SpringerLink
Log in

The nanohertz stochastic gravitational wave background from cosmic string loops and the abundant high redshift massive galaxies

  • Article
  • Published:
Science China Physics, Mechanics & Astronomy Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Recently, pulsar timing array (PTA) experiments have provided compelling evidence for the existence of the nanohertz stochastic gravitational wave background (SGWB). In this work, we demonstrated that cosmic string loops generated from cosmic global strings offer a viable explanation for the observed nanohertz SGWB data, requiring a cosmic string tension parameter of log(Gμ) ∼ −12 and a loop number density of log N ∼ 4. Additionally, we revisited the impact of cosmic string loops on the abundance of massive galaxies at high redshifts. However, our analysis revealed challenges in identifying a consistent parameter space that can concurrently explain both the SGWB data and observations from the James Webb Space Telescope. This indicates the necessity for either extending the existing model employed in this research or acknowledging distinct physical origins for these two phenomena.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Subscribe and save

Springer+ Basic
EUR 32.99 /Month
  • Get 10 units per month
  • Download Article/Chapter or Ebook
  • 1 Unit = 1 Article or 1 Chapter
  • Cancel anytime
Subscribe now

Buy Now

Price includes VAT (Germany)

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. Z. Arzoumanian, P. T. Baker, H. Blumer, B. Bécsy, A. Brazier, P. R. Brook, S. Burke-Spolaor, S. Chatterjee, S. Chen, J. M. Cordes, N. J. Cornish, F. Crawford, H. T. Cromartie, M. E. DeCesar, P. B. Demorest, T. Dolch, J. A. Ellis, E. C. Ferrara, W. Fiore, E. Fonseca, N. Garver-Daniels, P. A. Gentile, D. C. Good, J. S. Hazboun, A. M. Holgado, K. Islo, R. J. Jennings, M. L. Jones, A. R. Kaiser, D. L. Kaplan, L. Z. Kelley, J. S. Key, N. Laal, M. T. Lam, T. J. W. Lazio, D. R. Lorimer, J. Luo, R. S. Lynch, D. R. Madison, M. A. McLaughlin, C. M. F. Mingarelli, C. Ng, D. J. Nice, T. T. Pennucci, N. S. Pol, S. M. Ransom, P. S. Ray, B. J. Shapiro-Albert, X. Siemens, J. Simon, R. Spiewak, I. H. Stairs, D. R. Stinebring, K. Stovall, J. P. Sun, J. K. Swiggum, S. R. Taylor, J. E. Turner, M. Vallisneri, S. J. Vigeland, and C. A. Witt, Astrophys. J. Lett. 905, L34 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  2. M. Kerr, D. J. Reardon, G. Hobbs, R. M. Shannon, R. N. Manchester, S. Dai, C. J. Russell, S. Zhang, W. van Straten, S. Oslowski, A. Parthasarathy, R. Spiewak, M. Bailes, N. D. R. Bhat, A. D. Cameron, W. A. Coles, J. Dempsey, X. Deng, B. Goncharov, J. F. Kaczmarek, M. J. Keith, P. D. Lasky, M. E. Lower, B. Preisig, J. M. Sarkissian, L. Toomey, H. Wang, J. Wang, L. Zhang, and X. Zhu, Publ. Astron. Soc. Aust. 37, e020 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. B. Goncharov, R. M. Shannon, D. J. Reardon, G. Hobbs, A. Zic, M. Bailes, M. Curylo, S. Dai, M. Kerr, M. E. Lower, R. N. Manchester, R. Mandow, H. Middleton, M. T. Miles, A. Parthasarathy, E. Thrane, N. Thyagarajan, X. Xue, X. J. Zhu, A. D. Cameron, Y. Feng, R. Luo, C. J. Russell, J. Sarkissian, R. Spiewak, S. Wang, J. B. Wang, L. Zhang, and S. Zhang, Astrophys. J. Lett. 917, L19 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. S. Chen, R. N. Caballero, Y. J. Guo, A. Chalumeau, K. Liu, G. Shaifullah, K. J. Lee, S. Babak, G. Desvignes, A. Parthasarathy, H. Hu, E. van der Wateren, J. Antoniadis, A. S. Bak Nielsen, C. G. Bassa, A. Berthereau, M. Burgay, D. J. Champion, I. Cognard, M. Falxa, R. D. Ferdman, P. C. C. Freire, J. R. Gair, E. Graikou, L. Guillemot, J. Jang, G. H. Janssen, R. Karuppusamy, M. J. Keith, M. Kramer, X. J. Liu, A. G. Lyne, R. A. Main, J. W. McKee, M. B. Mickaliger, B. B. P. Perera, D. Perrodin, A. Petiteau, N. K. Porayko, A. Possenti, A. Samajdar, S. A. Sanidas, A. Sesana, L. Speri, B. W. Stappers, G. Theureau, C. Tiburzi, A. Vecchio, J. P. W. Verbiest, J. Wang, L. Wang, and H. Xu, Mon. Not. R. Astron. Soc. 508, 4970 (2021).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  5. S. Burke-Spolaor, S. R. Taylor, M. Charisi, T. Dolch, J. S. Hazboun, A. M. Holgado, L. Z. Kelley, T. J. W. Lazio, D. R. Madison, N. Mc-Mann, C. M. F. Mingarelli, A. Rasskazov, X. Siemens, J. J. Simon, and T. L. Smith, Astron. Astrophys. Rev. 27, 5 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  6. H. Xu, S. Chen, Y. Guo, J. Jiang, B. Wang, J. Xu, Z. Xue, R. Nicolas Caballero, J. Yuan, Y. Xu, J. Wang, L. Hao, J. Luo, K. Lee, J. Han, P. Jiang, Z. Shen, M. Wang, N. Wang, R. Xu, X. Wu, R. Manchester, L. Qian, X. Guan, M. Huang, C. Sun, and Y. Zhu, Res. Astron. Astrophys. 23, 075024 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  7. J. Antoniadis, et al. (EPTA Collaboration and InPTA Collaboration), Astron. Astrophys. 678, A50 (2023).

