Abbott, R. et al. (2022) Search for subsolar-mass binaries in the first half of Advanced LIGO’s and Advanced Virgo’s third observing run. Physical Review Letters, 129(6), 061104. (doi: 10.1103/PhysRevLett.129.061104)
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Text
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Abstract
We report on a search for compact binary coalescences where at least one binary component has a mass between 0.2 M_\odot and 1.0 M_\odot in Advanced LIGO and Advanced Virgo data collected between 1 April 2019 1500 UTC and 1 October 2019 1500 UTC. We extend previous analyses in two main ways: we include data from the Virgo detector and we allow for more unequal mass systems, with mass ratio q \geq 0.1. We do not report any gravitational-wave candidates. The most significant trigger has a false alarm rate of 0.14 \mathrm{yr}^-1. This implies an upper limit on the merger rate of subsolar binaries in the range [220–24200] \mathrm{Gpc}^{-3} \, \mathrm{yr}^{-1}, depending on the chirp mass of the binary. We use this upper limit to derive astrophysical constraints on two phenomenological models that could produce subsolar-mass compact objects. One is an isotropic distribution of equal-mass primordial black holes. Using this model, we find that the fraction of dark matter in primordial black holes is f_\mathrm{PBH}\equiv \Omega_\mathrm{PBH}/\Omega_\mathrm{DM}\lesssim 6\%. The other is a dissipative dark matter model, in which fermionic dark matter can collapse and form black holes. The upper limit on the fraction of dark matter black holes depends on the minimum mass of the black holes that can be formed: the most constraining result is obtained at M_\mathrm{min}=1 M_\odot, where f_\mathrm{DBH}\equiv \Omega_\mathrm{PBH}/\Omega_\mathrm{DM}\lesssim 0.003\%. These are the tightest limits on spinning subsolar-mass binaries to date.
| Item Type: | Articles |
|---|---|
| Keywords: | Dark matter, gravitational waves. |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes |
| Glasgow Author(s) Enlighten ID: | Grant, Mr Alastair and Spencer, Dr Andrew and Messenger, Dr Christopher and Masso Reid, Ms Mariela and Williams, Dr Daniel and Toland, Dr Karl and Hayes, Dr Fergus and Hammond, Professor Giles and Barr, Dr Bryan and Cummings, Ms Rebecca and Oelker, Dr Eric and Steinlechner, Dr Jessica and Veitch, Dr John and Linley, Mr Jethro and Kinley-Hanlon, Maya Marie Antoinette and Heng, Professor Ik Siong and Dupej, Peter and Tait, Dr Simon and Briggs, Mr Joseph and Webster, Dr Stephen and Hendry, Professor Martin and Scott, Dr Jamie and Rowan, Professor Sheila and Garcia Nunez, Dr Carlos and Martin, Dr Iain and Robertson, Professor Norna and Mukherjee, Dr Arunava and Cumming, Dr Alan and Gabbard, Mr Hunter and Berry, Dr Christopher and Cunningham, Dr Liam and Gray, Dr Rachel and Woan, Professor Graham and Steinlechner, Dr Sebastian and Datrier, Ms Laurence and Hough, Professor James and Huttner, Dr Sabina and Bayley, Mr Joseph and Callaghan, Mr Jack and Strain, Professor Kenneth and Eddolls, Graeme and Jones, Mr Russell and Williams, Michael and De Lillo, Nicola and Haughian, Dr Karen and McGhee, Graeme and Murray, Dr Peter and Barton, Dr Mark |
| Authors: | Abbott, R., Abbott, T. D., Acernese, F., Ackley, K., Adams, C., Adhikari, N., Adhikari, R. X., Adya, V. B., Affeldt, C., Agarwal, D., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Albanesi, S., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Anand, C., Anand, S., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Andrade, T., Andres, N., Andrić, T., Angelova, S. V., Ansoldi, S., Antelis, J. M., Antier, S., Appert, S., Arai, K., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Arnaud, N., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asali, Y., Ashton, G., Assiduo, M., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., Austin, C., Babak, S., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Badger, C., Bae, S., Baer, A. M., Bagnasco, S., Bai, Y., Baird, J., Ball, M., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Balsamo, A., Baltus, G., Banagiri, S., Bankar, D., Barayoga, J. C., Barbieri, C., Barish, B. C., Barker, D., Barneo, P., Barone, F., Barr, B., Barsotti, L., Barsuglia, M., Barta, D., Bartlett, J., Barton, M. 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J., Yeeles, D. W., Yelikar, A. B., Ying, M., Yoo, J., Yu, H., Yu, H., Zadrożny, A., Zanolin, M., Zelenova, T., Zendri, J.-P., Zevin, M., Zhang, J., Zhang, L., Zhang, T., Zhang, Y., Zhao, C., Zhao, G., Zhao, Y., Zhou, R., Zhou, Z., Zhu, X. J., Zimmerman, A. B., Zucker, M. E., Zweizig, J., Jeong, D., and Shandera, S. |
| Subjects: | Q Science > QB Astronomy Q Science > QC Physics |
| College/School: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy College of Science and Engineering > School of Engineering > Electronics and Nanoscale Engineering |
| Research Centre: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy > Institute for Gravitational Research |
| Research Group: | Institute for Gravitational Research |
| Journal Name: | Physical Review Letters |
| Publisher: | American Physical Society |
| ISSN: | 0031-9007 |
| ISSN (Online): | 1079-7114 |
| Copyright Holders: | Copyright © 2022 American Physical Society |
| First Published: | First published in Physical Review Letters 129(6): 061104 |
| Publisher Policy: | Reproduced in accordance with the publisher copyright policy |
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