Onde Gravitazionali Primordiali dal Pre-Big Bang

This thesis investigates the theoretical and phenomenological aspects of pGW production within the string-theory-inspired pre-Big Bang (PBB) scenario, an alternative to slow-roll inflation that relies on string dualities and predicts distinct spectral signatures for both tensor and scalar perturbations. After reviewing gravitational-wave propagation in general cosmological backgrounds and the mechanism of vacuum fluctuation amplification, we analyze the dynamics of the PBB transition from the dilaton-driven phase to standard cosmology, demonstrating that a smooth bounce can be achieved through all-order ' corrections and non-perturbative dilaton potentials. We then compute the resulting SGWB spectrum in the minimal PBB model and assess its detectability with future gravitational-wave detectors. Furthermore, we show that breaking -duality during the high-curvature string phase can yield spectra compatible with recent PTA observations. To provide a physical realization of this mechanism, we study viscosity effects in isotropic (and later anisotropic) cosmological spacetimes, establishing how dissipative phenomena may alter pGW evolution and lead to observable imprints. Overall, this work offers a detailed theoretical framework for confronting the PBB scenario with current and forthcoming gravitational-wave data, highlighting its potential to bridge string theory and cosmological observations, and to deepen our understanding of the origin and evolution of the Universe

Questa tesi si occupa degli aspetti teorici e fenomenologici della produzione di onde gravitazionali primordiali (pGW) nello scenario pre-Big Bang (PBB) ispirato alla teoria delle stringhe, un’alternativa all’inflazione slow-roll che si basa sulle dualità delle stringhe e predice segnature spettrali distintive sia per le perturbazioni tensoriali sia per quelle scalari. Dopo una rassegna della propagazione delle onde gravitazionali in background cosmologici generali e del meccanismo di amplificazione delle fluttuazioni del vuoto, si analizza la dinamica della transizione PBB dalla fase guidata dal dilatone alla cosmologia standard, mostrando che un rimbalzo regolare può essere ottenuto grazie a correzioni di ordine arbitrario in ′ e a potenziali non perturbativi del dilatone. Si calcola quindi lo spettro risultante del fondo stocastico di onde gravitazionali (SGWB) nel modello PBB minimale e se ne valuta la rivelabilità con futuri rivelatori di onde gravitazionali. Inoltre, si mostra che la rottura della S-dualità durante la fase di stringa ad alta curvatura può produrre spettri compatibili con le recenti osservazioni dei PTA. Per fornire una realizzazione fisica di questo meccanismo, si studiano gli effetti della viscosità in spazi-tempo cosmologici isotropi (e successivamente anisotropi), chiarendo come i fenomeni dissipativi possano modificare l’evoluzione delle pGW e dare luogo a impronte osservabili. Nel complesso, questo lavoro presenta un quadro teorico dettagliato per confrontare lo scenario PBB con i dati attuali e futuri sulle onde gravitazionali, mettendone in luce il potenziale nel collegare la teoria delle stringhe alle osservazioni cosmologiche e nell’approfondire la comprensione dell’origine e dell’evoluzione dell’Universo.