    Article  Google Scholar 

  8. G. Agazie, A. Anumarlapudi, A. M. Archibald, Z. Arzoumanian, P. T. Baker, B. Becsy, L. Blecha, A. Brazier, P. R. Brook, S. Burke-Spolaor, R. Burnette, R. Case, M. Charisi, S. Chatterjee, K. Chatziioannou, B. D. Cheeseboro, S. Chen, T. Cohen, J. M. Cordes, N. J. Cornish, F. Crawford, H. T. Cromartie, K. Crowter, C. J. Cutler, M. E. DeCesar, D. DeGan, P. B. Demorest, H. Deng, T. Dolch, B. Drachler, J. A. Ellis, E. C. Ferrara, W. Fiore, E. Fonseca, G. E. Freedman, N. Garver-Daniels, P. A. Gentile, K. A. Gersbach, J. Glaser, D. C. Good, K. Gültekin, J. S. Hazboun, S. Hourihane, K. Islo, R. J. Jennings, A. D. Johnson, M. L. Jones, A. R. Kaiser, D. L. Kaplan, L. Z. Kelley, M. Kerr, J. S. Key, T. C. Klein, N. Laal, M. T. Lam, W. G. Lamb, T. J. W. Lazio, N. Lewandowska, T. B. Littenberg, T. Liu, A. Lommen, D. R. Lorimer, J. Luo, R. S. Lynch, C. P. Ma, D. R. Madison, M. A. Mattson, A. McEwen, J. W. McKee, M. A. McLaughlin, N. McMann, B. W. Meyers, P. M. Meyers, C. M. F. Mingarelli, A. Mitridate, P. Natarajan, C. Ng, D. J. Nice, S. K. Ocker, K. D. Olum, T. T. Pennucci, B. B. P. Perera, P. Petrov, N. S. Pol, H. A. Radovan, S. M. Ransom, P. S. Ray, J. D. Romano, S. C. Sardesai, A. Schmiedekamp, C. Schmiedekamp, K. Schmitz, L. Schult, B. J. Shapiro-Albert, X. Siemens, J. Simon, M. S. Siwek, I. H. Stairs, D. R. Stinebring, K. Stovall, J. P. Sun, A. Susobhanan, J. K. Swiggum, J. Taylor, S. R. Taylor, J. E. Turner, C. Unal, M. Vallisneri, R. van Haasteren, S. J. Vigeland, H. M. Wahl, Q. Wang, C. A. Witt, and O. Young, Astrophys. J. Lett. 951, L8 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  9. D. J. Reardon, A. Zic, R. M. Shannon, G. B. Hobbs, M. Bailes, V. Di Marco, A. Kapur, A. F. Rogers, E. Thrane, J. Askew, N. D. R. Bhat, A. Cameron, M. Curylo, W. A. Coles, S. Dai, B. Goncharov, M. Kerr, A. Kulkarni, Y. Levin, M. E. Lower, R. N. Manchester, R. Mandow, M. T. Miles, R. S. Nathan, S. Oslowski, C. J. Russell, R. Spiewak, S. Zhang, and X. J. Zhu, Astrophys. J. Lett. 951, L6 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. A. Ashoorioon, K. Rezazadeh, and A. Rostami, Phys. Lett. B 835, 137542 (2022).

