Abstract
We present a search for subsolar mass ultracompact objects in data obtained during Advanced LIGO's second observing run. In contrast to a previous search of Advanced LIGO data from the first observing run, this search includes the effects of component spin on the gravitational waveform. We identify no viable gravitational-wave candidates consistent with subsolar mass ultracompact binaries with at least one component between 0.2 Ma-1.0 Ma. We use the null result to constrain the binary merger rate of (0.2 M, 0.2 M) binaries to be less than 3.7×105 Gpc-3 yr-1 and the binary merger rate of (1.0 M, 1.0 M) binaries to be less than 5.2×103 Gpc-3 yr-1. Subsolar mass ultracompact objects are not expected to form via known stellar evolution channels, though it has been suggested that primordial density fluctuations or particle dark matter with cooling mechanisms and/or nuclear interactions could form black holes with subsolar masses. Assuming a particular primordial black hole (PBH) formation model, we constrain a population of merging 0.2 M black holes to account for less than 16% of the dark matter density and a population of merging 1.0 M black holes to account for less than 2% of the dark matter density. We discuss how constraints on the merger rate and dark matter fraction may be extended to arbitrary black hole population models that predict subsolar mass binaries.
| Original language | English (US) |
|---|---|
| Article number | 161102 |
| Journal | Physical Review Letters |
| Volume | 123 |
| Issue number | 16 |
| DOIs | |
| State | Published - Oct 18 2019 |
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In: Physical Review Letters, Vol. 123, No. 16, 161102, 18.10.2019.
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T1 - Search for Subsolar Mass Ultracompact Binaries in Advanced LIGO's Second Observing Run
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AU - Ohta, H.
AU - Okada, M. A.
AU - Oliver, M.
AU - Oppermann, P.
AU - Oram, Richard J.
AU - O'Reilly, B.
AU - Ormiston, R. G.
AU - Ortega, L. F.
AU - O'Shaughnessy, R.
AU - Ossokine, S.
AU - Ottaway, D. J.
AU - Overmier, H.
AU - Owen, B. J.
AU - Pace, A. E.
AU - Pagano, G.
AU - Page, M. A.
AU - Pagliaroli, G.
AU - Pai, A.
AU - Pai, S. A.
AU - Palamos, J. R.
AU - Palashov, O.
AU - Palomba, C.
AU - Pan, H.
AU - Panda, P. K.
AU - Pang, P. T.H.
AU - Pankow, C.
AU - Pannarale, F.
AU - Pant, B. C.
AU - Paoletti, F.
AU - Paoli, A.
AU - Parida, A.
AU - Parker, W.
AU - Pascucci, D.
AU - Pasqualetti, A.
AU - Passaquieti, R.
AU - Passuello, D.
AU - Patil, M.
AU - Patricelli, B.
AU - Payne, E.
AU - Pearlstone, B. L.
AU - Pechsiri, T. C.
AU - Pedersen, A. J.
AU - Pedraza, M.
AU - Pedurand, R.
AU - Pele, A.
AU - Penn, S.
AU - Perego, A.
AU - Perez, C. J.
AU - Périgois, C.
AU - Perreca, A.
AU - Petermann, J.
AU - Pfeiffer, H. P.
AU - Phelps, M.
AU - Phukon, K. S.
AU - Piccinni, O. J.
AU - Pichot, M.
AU - Piergiovanni, F.
AU - Pierro, V.
AU - Pillant, G.
AU - Pinard, L.
AU - Pinto, I. M.
AU - Pirello, M.
AU - Pitkin, M.
AU - Plastino, W.
AU - Poggiani, R.
AU - Pong, D. Y.T.
AU - Ponrathnam, S.
AU - Popolizio, P.
AU - Porter, E. K.
AU - Powell, J.
AU - Prajapati, A. K.
AU - Prasad, J.
AU - Prasai, K.
AU - Prasanna, R.
AU - Pratten, G.
AU - Prestegard, T.
AU - Principe, M.
AU - Prodi, G. A.
AU - Prokhorov, L.
AU - Punturo, M.
AU - Puppo, P.
AU - Pürrer, M.
