Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Axion-like Universal Gravitational Wave Interpretation of Pulsar Timing Array Data

Published 5 Oct 2023 in astro-ph.CO, astro-ph.HE, hep-ph, and hep-th | (2310.03594v2)

Abstract: Formation of cosmological solitons is generically accompanied by production of gravitational waves (GWs), with a universal GW background expected at frequency scales below that of non-linear dynamics. Beginning with a general phenomenological description of GWs associated with soliton formation, we demonstrate that universal GW background from axion-like particle (ALP) solitonic oscillons provides a viable interpretation to the recent NANOGrav 15 year pulsar timing array data, which does not suffer from the overproduction of primordial black holes. We show that pulsar timing array data displays preference for models where formed solitons do not strongly interact or cluster. Coincidence observations with Nancy Roman telescope will allow to discriminate between distinct scenarios of cosmological solitons.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (49)
  1. A. Vilenkin and E. P. S. Shellard, Cosmic Strings and Other Topological Defects (Cambridge University Press, 2000).
  2. Y. M. Shnir, Topological and Non-Topological Solitons in Scalar Field Theories (Cambridge University Press, 2018).
  3. T. W. B. Kibble, J. Phys. A 9, 1387 (1976).
  4. W. H. Zurek, Nature 317, 505 (1985).
  5. K. D. Lozanov and M. A. Amin, Phys. Rev. D 99, 123504 (2019), arXiv:1902.06736 [astro-ph.CO] .
  6. C. Caprini and D. G. Figueroa, Class. Quant. Grav. 35, 163001 (2018), arXiv:1801.04268 [astro-ph.CO] .
  7. G. Agazie et al. (NANOGrav Collaboration), Astrophys. J. Lett. 951, L8 (2023a), arXiv:2306.16213 [astro-ph.HE] .
  8. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L9 (2023b), arXiv:2306.16217 [astro-ph.HE] .
  9. J. Antoniadis et al. (EPTA),   (2023a), arXiv:2306.16214 [astro-ph.HE] .
  10. J. Antoniadis et al. (EPTA),   (2023b), 10.1051/0004-6361/202346841, arXiv:2306.16224 [astro-ph.HE] .
  11. J. Antoniadis et al. (EPTA),   (2023c), arXiv:2306.16227 [astro-ph.CO] .
  12. A. Zic et al.,   (2023), arXiv:2306.16230 [astro-ph.HE] .
  13. D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L6 (2023a), arXiv:2306.16215 [astro-ph.HE] .
  14. D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L7 (2023b), arXiv:2306.16229 [astro-ph.HE] .
  15. H. Xu et al., Res. Astron. Astrophys. 23, 075024 (2023), arXiv:2306.16216 [astro-ph.HE] .
  16. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 952, L37 (2023c), arXiv:2306.16220 [astro-ph.HE] .
  17. A. Ghoshal and A. Strumia,   (2023), arXiv:2306.17158 [astro-ph.CO] .
  18. A. Afzal et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L11 (2023), arXiv:2306.16219 [astro-ph.HE] .
  19. N. Kitajima and K. Nakayama,   (2023), arXiv:2306.17390 [hep-ph] .
  20. G. Servant and P. Simakachorn,   (2023), arXiv:2307.03121 [hep-ph] .
  21. M. Yamada and K. Yonekura,   (2023), arXiv:2307.06586 [hep-ph] .
  22. S. Ge,   (2023), arXiv:2307.08185 [gr-qc] .
  23. S.-P. Li and K.-P. Xie,   (2023), arXiv:2307.01086 [hep-ph] .
  24. P. Di Bari and M. H. Rahat,   (2023), arXiv:2307.03184 [hep-ph] .
  25. Y. Gouttenoire,   (2023), arXiv:2307.04239 [hep-ph] .
  26. D. Wang,   (2023), arXiv:2307.15970 [astro-ph.CO] .
  27. Y. Gouttenoire and E. Vitagliano,   (2023), arXiv:2306.17841 [gr-qc] .
  28. B.-Q. Lu and C.-W. Chiang,   (2023), arXiv:2307.00746 [hep-ph] .
  29. X.-F. Li,   (2023), arXiv:2307.03163 [hep-ph] .
  30. G. B. Gelmini and J. Hyman,   (2023), arXiv:2307.07665 [hep-ph] .
  31. S. Vagnozzi, JHEAp 39, 81 (2023), arXiv:2306.16912 [astro-ph.CO] .
  32. K. T. Abe and Y. Tada,   (2023), arXiv:2307.01653 [astro-ph.CO] .
  33. H. Firouzjahi and A. Talebian,   (2023), arXiv:2307.03164 [gr-qc] .
  34. A. Salvio,   (2023), arXiv:2307.04694 [hep-ph] .
  35. G. Ye and A. Silvestri,   (2023), arXiv:2307.05455 [astro-ph.CO] .
  36. L. Frosina and A. Urbano,   (2023), arXiv:2308.06915 [astro-ph.CO] .
  37. S. Datta,   (2023), arXiv:2307.00646 [hep-ph] .
  38. K. Murai and W. Yin,   (2023), arXiv:2307.00628 [hep-ph] .
  39. X. Niu and M. H. Rahat,   (2023), arXiv:2307.01192 [hep-ph] .
  40. S. Choudhury,   (2023), arXiv:2307.03249 [astro-ph.CO] .
  41. G. Domènech and S. Pi, Sci. China Phys. Mech. Astron. 65, 230411 (2022), arXiv:2010.03976 [astro-ph.CO] .
  42. K. D. Lozanov and V. Takhistov, Phys. Rev. Lett. 130, 181002 (2023), arXiv:2204.07152 [astro-ph.CO] .
  43. N. Aghanim et al. (Planck Collaboration), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020), [Erratum: Astron.Astrophys. 652, C4 (2021)], arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
  44. W. G. Lamb, S. R. Taylor,  and R. van Haasteren, “The need for speed: Rapid refitting techniques for bayesian spectral characterization of the gravitational wave background using ptas,”  (2023), arXiv:2303.15442 [astro-ph.HE] .
  45. E. S. Phinney,   (2001), arXiv:astro-ph/0108028 .
  46. K. Kohri and T. Terada, Phys. Rev. D 97, 123532 (2018), arXiv:1804.08577 [gr-qc] .
  47. S. Pi and M. Sasaki, JCAP 09, 037 (2020), arXiv:2005.12306 [gr-qc] .
  48. For details, see https://zenodo.org/record/8084351.
  49. H. Firouzjahi and A. Riotto,   (2023), arXiv:2309.10536 [astro-ph.CO] .
Citations (13)

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.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.