    Article  CAS  Google Scholar 

  11. D. Izquierdo-Villalba, A. Sesana, S. Bonoli, and M. Colpi, ar**v: 2108.11671.

  12. A. Afzal, et al. (NANOGrav Collaboration), Astrophys. J. Lett. 951, L11 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. J. Antoniadis, P. Arumugam, S. Arumugam, P. Auclair, S. Babak, M. Bagchi, A.-S. Bak Nielsen, E. Barausse, C. G. Bassa, A. Bathula, A. Berthereau, M. Bonetti, E. Bortolas, P. R. Brook, M. Burgay, R. N. Caballero, C. Caprini, A. Chalumeau, D. J. Champion, S. Chanlaridis, S. Chen, I. Cognard, M. Crisostomi, S. Dandapat, D. Deb, S. Desai, G. Desvignes, N. Dhanda-Batra, C. Dwivedi, M. Falxa, F. Fastidio, R. D. Ferdman, A. Franchini, J. R. Gair, B. Goncharov, A. Gopakumar, E. Graikou, J.-M. Grießmeier, A. Gualandris, L. Guillemot, Y. J. Guo, Y. Gupta, S. Hisano, H. Hu, F. Iraci, D. Izquierdo-Villalba, J. Jang, J. Jawor, G. H. Janssen, A. Jessner, B. C. Joshi, F. Kareem, R. Karuppusamy, E. F. Keane, M. J. Keith, D. Kharbanda, T. Khizriev, T. Kikunaga, N. Kolhe, M. Kramer, M. A. Krishnakumar, K. Lackeos, K. J. Lee, K. Liu, Y. Liu, A. G. Lyne, J. W. McKee, Y. Maan, R. A. Main, M. B. Mickaliger, H. Middleton, A. Neronov, I. C. Nitu, K. Nobleson, A. K. Paladi, A. Parthasarathy, B. B. P. Perera, D. Perrodin, A. Petiteau, N. K. Porayko, A. Possenti, T. Prabu, K. Postnov, H. Quelquejay Leclere, P. Rana, A. Roper Pol, A. Samajdar, S. A. Sanidas, D. Semikoz, A. Sesana, G. Shaifullah, J. Singha, C. Smarra, L. Speri, R. Spiewak, A. Srivastava, B. W. Stappers, D. A. Steer, M. Surnis, S. C. Susarla, A. Susobhanan, K. Takahashi, P. Tarafdar, G. Theureau, C. Tiburzi, R. J. Truant, E. van der Wateren, S. Valtolina, A. Vecchio, V. Venkatraman Krishnan, J. P. W. Verbiest, J. Wang, L. Wang, and Z. Wu, ar**v: 2306.16227.

  14. E. Madge, E. Morgante, C. Puchades-Ibáñez, N. Ramberg, W. Ratzinger, S. Schenk, and P. Schwaller, J. High Energ. Phys. 2023(10), 171 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. R. Samanta, and S. Datta, J. High Energ. Phys. 2021(05), 211 (2021).

    Article  Google Scholar 

  16. E. Battista, and V. De Falco, Phys. Rev. D 104, 084067 (2021).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  17. M. Ahmadvand, L. Bian, and S. Shakeri, ar**v: 2307.12385.

  18. A. Addazi, Y.-F. Cai, A. Marciano, and L. Visinelli, ar**v: 2306.17205.

  19. Y.-F. Cai, X.-C. He, X. Ma, S.-F. Yan, and G.-W. Yuan, ar**v: 2306.17822.

  20. J. Ellis, M. Lewicki, C. Lin, and V. Vaskonen, ar**v: 2306.17147.

  21. L. Zu, C. Zhang, Y.-Y. Li, Y.-C. Gu, Y.-L. S. Tsai, and Y.-Z. Fan, ar**v: 2306.16769.

  22. Y.-Y. Li, C. Zhang, Z. Wang, M.-Y. Cui, Y.-L. S. Tsai, Q. Yuan, and Y.-Z. Fan, ar**v: 2306.17124.

  23. Z.-Q. Shen, G.-W. Yuan, Y.-Y. Wang, and Y.-Z. Wang, ar**v: 2306.17143.

  24. J. J. Blanco-Pillado, K. D. Olum, and X. Siemens, Phys. Lett. B 778, 392 (2018).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  25. S. Blasi, V. Brdar, and K. Schmitz, Phys. Rev. Lett. 126, 041305 (2021).