AU - Qi, H.
AU - Quetschke, V.
AU - Quinonez, P. J.
AU - Raab, F. J.
AU - Raaijmakers, G.
AU - Radkins, H.
AU - Radulesco, N.
AU - Raffai, P.
AU - Raja, S.
AU - Rajan, C.
AU - Rajbhandari, B.
AU - Rakhmanov, M.
AU - Ramirez, K. E.
AU - Ramos-Buades, A.
AU - Rana, Javed
AU - Rao, K.
AU - Rapagnani, P.
AU - Raymond, V.
AU - Razzano, M.
AU - Read, J.
AU - Regimbau, T.
AU - Rei, L.
AU - Reid, S.
AU - Reitze, D. H.
AU - Rettegno, P.
AU - Ricci, F.
AU - Richardson, C. J.
AU - Richardson, J. W.
AU - Ricker, P. M.
AU - Riemenschneider, G.
AU - Riles, K.
AU - Rizzo, M.
AU - Robertson, N. A.
AU - Robinet, F.
AU - Rocchi, A.
AU - Rolland, L.
AU - Rollins, J. G.
AU - Roma, V. J.
AU - Romanelli, M.
AU - Romano, R.
AU - Romel, C. L.
AU - Romie, J. H.
AU - Rose, C. A.
AU - Rose, D.
AU - Rose, K.
AU - Rosińska, D.
AU - Rosofsky, S. G.
AU - Ross, M. P.
AU - Rowan, S.
AU - Rüdiger, A.
AU - Ruggi, P.
AU - Rutins, G.
AU - Ryan, K.
AU - Sachdev, S.
AU - Sadecki, T.
AU - Sakellariadou, M.
AU - Salafia, O. S.
AU - Salconi, L.
AU - Saleem, M.
AU - Samajdar, A.
AU - Sammut, L.
AU - Sanchez, E. J.
AU - Sanchez, L. E.
AU - Sanchis-Gual, N.
AU - Sanders, J. R.
AU - Santiago, K. A.
AU - Santos, E.
AU - Sarin, N.
AU - Sassolas, B.
AU - Sathyaprakash, B. S.
AU - Sauter, O.
AU - Savage, R. L.
AU - Schale, P.
AU - Scheel, M.
AU - Scheuer, J.
AU - Schmidt, P.
AU - Schnabel, R.
AU - Schofield, R. M.S.
AU - Schönbeck, A.
AU - Schreiber, E.
AU - Schulte, B. W.
AU - Schutz, B. F.
AU - Scott, J.
AU - Scott, S. M.
AU - Seidel, E.
AU - Sellers, D.
AU - Sengupta, A. S.
AU - Sennett, N.
AU - Sentenac, D.
AU - Sequino, V.
AU - Sergeev, A.
AU - Setyawati, Y.
AU - Shaddock, D. A.
AU - Shaffer, T.
AU - Shahriar, M. S.
AU - Shaner, M. B.
AU - Sharma, A.
AU - Sharma, P.
AU - Shawhan, P.
AU - Shen, H.
AU - Shink, R.
AU - Shoemaker, D. H.
AU - Shoemaker, D. M.
AU - Shukla, K.
AU - Shyamsundar, S.
AU - Siellez, K.
AU - Sieniawska, M.
AU - Sigg, D.
AU - Singer, L. P.
AU - Singh, D.
AU - Singh, N.
AU - Singhal, A.
AU - Sintes, A. M.
AU - Sitmukhambetov, S.
AU - Skliris, V.
AU - Slagmolen, B. J.J.
AU - Slaven-Blair, T. J.
AU - Smith, J. R.
AU - Smith, R. J.E.
AU - Somala, S.
AU - Son, E. J.
AU - Soni, S.
AU - Sorazu, B.
AU - Sorrentino, F.
AU - Souradeep, T.
AU - Sowell, E.
AU - Spencer, A. P.
AU - Spera, M.
AU - Srivastava, A. K.
AU - Srivastava, V.
AU - Staats, K.
AU - Stachie, C.
AU - Standke, M.
AU - Steer, D. A.
AU - Steinke, M.
AU - Steinlechner, J.
