Abbott, R. et al. (2023) Search for subsolar-mass black hole binaries in the second part of Advanced LIGO’s and Advanced Virgo’s third observing run. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 524(4), pp. 5984-5992. (doi: 10.1093/mnras/stad588)
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Text
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Abstract
We describe a search for gravitational waves from compact binaries with at least one component with mass 0.2 M⊙–1.0 M⊙ and mass ratio q ≥ 0.1 in Advanced LIGO and Advanced Virgo data collected between 1 November 2019, 15:00 UTC and 27 March 2020, 17:00 UTC. No signals were detected. The most significant candidate has a false alarm rate of 0.2yr−1 . We estimate the sensitivity of our search over the entirety of Advanced LIGO’s and Advanced Virgo’s third observing run, and present the most stringent limits to date on the merger rate of binary black holes with at least one subsolar-mass component. We use the upper limits to constrain two fiducial scenarios that could produce subsolar-mass black holes: primordial black holes (PBH) and a model of dissipative dark matter. The PBH model uses recent prescriptions for the merger rate of PBH binaries that include a rate suppression factor to effectively account for PBH early binary disruptions. If the PBHs are monochromatically distributed, we can exclude a dark matter fraction in PBHs fPBH ≳ 0.6 (at 90% confidence) in the probed subsolar-mass range. However, if we allow for broad PBH mass distributions we are unable to rule out fPBH = 1. For the dissipative model, where the dark matter has chemistry that allows a small fraction to cool and collapse into black holes, we find an upper bound fDBH < 10−5 on the fraction of atomic dark matter collapsed into black holes.
| Item Type: | Articles |
|---|---|
| Keywords: | Black hole mergers, black hole physics, dark matter. |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes |
| Glasgow Author(s) Enlighten ID: | Spencer, Dr Andrew and Messenger, Dr Christopher and Masso Reid, Ms Mariela and Bell, Dr Angus and Williams, Dr Daniel and Hayes, Dr Fergus and Hammond, Professor Giles and Barr, Dr Bryan and Cummings, Ms Rebecca and Oelker, Dr Eric and Smith, Ms Leigh and Steinlechner, Dr Jessica and Veitch, Dr John and Kinley-Hanlon, Maya Marie Antoinette and Alfaidi, Reem Atallah E and Heng, Professor Ik Siong and Wright, Mr Michael and Tait, Dr Simon and Stachurski, Mr Federico and Briggs, Mr Joseph and Irwin, Miss Jessica and Webster, Dr Stephen and Hendry, Professor Martin and Scott, Dr Jamie and Rowan, Professor Sheila and Chapman-Bird, Christian and Martin, Dr Iain and Robertson, Professor Norna and Lacaille, Mr Gregoire and Gabbard, Mr Hunter and Cumming, Dr Alan and Berry, Dr Christopher and Gray, Dr Rachel and Woan, Professor Graham and Steinlechner, Dr Sebastian and Datrier, Ms Laurence and Hough, Professor James and Hyland, Johnny and Huttner, Dr Sabina and Graham, Ms Victoria and McGinn, Mr Jordan and Callaghan, Mr Jack and Bayley, Mr Joseph and Strain, Professor Kenneth and Jones, Mr Russell and Eddolls, Graeme and Williams, Michael and Haughian, Dr Karen and De Lillo, Nicola and McGhee, Graeme and Murray, Dr Peter and Johnston, Ross and Barton, Dr Mark |
| Authors: | Abbott, R., Abe, H., Acernese, F., Ackley, K., Adhicary, S., Adhikari, N., Adhikari, R. X., Adkins, V. K., Adya, V. B., Affeldt, C., Agarwal, D., Agathos, M., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Akutsu, T., Albanesi, S., Alfaidi, R. A., Alléné, C., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Anand, S., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Ando, M., Andrade, T., Andres, N., Andrés-Carcasona, M., Andrić, T., Ansoldi, S., Antelis, J. M., Antier, S., Apostolatos, T., Appavuravther, E. Z., Appert, S., Apple, S. K., Arai, K., Araya, A., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Aritomi, N., Arnaud, N., Arogeti, M., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asada, H., Ashton, G., Aso, Y., Assiduo, M., Assis de Souza Melo, S., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., AultONeal, K., Babak, S., Badaracco, F., Badger, C., Bae, S., Bae, Y., Bagnasco, S., Bai, Y., Baier, J. G., Baird, J., Bajpai, R., Baka, T., Ball, M., Ballardin, G., Ballmer, S. 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| Subjects: | Q Science > QB Astronomy Q Science > QC Physics |
| College/School: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy |
| Research Centre: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy > Institute for Gravitational Research |
| Journal Name: | Monthly Notices of the Royal Astronomical Society |
| Publisher: | Oxford University Press |
| ISSN: | 0035-8711 |
| ISSN (Online): | 1365-2966 |
| Published Online: | 28 February 2023 |
| Copyright Holders: | Copyright © 2023 The Authors |
| First Published: | First published in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 524(4):5984–5992 |
| Publisher Policy: | Reproduced under a Creative Commons License |
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