    Article  CAS  PubMed  ADS  Google Scholar 

  26. J. Ellis, and M. Lewicki, Phys. Rev. Lett. 126, 041304 (2021).

    Article  CAS  PubMed  ADS  Google Scholar 

  27. L. Bian, J. Shu, B. Wang, Q. Yuan, and J. Zong, Phys. Rev. D 106, L101301 (2022).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  28. H. Quelquejay Leclere, P. Auclair, S. Babak, A. Chalumeau, D. A. Steer, J. Antoniadis, A.-S. Bak Nielsen, C. G. Bassa, A. Berthereau, M. Bonetti, E. Bortolas, P. R. Brook, M. Burgay, R. N. Caballero, D. J. Champion, S. Chanlaridis, S. Chen, I. Cognard, G. Desvignes, M. Falxa, R. D. Ferdman, A. Franchini, J. R. Gair, B. Goncharov, E. Graikou, J.-M. Grießmeier, L. Guillemot, Y. J. Guo, H. Hu, F. Iraci, D. Izquierdo-Villalba, J. Jang, J. Jawor, G. H. Janssen, A. Jessner, R. Karuppusamy, E. F. Keane, M. J. Keith, M. Kramer, M. A. Krishnakumar, K. Lackeos, K. J. Lee, K. Liu, Y. Liu, A. G. Lyne, J. W. McKee, R. A. Main, M. B. Mickaliger, I. C. Nitu, A. Parthasarathy, B. B. P. Perera, D. Perrodin, A. Petiteau, N. K. Porayko, A. Possenti, A. Samajdar, S. A. Sanidas, A. Sesana, G. Shaifullah, L. Speri, R. Spiewak, B. W. Stappers, S. C. Susarla, G. Theureau, C. Tiburzi, E. van der Wateren, A. Vecchio, V. Venkatraman Krishnan, J. P. W. Verbiest, J. Wang, L. Wang, and Z. Wu, ar**v: 2306.12234.

  29. C. Li, R. de Grijs, L. Deng, A. M. Geller, Y. **n, Y. Hu, and C. A. Faucher-Giguere, Nature 529, 502 (2016).

    Article  CAS  PubMed  ADS  Google Scholar 

  30. T. J. Maccarone, A. Kundu, S. E. Zepf, and K. L. Rhode, Nature 445, 183 (2007).

    Article  CAS  PubMed  ADS  Google Scholar 

  31. D. Wang, and Y. Liu, ar**v: 2301.00347.

  32. R. P. Gupta, Mon. Not. R. Astron. Soc. 524, 3385 (2023).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  33. F. Melia, Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 521, L85 (2023).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  34. P. Wang, B.-Y. Su, L. Zu, Y. Yang, and L. Feng, ar**v: 2307.11374.

  35. S. A. Adil, U. Mukhopadhyay, A. A. Sen, and S. Vagnozzi, ar**v: 2307.12763.

  36. P. Santini, N. Menci, and M. Castellano, Frascati Phys. Ser. 74, 239 (2022).

    Google Scholar 

  37. S. Bird, C.-F. Chang, Y. Cui, and D. Yang, ar**v: 2307.10302.

  38. G.-W. Yuan, L. Lei, Y.-Z. Wang, B. Wang, Y.-Y. Wang, C. Chen, Z.-Q. Shen, Y.-F. Cai, and Y.-Z. Fan, ar**v: 2303.09391.

  39. B.-Y. Su, N. Li, and L. Feng, ar**v: 2306.05364.

  40. H.-L. Huang, Y. Cai, J.-Q. Jiang, J. Zhang, and Y.-S. Piao, ar**v: 2306.17577.

  41. H. Lin, Y. Gong, B. Yue, and X. Chen, ar**v: 2306.05648.

  42. G. Domenech, D. Inman, A. Kusenko, and M. Sasaki, ar**v: 2304.13053.

  43. A. Zhitnitsky, Phys. Dark Universe 40, 101217 (2023).

    Article  Google Scholar 

  44. G. Hutsi, M. Raidal, J. Urrutia, V. Vaskonen, and H. Veermae, Phys. Rev. D 107, 043502 (2023).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  45. Y. Gong, B. Yue, Y. Cao, and X. Chen, Astrophys. J. 947, 28 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  46. H. Jiao, R. Brandenberger, and A. Refregier, ar**v: 2304.06429.