AU - Steinlechner, S.
AU - Steinmeyer, D.
AU - Stevenson, S. P.
AU - Stocks, D.
AU - Stone, R.
AU - Stops, D. J.
AU - Strain, K. A.
AU - Stratta, G.
AU - Strigin, S. E.
AU - Strunk, A.
AU - Sturani, R.
AU - Stuver, A. L.
AU - Sudhir, V.
AU - Summerscales, T. Z.
AU - Sun, L.
AU - Sunil, S.
AU - Sur, A.
AU - Suresh, J.
AU - Sutton, P. J.
AU - Swinkels, B. L.
AU - Szczepańczyk, M. J.
AU - Tacca, M.
AU - Tait, S. C.
AU - Talbot, C.
AU - Tanner, D. B.
AU - Tao, D.
AU - Tápai, M.
AU - Tapia, A.
AU - Tasson, J. D.
AU - Taylor, R.
AU - Tenorio, R.
AU - Terkowski, L.
AU - Thomas, M.
AU - Thomas, P.
AU - Thondapu, S. R.
AU - Thorne, K. A.
AU - Thrane, E.
AU - Tiwari, Shubhanshu
AU - Tiwari, Srishti
AU - Tiwari, V.
AU - Toland, K.
AU - Tonelli, M.
AU - Tornasi, Z.
AU - Torres-Forné, A.
AU - Torrie, C. I.
AU - Töyrä, D.
AU - Travasso, F.
AU - Traylor, G.
AU - Tringali, M. C.
AU - Tripathee, A.
AU - Trovato, A.
AU - Trozzo, L.
AU - Tsang, K. W.
AU - Tse, M.
AU - Tso, R.
AU - Tsukada, L.
AU - Tsuna, D.
AU - Tsutsui, T.
AU - Tuyenbayev, D.
AU - Ueno, K.
AU - Ugolini, D.
AU - Unnikrishnan, C. S.
AU - Urban, A. L.
AU - Usman, S. A.
AU - Vahlbruch, H.
AU - Vajente, G.
AU - Valdes, G.
AU - Valentini, M.
AU - Van Bakel, N.
AU - Van Beuzekom, M.
AU - Van Den Brand, J. F.J.
AU - Van Den Broeck, C.
AU - Vander-Hyde, D. C.
AU - Van Der Schaaf, L.
AU - Vanheijningen, J. V.
AU - Van Veggel, A. A.
AU - Vardaro, M.
AU - Varma, V.
AU - Vass, S.
AU - Vasúth, M.
AU - Vecchio, A.
AU - Vedovato, G.
AU - Veitch, J.
AU - Veitch, P. J.
AU - Venkateswara, K.
AU - Venugopalan, G.
AU - Verkindt, D.
AU - Vetrano, F.
AU - Viceré, A.
AU - Viets, A. D.
AU - Vinciguerra, S.
AU - Vine, D. J.
AU - Vinet, J. Y.
AU - Vitale, S.
AU - Vo, T.
AU - Vocca, H.
AU - Vorvick, C.
AU - Vyatchanin, S. P.
AU - Wade, A. R.
AU - Wade, L. E.
AU - Wade, M.
AU - Walet, R.
AU - Walker, M.
AU - Wallace, L.
AU - Walsh, S.
AU - Wang, H.
AU - Wang, J. Z.
AU - Wang, S.
AU - Wang, W. H.
AU - Wang, Y. F.
AU - Ward, R. L.
AU - Warden, Z. A.
AU - Warner, J.
AU - Was, M.
AU - Watchi, J.
AU - Weaver, B.
AU - Wei, L. W.
AU - Weinert, M.
AU - Weinstein, A. J.
AU - Weiss, R.
AU - Wellmann, F.
AU - Wen, L.
AU - Wessel, E. K.
AU - Weßels, P.
AU - Westhouse, J. W.
AU - Wette, K.
AU - Whelan, J. T.
AU - Whiting, B. F.
AU - Whittle, C.
AU - Wilken, D. M.
AU - Williams, D.
AU - Williamson, A. R.
AU - Willis, J. L.
AU - Willke, B.
