一项新的理论分析将宇宙密度场中某种特定噪声的缺失，转化为迄今对早期宇宙产生的引力波最强的约束。这篇论文于7月29日由瓦伦西亚大学物理研究所（Instituto de Fisica Corpuscular）的加布里埃拉·巴伦博伊姆（Gabriela Barenboim）和费米实验室的阿尔伯特·斯特宾斯（Albert Stebbins）发布在arXiv上。论文认为，引力波背景必然会在宇宙中留下一种名为大规模白噪声的特征，而观测未能找到这一特征，因此许多早期宇宙的引力波来源被排除。
这一论证建立在两位作者与一位同事在此前两篇论文中提出的框架之上。小尺度密度涨落之间的非线性耦合，会在宇宙密度场最大可观测尺度上产生白噪声。引力波总会在宇宙流体中产生剪切，而这种剪切通过同样的非线性模式耦合生成这种大规模白噪声。由于观测到的宇宙并未表现出这一效应，作者将白噪声的观测上限转化为任意给定时期可能存在引力波能量的上限。
观测输入是依据普朗克2018年数据得出的白噪声振幅99%置信度上限：名为k_BH的量必须低于每兆秒差距1.80 x 10^-13。新论文的主要结果是一个联系三个量的简单约束：引力波产生的红移、它们今天的能量密度以及它们的频率。对于辐射时代视界内产生的引力波，约束形式为z^2 Omega_GW0 < 5 x 10^7 (f/nHz)^(3/2)，其中z是产生红移，Omega_GW0是引力波如今的密度参数，f是它们今天的频率。
作者将这个约束应用于一个具体例子：脉冲星计时阵列探测到的引力波背景。他们表明，探测到的引力波不可能在红移约10^8之前存在，这远晚于在红移约10^12附近结束的夸克-强子相变，当时宇宙温度约为100 MeV。在探测到的引力波对应的红移视界处，允许的最高宇宙温度约为50 keV，远晚于大爆炸核合成时期。作者得出结论，脉冲星计时阵列信号更可能是在低红移处由天体物理来源（例如并合中的超大质量黑洞）产生的，而非由极早期宇宙中的任何过程产生。
对于夸克-强子相变本身，这一约束是惊人的。那种会产生具有显著体动能、可探测引力波背景的强一级相变实际上已被排除：这类引力波如今的密度参数必须低于5 x 10^-16，产生时的密度参数低于8 x 10^-12。论文在一张表格中将这一结果与此前的约束进行了比较：大爆炸核合成与宇宙微波背景的综合约束允许密度高达约10^-5，直接引力波搜索达到约10^-8，而新的白噪声约束达到约10^-15。在约1纳赫兹的频率（即QCD视界的尺度）上，新约束比此前的约束严格了七个数量级。
作者强调这一约束不是什么。5 x 10^-16这一上限来自一个最小模型，该模型假设引力波以高斯随机相位在视界尺度上产生，并且是白噪声的唯一来源。他们认为，现实的早期宇宙产生过程会使约束严格几个数量级，原因有二。局域化的引力波源（例如相变中的气泡碰撞）会增加颗粒度，从而产生更多白噪声。而伴随任何相变产生的声波，经由直接的机械耦合而非引力产生，产生白噪声的效率远高于引力波本身。如果声波主导白噪声，可追溯到引力波的信号占比可能非常小，这会使仅针对引力波的约束变得更强。
论文还审视了未来引力波望远镜的前景。白噪声约束并未完全排除用拟议中的仪器探测极早期宇宙引力波的可能性，对最灵敏的设计而言，探测范围甚至可达1 TeV以上的宇宙温度。但作者提醒，根据原始仪器灵敏度计算出的红移视界可能过于乐观，因为天体物理前景以及任何早期宇宙引力波源伴随产生的白噪声，都会减少可探测的范围。引力波产生的离散事件模型，即引力波来自有限数量的局域化源，对产生红移给出的约束远比最小模型严格，除非每个视界体积内的事件数量非常大。
由此呈现的景象是，早期宇宙必定相对宁静，在大爆炸核合成时代之前，没有任何相变或其他现象产生显著的体流。论文指出，这一结论依赖于模型，要获得更严格的约束，需要对具体的早期宇宙情景进行详细建模。大规模白噪声的未探测还传递出一个独立的信息：无论是什么在纳赫兹频率上产生了被探测到的引力波背景，它几乎可以肯定发生在宇宙历史的最初几微秒之后很久。
婷 翻译
来源
1. Barenboim, G. and Stebbins, A., “Gravitational Waves as a Source of Large-Scale White Noise: New Constraints,” arXiv:2607.27338: https://arxiv.org/abs/2607.27338
2. NANOGrav Collaboration, “The NANOGrav 15-year Data Set: Evidence for a Gravitational-Wave Background”: https://arxiv.org/abs/2306.16213
3. Barenboim, G., Ireland, A., and Stebbins, A., “The Noisy Universe”: https://arxiv.org/abs/2511.15803