  47. A. Vilenkin, Phys. Rep. 121, 263 (1985).

    Article  MathSciNet  CAS  ADS  Google Scholar 

  48. M. B. Hindmarsh, and T. W. B. Kibble, Rep. Prog. Phys. 58, 477 (1995).

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. A. Vilenkin, and E. P. S. Shellard, Cosmic Strings and Other Topological Defects (Cambridge University Press, Cambridge, 2000).

    Google Scholar 

  50. A. Vilenkin, and A. E. Everett, Phys. Rev. Lett. 48, 1867 (1982).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  51. G. Lazarides, and Q. Shafi, Phys. Lett. B 115, 21 (1982).

    Article  ADS  Google Scholar 

  52. E. Witten, Nucl. Phys. B 249, 557 (1985).

    Article  ADS  Google Scholar 

  53. T. Charnock, A. Avgoustidis, E. J. Copeland, and A. Moss, Phys. Rev. D 93, 123503 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  54. T. Vachaspati, Phys. Rev. Lett. 101, 141301 (2008).

    Article  PubMed  ADS  Google Scholar 

  55. Y. F. Cai, E. Sabancilar, and T. Vachaspati, Phys. Rev. D 85, 023530 (2012).

    Article  ADS  Google Scholar 

  56. Y. F. Cai, E. Sabancilar, D. A. Steer, and T. Vachaspati, Phys. Rev. D 86, 043521 (2012).

    Article  ADS  Google Scholar 

  57. Y. W. Yu, K. S. Cheng, G. Shiu, and H. Tye, J. Cosmol. Astropart. Phys. 2014(11), 040 (2014).

    Article  Google Scholar 

  58. R. Brandenberger, B. Cyr, and A. V. Iyer, ar**v: 1707.02397.

  59. J. Ye, K. Wang, and Y. F. Cai, Eur. Phys. J. C 77, 720 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  60. B. Imtiaz, R. Shi, and Y. F. Cai, Eur. Phys. J. C 80, 500 (2020).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  61. D. Camargo Neves da Cunha, C. Ringeval, and F. R. Bouchet, J. Cosmol. Astropart. Phys. 2022(9), 078 (2022).

    Article  Google Scholar 

  62. I. Y. Rybak, and L. Sousa, J. Cosmol. Astropart. Phys. 11, 024 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  63. T. Damour, and A. Vilenkin, Phys. Rev. Lett. 85, 3761 (2000).

    Article  CAS  PubMed  ADS  Google Scholar 

  64. J. Polchinski, and J. V. Rocha, Phys. Rev. D75, 123503 (2007).

    ADS  Google Scholar 

  65. J. Silk, and A. Vilenkin, Phys. Rev. Lett. 53, 1700 (1984).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  66. R. H. Brandenberger, Int. J. Mod. Phys. A 09, 2117 (1994).

    Article  ADS  Google Scholar 

  67. R. Durrer, M. Kunz, and A. Melchiorri, Phys. Rep. 364, 1 (2002).

    Article  MathSciNet  CAS  ADS  Google Scholar 

  68. B. Shlaer, A. Vilenkin, and A. Loeb, J. Cosmol. Astropart. Phys. 2012(5), 026 (2012).

    Article  Google Scholar 

  69. S. F. Bramberger, R. H. Brandenberger, P. Jreidini, and J. Quintin, J. Cosmol. Astropart. Phys. 2015(6), 007 (2015).

    Article  Google Scholar 

  70. B. Cyr, H. Jiao, and R. Brandenberger, Mon. Not. R. Astron. Soc. 517, 2221 (2022).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  71. R. Brandenberger, B. Cyr, and H. Jiao, Phys. Rev. D 104, 123501 (2021).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  72. I. Labbe, P. van Dokkum, E. Nelson, R. Bezanson, K. A. Suess, J. Leja, G. Brammer, K. Whitaker, E. Mathews, M. Stefanon, and B. Wang, Nature 616, 266 (2023).

