Abstract
We present results on the mass, spin, and redshift distributions with phenomenological population models using the 10 binary black hole (BBH) mergers detected in the first and second observing runs completed by Advanced LIGO and Advanced Virgo. We constrain properties of the BBH mass spectrum using models with a range of parameterizations of the BBH mass and spin distributions. We find that the mass distribution of the more massive BH in such binaries is well approximated by models with no more than 1% of BHs more massive than 45 M and a power-law index of (90% credibility). We also show that BBHs are unlikely to be composed of BHs with large spins aligned to the orbital angular momentum. Modeling the evolution of the BBH merger rate with redshift, we show that it is flat or increasing with redshift with 93% probability. Marginalizing over uncertainties in the BBH population, we find robust estimates of the BBH merger rate density of R= (90% credibility). As the BBH catalog grows in future observing runs, we expect that uncertainties in the population model parameters will shrink, potentially providing insights into the formation of BHs via supernovae, binary interactions of massive stars, stellar cluster dynamics, and the formation history of BHs across cosmic time.
| Original language | English |
|---|---|
| Article number | L24 |
| Journal | Astrophysical Journal Letters |
| Volume | 882 |
| Issue number | 2 |
| DOIs | |
| State | Published - 10 Sep 2019 |
| Externally published | Yes |
Bibliographical note
Publisher Copyright:© 2019. The American Astronomical Society. All rights reserved.
Funding
| Funders | Funder number |
|---|---|
| ???publication-publication-funding-organisation-not-added??? | ST/N005422/1, ST/N005406/2, ST/I006269/1, ST/K000845/1, ST/N000633/1, ST/N000072/1, ST/J00166X/1, ST/N005430/1 |
| National Science Foundation | 1607709, 1707965, 1921006, 1707946, 1707835, 1726215, 1912648, 1708081, 1806824, 1912632, 1811228, 1806165, 1806990 |
| Science and Technology Facilities Council | ST/H002006/1 |
Keywords
- black holes
- gravitational waves
- statistical
Fingerprint
Dive into the research topics of 'Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo'. Together they form a unique fingerprint.Cite this
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In: Astrophysical Journal Letters, Vol. 882, No. 2, L24, 10.09.2019.
Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
TY - JOUR
T1 - Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo
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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 - Pai, A.
AU - Pai, S. A.
AU - Palamos, J. R.
AU - Palashov, O.
AU - Palomba, C.
AU - Pal-Singh, A.
AU - Pan, Huang Wei
AU - Pang, B.
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 - Pearlstone, B. L.
AU - Pedersen, C.
AU - Pedraza, M.
AU - Pedurand, R.
AU - Pele, A.
AU - Penn, S.
AU - Perez, C. J.
AU - Perreca, A.
AU - Pfeiffer, H. P.
AU - Phelps, M.
AU - Phukon, K. S.
AU - Piccinni, O. J.
AU - Pichot, M.
AU - Piergiovanni, F.
AU - Pillant, G.
AU - Pinard, L.
AU - Pirello, M.
AU - Pitkin, M.
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 - Privitera, S.
AU - Prodi, G. A.
AU - Prokhorov, L. G.
AU - Puncken, O.
AU - Punturo, M.
AU - Puppo, P.
AU - Pürrer, M.
AU - Qi, H.
AU - Quetschke, V.
AU - Quinonez, P. J.
AU - Quintero, E. A.
AU - Quitzow-James, R.
AU - Raab, F. J.
AU - Radkins, H.
AU - Radulescu, 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 - Ren, W.
AU - Ricci, F.
AU - Richardson, C. J.
AU - Richardson, J. W.
AU - Ricker, P. M.
AU - Riles, K.
AU - Rizzo, M.
AU - Robertson, N. A.
AU - Robie, R.
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, 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 - Salconi, L.
AU - Saleem, M.
AU - Samajdar, A.
AU - Sammut, L.
AU - Sanchez, E. J.
AU - Sanchez, L. E.
AU - Sanchis-Gual, N.
AU - Sandberg, V.
AU - Sanders, J. R.
AU - Santiago, K. A.
AU - Sarin, N.
AU - Sassolas, B.
AU - Sathyaprakash, B. S.
AU - Saulson, P. R.
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 - Schwalbe, S. G.
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 - Shao, L.
AU - Sharma, P.
AU - Shawhan, P.
AU - Shen, H.
AU - Shink, R.
AU - Shoemaker, D. H.
AU - Shoemaker, D. M.
AU - Shyamsundar, S.
AU - Siellez, K.
AU - Sieniawska, M.
AU - Sigg, D.
