Searches for Binary Mergers with Sub-solar Mass Components in Data from the First Part of LIGO--Virgo--KAGRA's Fourth Observing Run
本論文は、第四観測ランの前半における LIGO-Virgo-KAGRA データを用いた太陽質量未満のコンパクト連星合体の探索結果(検出なし)を報告し、それらの合体率に対する厳密な上限値を確立することで、原始ブラックホールや散逸暗黒物質を暗黒物質の候補とするモデルを制限するものである。
原著者: The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration, A. G. Abac, I. Abouelfettouh, F. Acernese, K. Ackley, A. Adam, C. Adamcewicz, S. Adhicary, D. Adhikari, N. Adhikari, R. X. Adhikari, V. K. Adkins, S. Afroz, A. Agapito, D. Agarwal, M. Agathos, N. Aggarwal, S. Aggarwal, O. D. Aguiar, I. -L. Ahrend, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, T. Akutsu, S. Albanesi, L. Albers, W. Ali, S. Al-Kershi, C. Alléné, A. Allocca, S. Al-Shammari, P. A. Altin, S. Alvarez-Lopez, W. Amar, O. Amarasinghe, A. Amato, F. Amicucci, C. Amra, C. Anand, A. Ananyeva, S. B. Anderson, W. G. Anderson, M. Andia, M. Ando, M. Andrés-Carcasona, J. L. Andrey, T. Andrić, J. Anglin, J. Anna, S. Ansoldi, J. M. Antelis, S. Antier, M. Aoumi, E. Z. Appavuravther, S. Appert, S. K. Apple, K. Arai, A. Araya, M. C. Araya, M. Arca Sedda, F. Arciprete, J. S. Areeda, N. Aritomi, F. Armato, S. Armstrong, N. Arnaud, M. Arogeti, S. M. Aronson, G. Ashton, Y. Aso, L. Asprea, M. Assiduo, S. Assis de Souza Melo, S. M. Aston, P. Astone, F. Attadio, F. Aubin, K. AultONeal, G. Avallone, E. A. Avila, S. Babak, C. Badger, S. Bae, S. Bagnasco, L. Baiotti, R. Bajpai, T. Baka, K. A. Baker, T. Baker, G. Balbi, G. Baldi, N. Baldicchi, M. Ball, G. Ballardin, S. W. Ballmer, S. Banagiri, B. Banerjee, D. Bankar, T. M. Baptiste, P. Baral, M. Baratti, J. C. Barayoga, K. Baric, B. C. Barish, D. Barker, N. Barman, P. Barneo, F. Barone, B. Barr, M. Barrios, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, M. A. Barton, I. Bartos, A. Basalaev, R. Bassiri, A. Basti, M. Bawaj, P. Baxi, J. C. Bayley, A. C. Baylor, P. A. Baynard II, M. Bazzan, V. M. Bedakihale, F. Beirnaert, M. Bejger, D. Belardinelli, A. S. Bell, C. Bellani, L. Bellizzi, D. Beltran-Martinez, W. Benoit, I. Bentara, M. Ben Yaala, S. Bera, F. Bergamin, B. K. Berger, S. Bernuzzi, M. Beroiz, C. P. L. Berry, I. Berry, D. Bersanetti, T. Bertheas, A. Bertolini, J. Betzwieser, D. Beveridge, G. Bevilacqua, N. Bevins, R. Bhandare, R. Bhatt, A. Bhattacharjee, D. Bhattacharjee, S. Bhattacharyya, S. Bhaumik, V. Biancalana, A. Bianchi, F. Bianchi, I. A. Bilenko, G. Billingsley, A. Binetti, S. Bini, C. Binu, S. Biot, O. Birnholtz, S. Biscoveanu, A. Bisht, M. Bitossi, M. -A. Bizouard, S. Blaber, J. K. Blackburn, L. A. Blagg, C. D. Blair, D. G. Blair, N. Bode, N. Boettner, P. Bogdan, G. Boileau, M. Boldrini, G. N. Bolingbroke, A. Bolliand, L. D. Bonavena, R. Bondarescu, F. Bondu, V. A. Bonhomme, E. Bonilla, M. S. Bonilla, A. Bonino, R. Bonnand, A. Borchers, N. Borghi, V. Boschi, S. Bose, V. Bossilkov, Y. Bothra, A. Boudon, M. Boyle, A. Bozzi, C. Bradaschia, M. J. Brady, P. R. Brady, A. Branch, M. Branchesi, T. Briant, A. Brillet, M. Brinkmann, P. Brockill, E. Brockmueller, A. F. Brooks, B. C. Brown, D. D. Brown, M. L. Brozzetti, S. Brunett, G. Bruno, R. Bruntz, J. Bryant, Y. Bu, F. Bucci, J. Buchanan, O. Bulashenko, T. Bulik, H. J. Bulten, A. Buonanno, K. Burtnyk, R. Buscicchio, D. Buskulic, C. Buy, R. L. Byer, R. Cabrita, V. Cáceres-Barbosa, L. Cadonati, G. Cagnoli, C. Cahillane, A. Calafat, T. A. Callister, E. Calloni, S. R. Callos, G. Caneva Santoro, K. C. Cannon, H. Cao, L. A. Capistran, E. Capocasa, G. Capoccia, E. Capote, G. Capurri, G. Carapella, F. Carbognani, K. J. Cardona-Martínez, M. Carlassara, J. B. Carlin, T. K. Carlson, M. F. Carney, M. Carpinelli, G. Carrillo, J. J. Carter, G. Carullo, A. Casallas-Lagos, J. Casanueva Diaz, C. Casentini, S. Caudill, M. Cavaglià, R. Cavalieri, G. Cella, S. Cepic, P. Cerdá-Durán, E. Cesarini, N. Chabbra, W. Chaibi, A. Chakraborty, P. Chakraborty, S. Chakraborty, S. Chalathadka Subrahmanya, R. Chalmers, C. Chan, J. C. L. Chan, M. Chan, K. Chang, P. Charlton, E. Chassande-Mottin, C. Chatterjee, Debarati Chatterjee, Deep Chatterjee, M. Chaturvedi, S. Chaty, A. Chen, A. H. -Y. Chen, D. Chen, H. Chen, H. Y. Chen, S. Chen, Y. Chen, G. Cheng, H. P. Cheng, P. Chessa, T. Cheunchitra, H. T. Cheung, S. Y. Cheung, F. Chiadini, G. Chiarini, A. Chiba, A. Chincarini, D. Chintala, M. L. Chiofalo, A. Chiummo, C. Chou, S. Choudhary, N. Christensen, S. S. Y. Chua, G. Ciani, P. Ciecielag, M. Cieślar, M. Cifaldi, B. Cirok, F. Clara, J. A. Clark, T. A. Clarke, P. Clearwater, S. Clesse, F. Cleva, S. M. Clyne, E. Coccia, E. Codazzo, P. -F. Cohadon, D. E. Cohen, S. Colace, E. Colangeli, O. Cole, M. Colleoni, C. G. Collette, J. Collins, S. Colloms, A. Colombo, C. M. Compton, G. Connolly, L. Conti, T. R. Corbitt, I. Cordero-Carrión, S. Corezzi, N. J. Cornish, I. Coronado, A. Corsi, L. A. Corubolo, L. Cotnoir, R. Cottingham, M. W. Coughlin, P. Couvares, D. M. Coward, D. C. Coyne, R. Coyne, A. Cozzumbo, J. D. E. Creighton, T. D. Creighton, S. Crook, R. Crouch, J. Csizmazia, J. R. Cudell, T. J. Cullen, A. Cumming, E. Cuoco, M. Cusinato, L. V. Da Conceição, T. Dal Canton, S. Dall'Osso, S. Dal Pra, G. Dálya, O. Dan, Y. Dang, B. D'Angelo, S. Danilishin, S. D'Antonio, K. Danzmann, K. E. Darroch, L. P. Dartez, R. Das, A. Dasgupta, V. Dattilo, A. Daumas, I. Dave, A. Davenport, M. Davier, T. F. Davies, D. Davis, L. Davis, M. C. Davis, P. Davis, E. J. Daw, M. Dax, J. De