    Article  CAS  PubMed  ADS  Google Scholar 

  73. M. Boylan-Kolchin, Nat. Astron. 7, 731 (2023).

    Article  PubMed  PubMed Central  ADS  Google Scholar 

  74. E. J. Copeland, T. W. B. Kibble, and D. Austin, Phys. Rev. D 45, 1000 (1992).

    Article  MathSciNet  CAS  ADS  Google Scholar 

  75. D. Austin, E. J. Copeland, and T. W. B. Kibble, Phys. Rev. D 48, 5594 (1993).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  76. V. Vanchurin, K. Olum, and A. Vilenkin, Phys. Rev. D 72, 063514 (2005).

    Article  ADS  Google Scholar 

  77. V. Vanchurin, K. D. Olum, and A. Vilenkin, Phys. Rev. D 74, 063527 (2006).

    Article  ADS  Google Scholar 

  78. C. Ringeval, M. Sakellariadou, and F. R. Bouchet, J. Cosmol. Astropart. Phys. 2007(2), 023 (2007).

    Article  Google Scholar 

  79. L. Lorenz, C. Ringeval, and M. Sakellariadou, J. Cosmol. Astropart. Phys. 2010(10), 003 (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  80. A. Vilenkin, Phys. Rev. D 24, 2082 (1981).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  81. T. W. B. Kibble, Nucl. Phys.B 252, 227 (1985) [Erratum: Nucl. Phys. B 261, 750 (1985)].

    Article  ADS  Google Scholar 

  82. J. J. Blanco-Pillado, K. D. Olum, and B. Shlaer, Phys. Rev. D 83, 083514 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  83. J. J. Blanco-Pillado, K. D. Olum, and B. Shlaer, Phys. Rev. D 89, 023512 (2014).

    Article  ADS  Google Scholar 

  84. T. Vachaspati, and A. Vilenkin, Phys. Rev. D 31, 3052 (1985).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  85. C. J. A. P. Martins, and E. P. S. Shellard, Phys. Rev. D 54, 2535 (1996).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  86. C. J. A. P. Martins, and E. P. S. Shellard, Phys. Rev. D 65, 043514 (2002).

    Article  ADS  Google Scholar 

  87. C. J. A. P. Martins, J. N. Moore, and E. P. S. Shellard, Phys. Rev. Lett. 92, 251601 (2004).

    Article  CAS  PubMed  ADS  Google Scholar 

  88. R. Abbott, et al. (LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration), Phys. Rev. Lett. 126, 241102 (2021).

    Article  CAS  PubMed  ADS  Google Scholar 

  89. C. Ringeval, and T. Suyama, J. Cosmol. Astropart. Phys. 12, 027 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  90. T. Damour, and A. Vilenkin, Phys. Rev. D 64, 064008 (2001).

    Article  MathSciNet  ADS  Google Scholar 

  91. J. Polchinski, and J. V. Rocha, Phys. Rev. D 74, 083504 (2006).

    Article  MathSciNet  ADS  Google Scholar 

  92. F. Dubath, J. Polchinski, and J. V. Rocha, Phys. Rev. D 77, 123528 (2008).

    Article  MathSciNet  ADS  Google Scholar 

  93. N. Aghanim, et al. (Planck Collaboration), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020) [Erratum: Astron. Astrophys. 652, C4 (2021)].

    Article  Google Scholar 

  94. R. Abbott, et al. (LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, and KAGRA Collaboration), Phys. Rev. D 104, 022004 (2021).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  95. X. Shen, M. Vogelsberger, M. Boylan-Kolchin, S. Tacchella, and R. Kannan, ar**v: 2305.05679.

  96. Y. Harikane, Y. Ono, M. Ouchi, C. Liu, M. Sawicki, T. Shibuya, P. S. Behroozi, W. He, K. Shimasaku, S. Arnouts, J. Coupon, S. Fujimoto, S. Gwyn, J. Huang, A. K. Inoue, N. Kashikawa, Y. Komiyama, Y. Matsuoka, and C. J. Willott, Astrophys. J. Suppl. Ser. 259, 20 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  97. B. P. Moster, T. Naab, and S. D. M. White, Mon. Not. R. Astron. Soc. 477, 1822 (2018).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  98. J. Aasi, et al. (The LIGO Scientific Collaboration). Class. Quantum Grav. 32, 074001 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  99. J. Crowder, and N. J. Cornish, Phys. Rev. D 72, 083005 (2005).