AU - Silva, A. D.
AU - Singer, L. P.
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 - 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 - 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 - Talukder, D.
AU - Tanner, D. B.
AU - Tápai, M.
AU - Taracchini, A.
AU - Tasson, J. D.
AU - Taylor, R.
AU - Thies, F.
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 - Trovato, A.
AU - Trozzo, L.
AU - Trudeau, R.
AU - Tsang, K. W.
AU - Tse, M.
AU - Tso, R.
AU - Tsukada, L.
AU - Tsuna, D.
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 - Van Bakel, N.
AU - Van Beuzekom, M.
AU - Van Den Brand, J. F.J.V.D.
AU - Broeck, C. Van Den
AU - Vander-Hyde, D. C.
AU - Van Der Schaaf, L. V.D.
AU - Van Heijningen, J. V.V.
AU - Van Veggel, A. A.V.
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 - 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, G.
AU - Wang, H.
AU - Wang, J. Z.
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 - Wimmer, M. H.
AU - Winkler, W.
AU - Wipf, C. C.
AU - Wittel, H.
AU - Woan, G.
AU - Woehler, J.
AU - Wofford, J. K.
AU - Worden, J.
AU - Wright, J. L.
AU - Wu, D. S.
AU - Wysocki, D. M.
AU - Xiao, L.
AU - Yamamoto, H.
AU - Yancey, C. C.
AU - Yang, L.
AU - Yap, M. J.
AU - Yazback, M.
AU - Yeeles, D. W.
AU - Yu, Hang
AU - Yu, Haocun
AU - Yuen, S. H.R.
AU - Yvert, M.
AU - Zadrożny, A. K.
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 - Zhou, M.
AU - Zhou, Z.
AU - Zhu, X. J.
AU - Zimmerman, A. B.
AU - Zlochower, Y.
AU - Zucker, M. E.
AU - Zweizig, J.
N1 - Publisher Copyright: © 2019. The American Astronomical Society. All rights reserved.
PY - 2019/9/10
Y1 - 2019/9/10
N2 - We present results on the mass, spin, and redshift distributions with phenomenological population models using the 10 binary black hole (BBH) mergers detected in the first and second observing runs completed by Advanced LIGO and Advanced Virgo. We constrain properties of the BBH mass spectrum using models with a range of parameterizations of the BBH mass and spin distributions. We find that the mass distribution of the more massive BH in such binaries is well approximated by models with no more than 1% of BHs more massive than 45 M and a power-law index of (90% credibility). We also show that BBHs are unlikely to be composed of BHs with large spins aligned to the orbital angular momentum. Modeling the evolution of the BBH merger rate with redshift, we show that it is flat or increasing with redshift with 93% probability. Marginalizing over uncertainties in the BBH population, we find robust estimates of the BBH merger rate density of R= (90% credibility). As the BBH catalog grows in future observing runs, we expect that uncertainties in the population model parameters will shrink, potentially providing insights into the formation of BHs via supernovae, binary interactions of massive stars, stellar cluster dynamics, and the formation history of BHs across cosmic time.
AB - We present results on the mass, spin, and redshift distributions with phenomenological population models using the 10 binary black hole (BBH) mergers detected in the first and second observing runs completed by Advanced LIGO and Advanced Virgo. We constrain properties of the BBH mass spectrum using models with a range of parameterizations of the BBH mass and spin distributions. We find that the mass distribution of the more massive BH in such binaries is well approximated by models with no more than 1% of BHs more massive than 45 M and a power-law index of (90% credibility). We also show that BBHs are unlikely to be composed of BHs with large spins aligned to the orbital angular momentum. Modeling the evolution of the BBH merger rate with redshift, we show that it is flat or increasing with redshift with 93% probability. Marginalizing over uncertainties in the BBH population, we find robust estimates of the BBH merger rate density of R= (90% credibility). As the BBH catalog grows in future observing runs, we expect that uncertainties in the population model parameters will shrink, potentially providing insights into the formation of BHs via supernovae, binary interactions of massive stars, stellar cluster dynamics, and the formation history of BHs across cosmic time.
KW - black holes
KW - gravitational waves
KW - statistical
UR - https://www.scopus.com/pages/publications/85073031675
U2 - 10.3847/2041-8213/ab3800
DO - 10.3847/2041-8213/ab3800
M3 - ???researchoutput.researchoutputtypes.contributiontojournal.article???
AN - SCOPUS:85073031675
SN - 2041-8205
VL - 882
JO - Astrophysical Journal Letters
JF - Astrophysical Journal Letters
IS - 2
M1 - L24
ER -