是大尺度结构和微波背景辐射各向异性的起源，后者则能形成原初引力波。在下一阶，曲率扰动的四极矩可以作为引力波源，特别是增强的曲率扰动同时能够形成大量原初黑洞和可观测的次级引力波，而后者是空间引力波探测的重要科学目标。
    Abstract: This article recounts the origin of gravitational waves from the very birth of the universe. Cosmic inflation is the short period of accelerated expansion prior to the onset of the hot Big Bang. Initially generated from quantum fluctuations, both curvature and tensor perturbations are stretched to cosmological scales; the former serve as the seeds of large-scale structures and the anisotropies of the cosmic microwave background, while the latter form primordial gravitational waves. At the next order, the quadrupole moment of the curvature perturbations can also act as a source of gravitational waves. In particular, enhanced curvature perturbations can simultaneously form abundant primordial black holes and observable secondary gravitational waves. The latter constitute one of the key scientific goals for space-based gravitational wave detectors.
  • 加载中
  • Brout R，Englert F，Gunzig E. Annals Phys.，1978，115：78
    Guth A H. Phys. Rev. D，1981，23：347
    Starobinsky A A. Phys. Lett.，1980，91B：99；Adv. Ser. Astrophys. Cosmol.，1987，3：130
    Linde A D. Phys. Lett. B，1982，108：389
    Albrecht A，Steinhardt P J. Phys. Rev. Lett.，1982，48：1220
    Mukhanov V F，Chibisov G V. JETP Lett.，1981，33：532；Pisma Zh. Eksp. Teor. Fiz.，1981，33：549
    Aghanim N et al (Planck). Astron. Astrophys.，2020，641：A5
    Akrami Y et al (Planck). Astron. Astrophys.，2020，641：A9
    Starobinsky A A. JETP Lett.，1979，30：682
    Abbott B P et al (LIGO Scientific，Virgo). Phys. Rev. Lett.， 2016，116：061102
    Abbott R et al (KAGRA，VIRGO，LIGO Scientific). Phys. Rev. X，2023，13：041039
    Isaacson R A. Phys. Rev.，1968，166：1263
    Isaacson R A. Phys. Rev.，1968，166：1272
    Allen B，Romano J D. Phys. Rev. D，1999，59：102001
    Romano J D，Cornish N J. Living Rev. Rel.，2017，20：2
    Abbott R et al (KAGRA，Virgo，LIGO Scientific). Phys. Rev. D， 2021，104：022004
    Amaro-Seoane P et al. GW Notes.，2013，6：4
    Amaro-Seoane P et al. Class. Quant. Grav.，2012，29：124016
    Amaro-Seoane P et al (LISA). 2017，arXiv：1702.00786[astroph.IM]
    Barausse E et al. Gen. Rel. Grav.，2020，52：81
    Ruan W H，Guo Z K，Cai R G et al. Int. J. Mod. Phys. A，2020， 35：2050075
    Luo J et al (TianQin). Class. Quant. Grav.，2016，33：035010
    Luo J et al (The TianQin Project). 2025，arXiv：2502.20138[grqc]
    Crowder J，Cornish N J. Phys. Rev. D，2005，72：083005
    Kawamura S et al. Class. Quant. Grav.，2011，28：094011
    Agazie G et al (NANOGrav). Astrophys. J. Lett.，2023，951：L8
    Agazie G et al (NANOGrav). Astrophys. J. Lett.，2023，951：L9
    Antoniadis J et al (EPTA). Astron. Astrophys.，2023，678：A50
    Antoniadis J et al (EPTA). Astron. Astrophys.，2023，678：A48
    Antoniadis J et al (EPTA). 2023，arXiv：2306.16227[astro-ph.CO]
    Zic A et al. 2023，arXiv：2306.16230[astro-ph.HE]
    Reardon D J et al. Astrophys. J. Lett.，2023，951：L6
    Reardon D J et al. Astrophys. J. Lett.，2023，951：L7
    Xu H et al. Res. Astron. Astrophys.，2023，23：075024
    Miles M T et al. Mon. Not. Roy. Astron. Soc.，2024，536：1467
    Aghanim N et al (Planck). Astron. Astrophys.，2020，641：A6[Erratum: Astron. Astrophys.，2021，652：C4]