    Article  ADS  Google Scholar 

  100. S. Kawamura, M. Ando, N. Seto, S. Sato, M. Musha, I. Kawano, J. Yokoyama, T. Tanaka, K. Ioka, T. Akutsu, T. Takashima, K. Agatsuma, A. Araya, N. Aritomi, H. Asada, T. Chiba, S. Eguchi, M. Enoki, M. K. Fujimoto, R. Fujita, T. Futamase, T. Harada, K. Hayama, Y. Himemoto, T. Hiramatsu, F. L. Hong, M. Hosokawa, K. Ichiki, S. Ikari, H. Ishihara, T. Ishikawa, Y. Itoh, T. Ito, S. Iwaguchi, K. Izumi, N. Kanda, S. Kanemura, F. Kawazoe, S. Kobayashi, K. Kohri, Y. Kojima, K. Kokeyama, K. Kotake, S. Kuroyanagi, K. Maeda, S. Matsushita, Y. Michimura, T. Morimoto, S. Mukohyama, K. Nagano, S. Nagano, T. Naito, K. Nakamura, T. Nakamura, H. Nakano, K. Nakao, S. Nakasuka, Y. Nakayama, K. Nakazawa, A. Nishizawa, M. Ohkawa, K. Oohara, N. Sago, M. Saijo, M. Sakagami, S. Sakai, T. Sato, M. Shibata, H. Shinkai, A. Shoda, K. Somiya, H. Sotani, R. Takahashi, H. Takahashi, T. Akiteru, K. Taniguchi, A. Taruya, K. Tsubono, S. Tsujikawa, A. Ueda, K. Ueda, I. Watanabe, K. Yagi, R. Yamada, S. Yokoyama, C. M. Yoo, and Z. H. Zhu, Prog. Theor. Exp. Phys. 2021(5), 05A105 (2021).

    Article  CAS  Google Scholar 

  101. P. Auclair, et al. (The LISA Cosmology Working Group), Living Rev. Relativ. 26, 5 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  102. Z. Luo, Z. K. Guo, G. **, Y. Wu, and W. Hu, Results Phys. 16, 102918 (2020).

    Article  Google Scholar 

  103. Y. A. El-Neaj, C. Alpigiani, S. Amairi-Pyka, H. Araújo, A. Balaž, A. Bassi, L. Bathe-Peters, B. Battelier, A. Belić, E. Bentine, J. Bernabeu, A. Bertoldi, R. Bingham, D. Blas, V. Bolpasi, K. Bongs, S. Bose, P. Bouyer, T. Bowcock, W. Bowden, O. Buchmueller, C. Burrage, X. Calmet, B. Canuel, L. I. Caramete, A. Carroll, G. Cella, V. Charmandaris, S. Chattopadhyay, X. Chen, M. L. Chiofalo, J. Coleman, J. Cotter, Y. Cui, A. Derevianko, A. De Roeck, G. S. Djordjevic, P. Dornan, M. Doser, I. Drougkakis, J. Dunningham, I. Dutan, S. Easo, G. Elertas, J. Ellis, M. El Sawy, F. Fassi, D. Felea, C. H. Feng, R. Flack, C. Foot, I. Fuentes, N. Gaaloul, A. Gauguet, R. Geiger, V. Gibson, G. Giudice, J. Goldwin, O. Grachov, P. W. Graham, D. Grasso, M. van der Grinten, M. Gündogan, M. G. Haehnelt, T. Harte, A. Hees, R. Hobson, J. Hogan, B. Holst, M. Holynski, M. Kasevich, B. J. Kavanagh, W. von Klitzing, T. Kovachy, B. Krikler, M. Krutzik, M. Lewicki, Y. H. Lien, M. Liu, G. G. Luciano, A. Magnon, M. A. Mahmoud, S. Malik, C. McCabe, J. Mitchell, J. Pahl, D. Pal, S. Pandey, D. Papazoglou, M. Paternostro, B. Penning, A. Peters, M. Prevedelli, V. Puthiya-Veettil, J. Quenby, E. Rasel, S. Ravenhall, J. Ringwood, A. Roura, D. Sabulsky, M. Sameed, B. Sauer, S. A. Schiffer, S. Schiller, V. Schkolnik, D. Schlippert, C. Schubert, H. R. Sfar, A. Shayeghi, I. Shipsey, C. Signorini, Y. Singh, M. Soares-Santos, F. Sorrentino, T. Sumner, K. Tassis, S. Tentindo, G. M. Tino, J. N. Tinsley, J. Unwin, T. Valenzuela, G. Vasilakis, V. Vaskonen, C. Vogt, A. Webber-Date, A. Wenzlawski, P. Windpassinger, M. Woltmann, E. Yazgan, M. S. Zhan, X. Zou, and J. Zupan, EPJ Quantum Technol. 7, 6 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  104. L. Badurina, O. Buchmueller, J. Ellis, M. Lewicki, C. McCabe, and V. Vaskonen, Phil. Trans. A. Math. Phys. Eng. Sci. 380, 20210060 (2021).