AU - Winkler, W.
AU - Wipf, C. C.
AU - Wittel, H.
AU - Woan, G.
AU - Woehler, J.
AU - Wofford, J. K.
AU - Wright, J. L.
AU - Wu, D. S.
AU - Wysocki, D. M.
AU - Xiao, S.
AU - Xu, R.
AU - Yamamoto, H.
AU - Yancey, C. C.
AU - Yang, L.
AU - Yang, Y.
AU - Yang, Z.
AU - Yap, M. J.
AU - Yazback, M.
AU - Yeeles, D. W.
AU - Yu, Hang
AU - Yu, Haocun
AU - Yuen, S. H.R.
AU - Zadrożny, A. K.
AU - Zadrożny, A.
AU - Zanolin, M.
AU - Zelenova, T.
AU - Zendri, J. P.
AU - Zevin, M.
AU - Zhang, J.
AU - Zhang, L.
AU - Zhang, T.
AU - Zhao, C.
AU - Zhao, G.
AU - Zhou, M.
AU - Zhou, Z.
AU - Zhu, X. J.
AU - Zimmerman, A. B.
AU - Zucker, M. E.
AU - Zweizig, J.
AU - Shandera, S.
N1 - Publisher Copyright: © 2019 American Physical Society.
PY - 2019/10/18
Y1 - 2019/10/18
N2 - We present a search for subsolar mass ultracompact objects in data obtained during Advanced LIGO's second observing run. In contrast to a previous search of Advanced LIGO data from the first observing run, this search includes the effects of component spin on the gravitational waveform. We identify no viable gravitational-wave candidates consistent with subsolar mass ultracompact binaries with at least one component between 0.2 Ma-1.0 Ma. We use the null result to constrain the binary merger rate of (0.2 M, 0.2 M) binaries to be less than 3.7×105 Gpc-3 yr-1 and the binary merger rate of (1.0 M, 1.0 M) binaries to be less than 5.2×103 Gpc-3 yr-1. Subsolar mass ultracompact objects are not expected to form via known stellar evolution channels, though it has been suggested that primordial density fluctuations or particle dark matter with cooling mechanisms and/or nuclear interactions could form black holes with subsolar masses. Assuming a particular primordial black hole (PBH) formation model, we constrain a population of merging 0.2 M black holes to account for less than 16% of the dark matter density and a population of merging 1.0 M black holes to account for less than 2% of the dark matter density. We discuss how constraints on the merger rate and dark matter fraction may be extended to arbitrary black hole population models that predict subsolar mass binaries.
AB - We present a search for subsolar mass ultracompact objects in data obtained during Advanced LIGO's second observing run. In contrast to a previous search of Advanced LIGO data from the first observing run, this search includes the effects of component spin on the gravitational waveform. We identify no viable gravitational-wave candidates consistent with subsolar mass ultracompact binaries with at least one component between 0.2 Ma-1.0 Ma. We use the null result to constrain the binary merger rate of (0.2 M, 0.2 M) binaries to be less than 3.7×105 Gpc-3 yr-1 and the binary merger rate of (1.0 M, 1.0 M) binaries to be less than 5.2×103 Gpc-3 yr-1. Subsolar mass ultracompact objects are not expected to form via known stellar evolution channels, though it has been suggested that primordial density fluctuations or particle dark matter with cooling mechanisms and/or nuclear interactions could form black holes with subsolar masses. Assuming a particular primordial black hole (PBH) formation model, we constrain a population of merging 0.2 M black holes to account for less than 16% of the dark matter density and a population of merging 1.0 M black holes to account for less than 2% of the dark matter density. We discuss how constraints on the merger rate and dark matter fraction may be extended to arbitrary black hole population models that predict subsolar mass binaries.
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85073822336&partnerID=8YFLogxK
UR - http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=85073822336&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1103/PhysRevLett.123.161102
DO - 10.1103/PhysRevLett.123.161102
M3 - Article
C2 - 31702344
AN - SCOPUS:85073822336
SN - 0031-9007
VL - 123
JO - Physical Review Letters
JF - Physical Review Letters
IS - 16
M1 - 161102
ER -