    Li Y P，Liu Y，Li S Y et al. 2017，arXiv：1709.09053[astro-ph.IM]
    Li H et al. Natl. Sci. Rev.，2019，6：145
    Turner M S，White M J，Lidsey J E. Phys. Rev. D，1993，48：4613
    Boyle L A，Steinhardt P J. Phys. Rev. D，2008，77：063504
    Watanabe Y，Komatsu E. Phys. Rev. D，2006，73：123515
    Kuroyanagi S，Chiba T，Sugiyama N. Phys. Rev. D，2009，79： 103501
    Saikawa K，Shirai S. JCAP，2018，05：035
    Matarrese S，Pantano O，Saez D. Phys. Rev. D，1993，47：1311
    Matarrese S，Pantano O，Saez D. Phys. Rev. Lett.，1994，72：320
    Matarrese S，Mollerach S，Bruni M. Phys. Rev. D，1998，58： 043504
    Noh H，Hwang J C. Phys. Rev. D，2004，69：104011
    Carbone C，Matarrese S. Phys. Rev. D，2005，71：043508
    Nakamura K. Prog. Theor. Phys.，2007，117：17
    Ananda K N，Clarkson C，Wands D. Phys. Rev. D，2007，75： 123518
    Osano B，Pitrou C，Dunsby P et al. JCAP，2007，04：003
    Baumann D，Steinhardt P J，Takahashi K et al. Phys. Rev. D， 2007，76：084019
    Akrami Y et al (Planck). Astron. Astrophys.，2020，641：A10
    Zel’dovich I D，Novikov Ya.B. Soviet Astron. AJ (Engl. Transl.)， 1967，10：602
    Hawking S. Mon. Not. Roy. Astron. Soc.，1971，152：75
    Carr B J，Hawking S. Mon. Not. Roy. Astron. Soc.，1974， 168：399
    Meszaros P. Astron. Astrophys.，1974，37：225
    Carr B J. Astrophys. J.，1975，201：1
    Khlopov M，Malomed B，Zeldovich I. Mon. Not. Roy. Astron. Soc.，1985，215：575
    Saito R，Yokoyama J. Phys. Rev. Lett.，2009，102：161101[Erratum: Phys. Rev. Lett.，2011，107：069901]
    Cai R G，Pi S，Sasaki M. Phys. Rev. Lett.，2019，122：201101
    Pi S. 2025，arXiv：2404.06151[astro-ph.CO]
    Seoane P A et al (LISA). Living Rev. Rel.，2023，26：2
    Arun K G et al (LISA). Living Rev. Rel.，2022，25：4
    Bartolo N et al (LISA Cosmology Working Group). JCAP，2022， 11：009
    Auclair P et al (LISA Cosmology Working Group). Living Rev. Rel.，2023，26：5
    Bagui E et al (LISA Cosmology Working Group). 2023，arXiv： 2310.19857[astro-ph.CO]
    Gammal J E et al (LISA Cosmology Working Group). JCAP， 2025，05：062
    Wu Y L et al (The Taiji Program). To appear
    Domènech G. 2024，arXiv：2402.17388[gr-qc]
    Byrnes C，Franciolini G，Harada T et al (eds.). Primordial Black Holes，Springer Series in Astrophysics and Cosmology. Springer， 2025
    Adshead P，Lozanov K D，Weiner Z J. JCAP，2021，10：080
    Adshead P，Lozanov K，Weiner Z. Ngsigw-results，2023，https:// zenodo.org/records/8176108
    Bartolo N et al. JCAP，2016，12：026
    Wang G，Han W B. 2021，arXiv：2108.11151[gr-qc]
    Liang Z C，Hu Y M，Jiang Y et al. 2021，arXiv：2107.08643[astro-ph.CO]
    Luo J，An H P，Bian L G et al. 2025，arXiv:2502.20138
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-06-25

宇宙诞生时的婴啼——来自暴胀的随机引力波背景

    通讯作者: 郭宗宽,email:guozk@itp.ac.cn; 
    通讯作者: 皮石,email:shi.pi@itp.ac.cn
  • 1 中国科学院理论物理研究所 北京 100190;
  • 2 中国科学院大学物理科学学院 北京 100049;
  • 3 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院 杭州 310024;
  • 4 北京大学高能物理研究中心 北京 100084;
  • 5 东京大学 卡弗里数物连携字宙研究机构 千叶 277-8583 日本
  • 收稿日期:  2025-06-25

摘要: 文章将介绍起源于宇宙极早期暴胀阶段的引力波。暴胀是宇宙热大爆炸开始之前的一段短暂的加速膨胀阶段，在暴胀期间，起源于量子扰动的曲率扰动和张量扰动都被拉伸到宏观尺度上。前者是大尺度结构和微波背景辐射各向异性的起源，后者则能形成原初引力波。在下一阶，曲率扰动的四极矩可以作为引力波源，特别是增强的曲率扰动同时能够形成大量原初黑洞和可观测的次级引力波，而后者是空间引力波探测的重要科学目标。

English Abstract

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