    Google Scholar 

  105. G. Mentasti, and M. Peloso, J. Cosmol. Astropart. Phys. 03, 080 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  106. H. S. Cho, Class. Quantum Grav. 39, 085006 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  107. Z. C. Liang, Y. M. Hu, Y. Jiang, J. Cheng, J. Zhang, and J. Mei, Phys. Rev. D 105, 022001 (2022).

    Article  CAS  ADS  Google Scholar 

  108. C. J. Moore, R. H. Cole, and C. P. L. Berry, Class. Quantum Grav. 32, 015014 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  109. W. R. Hu, and Y. L. Wu, Natl. Sci. Rev. 4, 685 (2017).

    Article  CAS  Google Scholar 

  110. Z. Luo, Y. Wang, Y. Wu, W. Hu, and G. **, Prog. Theor. Exp. Phys. 2021(5), 05A108 (2021).

    Article  CAS  Google Scholar 

  111. J. Luo, L. S. Chen, H. Z. Duan, Y. G. Gong, S. Hu, J. Ji, Q. Liu, J. Mei, V. Milyukov, M. Sazhin, C. G. Shao, V. T. Toth, H. B. Tu, Y. Wang, Y. Wang, H. C. Yeh, M. S. Zhan, Y. Zhang, V. Zharov, and Z. B. Zhou, Class. Quantum Grav. 33, 035010 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  112. W. Ahmed, T. A. Chowdhury, S. Nasri, and S. Saad, ar**v: 2308.13248.

  113. G. Lazarides, R. Maji, and Q. Shafi, ar**v: 2306.17788.

  114. J. Ellis, M. Fairbairn, G. Franciolini, G. Hutsi, A. Iovino, M. Lewicki, M. Raidal, J. Urrutia, V. Vaskonen, and H. Veermae, ar**v: 2308.08546.

  115. L. Bian, S. Ge, J. Shu, B. Wang, X.-Y. Yang, and J. Zong, ar**v: 2307.02376.

  116. Y.-M. Wu, Z.-C. Chen, and Q.-G. Huang, ar**v: 2307.03141.

  117. Y.-F. Cai, C. Tang, G. Mo, S.-F. Yan, C. Chen, X.-H. Ma, B. Wang, W. Luo, D. Easson, and A. Marciano, ar**v: 2301.09403.

  118. P. Parashari, and R. Laha, ar**v: 2305.00999.

  119. Y. Y. Wang, L. Lei, G. W. Yuan, and Y. Z. Fan, Astrophys. J. Lett. 954, L48 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences, Nan**g, 210023, China

    Ziwei Wang, Lei Lei, Lei Feng & Yi-Zhong Fan

  2. School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026, China

    Lei Lei, Lei Feng & Yi-Zhong Fan

  3. Department of Physics, McGill University, Montreal, H3A 2T8, Canada

    Hao Jiao

Authors
  1. Ziwei Wang
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Lei Lei
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Hao Jiao
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Lei Feng
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. Yi-Zhong Fan
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding authors

Correspondence to Ziwei Wang or Yi-Zhong Fan.

Ethics declarations

Conflict of interest The authors declare that they have no conflict of interest.

Additional information

This work was supported by the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2022YFF0503304), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11921003), the New Cornerstone Science Foundation through the XPLORER PRIZE, the Chinese Academy of Sciences, and the Entrepreneurship and Innovation Program of Jiangsu Province. Hao Jiao was grateful for hospitality of the Institute for Theoretical Physics, the Institute for Particle Physics and Astrophysics of the ETH Zurich during the completion of this project. We thank Robert Brandenberger, Yao-Yu Li, Yi-Ying Wang, Qiang Yuan, Chi Zhang and Lei Zu for useful discussions. We thank Yi-Ming Hu and Zheng-Cheng Liang for providing the sensitivity curves of Tianqin, Taiji and LISA gravitational wave observatories.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Wang, Z., Lei, L., Jiao, H. et al. The nanohertz stochastic gravitational wave background from cosmic string loops and the abundant high redshift massive galaxies. Sci. China Phys. Mech. Astron. 66, 120403 (2023). https://doi.org/10.1007/s11433-023-2262-0

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-023-2262-0

Search

Navigation