L'ensemble de données NANOGrav de 15 ans : Recherche de signaux provenant de nouvelles physqiues

Résumé : L'ensemble de données de chronométrage des pulsars de 15 ans collecté par l'Observatoire nord-américain des nanohertz pour les ondes gravitationnelles (NANOGrav) montre des preuves positives de la présence d'un fond d'ondes gravitationnelles (GW) à basse fréquence. Dans cet article, nous examinons les interprétations cosmologiques potentielles de ce signal, en particulier l'inflation cosmique, les GW induites par des scalaires, les transitions de phase de premier ordre, les cordes cosmiques et les murs de domaine. Nous trouvons que, à l'exception des cordes cosmiques stables d'origine de théorie des champs, tous ces modèles peuvent reproduire le signal observé. Comparés à l'interprétation standard en termes de binaires de trous noirs supermassifs en spirale (SMBHBs), de nombreux modèles cosmologiques semblent fournir un meilleur ajustement, entraînant des facteurs de Bayes dans la plage de 10 à 100. Cependant, ces résultats dépendent fortement des hypothèses de modélisation concernant la population cosmique de SMBHB et, à ce stade, ne devraient pas être considérés comme des preuves de nouvelles physiques. De plus, nous identifions des régions de paramètres exclues où le signal GW prédit par des sources cosmologiques dépasse significativement le signal NANOGrav. Ces contraintes de paramètres sont indépendantes de l'origine du signal NANOGrav et illustrent comment les données de chronométrage des pulsars fournissent un nouveau moyen de contraindre l'espace des paramètres de ces modèles. Enfin, nous cherchons des signaux déterministes produits par des modèles de matière noire ultralégère (ULDM) et de sous-structures de matière noire dans la Voie lactée. Nous ne trouvons aucune preuve de ces signaux et rapportons donc des contraintes mises à jour sur ces modèles. Dans le cas de l'ULDM, ces contraintes surpassent celles des balances de torsion et des horloges atomiques pour l'ULDM couplé aux électrons, muons ou gluons.