Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Probing the speed of scalar-induced gravitational waves with pulsar timing arrays

Published 18 Jan 2024 in gr-qc and astro-ph.CO | (2401.09818v2)

Abstract: Recently, several regional pulsar timing array collaborations, including CPTA, EPTA, PPTA, and NANOGrav, have individually reported compelling evidence for a stochastic signal at nanohertz frequencies. This signal originates potentially from scalar-induced gravitational waves associated with significant primordial curvature perturbations on small scales. In this letter, we employ data from the EPTA DR2, PPTA DR3, and NANOGrav 15-year data set, to explore the speed of scalar-induced gravitational waves using a comprehensive Bayesian analysis. Our results suggest that, to be consistent with pulsar timing array observations, the speed of scalar-induced gravitational waves should be cg≳0.61c_g \gtrsim 0.61 at a 95%95\% credible interval for a lognormal power spectrum of curvature perturbations. Additionally, this constraint aligns with the prediction of general relativity that cg=1c_g=1 within a 90%90\% credible interval. Our findings underscore the capacity of pulsar timing arrays as a powerful tool for probing the speed of scalar-induced gravitational waves.

Authors (4)
Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (54)
  1. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. X 9, 031040 (2019a), arXiv:1811.12907 [astro-ph.HE] .
  2. R. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. X 11, 021053 (2021a), arXiv:2010.14527 [gr-qc] .
  3. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. D 100, 104036 (2019b), arXiv:1903.04467 [gr-qc] .
  4. R. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. D 103, 122002 (2021b), arXiv:2010.14529 [gr-qc] .
  5. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Astrophys. J. Lett. 882, L24 (2019c), arXiv:1811.12940 [astro-ph.HE] .
  6. Z.-C. Chen and Q.-G. Huang, JCAP 08, 039 (2020), arXiv:1904.02396 [astro-ph.CO] .
  7. R. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Astrophys. J. Lett. 913, L7 (2021d), arXiv:2010.14533 [astro-ph.HE] .
  8. M. V. Sazhin, Soviet Astronomy 22, 36 (1978).
  9. S. L. Detweiler, Astrophys. J. 234, 1100 (1979).
  10. R. S. Foster and D. C. Backer, Astrophys. J. 361, 300 (1990).
  11. S. Vagnozzi, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 502, L11 (2021), arXiv:2009.13432 [astro-ph.CO] .
  12. M. Falxa et al. (IPTA), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 521, 5077 (2023), arXiv:2303.10767 [gr-qc] .
  13. H. Xu et al., Res. Astron. Astrophys. 23, 075024 (2023), arXiv:2306.16216 [astro-ph.HE] .
  14. J. Antoniadis et al. (EPTA), Astron. Astrophys. 678, A48 (2023a), arXiv:2306.16224 [astro-ph.HE] .
  15. J. Antoniadis et al. (EPTA, InPTA:), Astron. Astrophys. 678, A50 (2023b), arXiv:2306.16214 [astro-ph.HE] .
  16. A. Zic et al.,   (2023), arXiv:2306.16230 [astro-ph.HE] .
  17. D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L6 (2023), arXiv:2306.16215 [astro-ph.HE] .
  18. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L9 (2023a), arXiv:2306.16217 [astro-ph.HE] .
  19. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L8 (2023b), arXiv:2306.16213 [astro-ph.HE] .
  20. A. Afzal et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L11 (2023), arXiv:2306.16219 [astro-ph.HE] .
  21. J. Antoniadis et al. (EPTA),   (2023c), arXiv:2306.16227 [astro-ph.CO] .
  22. S. Vagnozzi, JHEAp 39, 81 (2023), arXiv:2306.16912 [astro-ph.CO] .
  23. S.-P. Li and K.-P. Xie, Phys. Rev. D 108, 055018 (2023), arXiv:2307.01086 [hep-ph] .
  24. K. T. Abe and Y. Tada, Phys. Rev. D 108, L101304 (2023), arXiv:2307.01653 [astro-ph.CO] .
  25. S. Choudhury,   (2023), arXiv:2307.03249 [astro-ph.CO] .
  26. R. Maji and W.-I. Park, JCAP 01, 015 (2024), arXiv:2308.11439 [hep-ph] .
  27. G. Agazie et al. (International Pulsar Timing Array),   (2023c), arXiv:2309.00693 [astro-ph.HE] .
  28. Q. Fei,   (2023), arXiv:2310.17199 [gr-qc] .
  29. J. Garcia-Bellido and E. Ruiz Morales, Phys. Dark Univ. 18, 47 (2017), arXiv:1702.03901 [astro-ph.CO] .
  30. C. Germani and T. Prokopec, Phys. Dark Univ. 18, 6 (2017), arXiv:1706.04226 [astro-ph.CO] .
  31. Z.-C. Chen and Q.-G. Huang, Astrophys. J. 864, 61 (2018), arXiv:1801.10327 [astro-ph.CO] .
  32. Y. Wu, Phys. Rev. D 101, 083008 (2020), arXiv:2001.03833 [astro-ph.CO] .
  33. V. Vaskonen and H. Veermäe, Phys. Rev. Lett. 126, 051303 (2021), arXiv:2009.07832 [astro-ph.CO] .
  34. G. Domènech and S. Pi, Sci. China Phys. Mech. Astron. 65, 230411 (2022), arXiv:2010.03976 [astro-ph.CO] .
  35. S. Kawai and J. Kim, Phys. Rev. D 104, 083545 (2021), arXiv:2108.01340 [astro-ph.CO] .
  36. B. Carr and F. Kuhnel, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 70, 355 (2020), arXiv:2006.02838 [astro-ph.CO] .
  37. K. Kohri and T. Terada, Phys. Rev. D 97, 123532 (2018), arXiv:1804.08577 [gr-qc] .
  38. Z. Yi and Z.-H. Zhu, JCAP 05, 046 (2022), arXiv:2105.01943 [gr-qc] .
  39. Z. Yi, JCAP 03, 048 (2023), arXiv:2206.01039 [gr-qc] .
  40. Z. Yi and Q. Fei, Eur. Phys. J. C 83, 82 (2023), arXiv:2210.03641 [astro-ph.CO] .
  41. G. Domènech, Universe 7, 398 (2021), arXiv:2109.01398 [gr-qc] .
  42. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 119, 161101 (2017a), arXiv:1710.05832 [gr-qc] .
  43. S. Weinberg, Phys. Rev. D 69, 023503 (2004), arXiv:astro-ph/0306304 .
  44. Y. Watanabe and E. Komatsu, Phys. Rev. D 73, 123515 (2006), arXiv:astro-ph/0604176 .
  45. J. Li and G.-H. Guo,   (2023), arXiv:2312.04589 [gr-qc] .
  46. E. Thrane and J. D. Romano, Phys. Rev. D 88, 124032 (2013), arXiv:1310.5300 [astro-ph.IM] .
  47. R. w. Hellings and G. s. Downs, Astrophys. J. Lett. 265, L39 (1983).
  48. J. Antoniadis et al. (EPTA, InPTA:), Astron. Astrophys. 678, A50 (2023d), arXiv:2306.16214 [astro-ph.HE] .
  49. N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020), [Erratum: Astron.Astrophys. 652, C4 (2021)], arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
  50. C. J. Moore and A. Vecchio, Nature Astron. 5, 1268 (2021), arXiv:2104.15130 [astro-ph.CO] .
  51. J. S. Speagle, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 493, 3132 (2020), arXiv:1904.02180 [astro-ph.IM] .
  52. G. Ashton et al., Astrophys. J. Suppl. 241, 27 (2019), arXiv:1811.02042 [astro-ph.IM] .
  53. I. M. Romero-Shaw et al., Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 499, 3295 (2020), arXiv:2006.00714 [astro-ph.IM] .
  54. T. J. W. Lazio, Class. Quant. Grav. 30, 224011 (2013).
Citations (17)

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Tweets

Sign up for free to view the 3 tweets with 4 likes about this paper.