Bolle, M. Deenadayalan, J. Degallaix, M. De Laurentis, C. J. Delgado Mendez, F. De Lillo, S. Della Torre, W. Del Pozzo, O. M. del Rio, A. Demagny, F. De Marco, G. Demasi, F. De Matteis, N. Demos, T. Dent, A. Depasse, N. DePergola, R. De Pietri, R. De Rosa, C. De Rossi, M. Desai, V. Deshmukh, R. De Simone, S. Determan, A. Dhani, R. Dhurkunde, R. Diab, C. Diaz, M. C. Díaz, M. Di Cesare, G. Dideron, T. Dietrich, L. Di Fiore, C. Di Fronzo, M. Di Giovanni, T. Di Girolamo, D. Diksha, J. Ding, S. Di Pace, I. Di Palma, D. Di Piero, F. Di Renzo, Divyajyoti, A. Dmitriev, J. P. Docherty, Z. Doctor, N. Doerksen, E. Dohmen, A. Doke, A. Domiciano De Souza, L. D'Onofrio, F. Donovan, K. L. Dooley, T. Dooney, S. Doravari, O. Dorosh, F. Dosopoulou, W. J. D. Doyle, M. Drago, J. C. Driggers, M. Dubois, R. R. Dumbreck, L. Dunn, U. Dupletsa, D. D'Urso, P. Dutta Roy, H. Duval, P. -A. Duverne, S. E. Dwyer, C. Eassa, M. Eberhardt, M. Ebersold, T. Eckhardt, G. Eddolls, A. Effler, J. Eichholz, H. Einsle, M. Eisenmann, R. A. Eisenstein, M. Emma, K. Endo, R. Enficiaud, L. Errico, R. Espinosa, M. Esposito, R. C. Essick, H. Estellés, T. Etzel, M. Evans, T. Evstafyeva, B. E. Ewing, J. M. Ezquiaga, F. Fabrizi, V. Fafone, S. Fairhurst, X. Fan, A. M. Farah, B. Farr, W. M. Farr, M. Favata, M. Fays, M. Fazio, J. Feicht, M. M. Fejer, J. Feldhusen, E. Fenyvesi, J. Fernandes, T. Fernandes, D. Fernando, S. Ferraiuolo, T. A. Ferreira, M. Ferrer, F. Fidecaro, P. Figura, A. Fiori, I. Fiori, M. Fishbach, R. P. Fisher, R. Fittipaldi, V. Fiumara, R. Flaminio, S. M. Fleischer, L. S. Fleming, E. Floden, H. Fong, J. A. Font, F. Fontinele-Nunes, C. Foo, B. Fornal, P. W. F. Forsyth, K. Franceschetti, A. Franco-Ordovas, F. Frappez, S. Frasca, F. Frasconi, J. P. Freed, Z. Frei, A. Freise, O. Freitas, R. Frey, W. Frischhertz, P. Fritschel, V. V. Frolov, M. Fuentes-Garcia, S. Fujii, T. Fujimori, P. Fulda, M. Fyffe, B. Gadre, J. R. Gair, S. Galaudage, V. Galdi, R. Gamba, A. Gamboa, S. Gamoji, A. Ganguly, B. Garaventa, P. García Abia, J. García-Bellido, C. García-Quirós, J. W. Gardner, S. Garg, J. Gargiulo, X. Garrido, A. Garron, F. Garufi, P. A. Garver, C. Gasbarra, B. Gateley, F. Gautier, V. Gayathri, T. Gayer, G. Gemme, A. Gennai, V. Gennari, J. George, R. George, O. Gerberding, L. Gergely, Archisman Ghosh, Sayantan Ghosh, Shaon Ghosh, Shrobana Ghosh, Suprovo Ghosh, Tathagata Ghosh, J. A. Giaime, K. D. Giardina, D. R. Gibson, C. Gier, S. Gkaitatzis, J. Glanzer, F. Glotin, J. Godfrey, R. V. Godley, P. Godwin, A. S. Goettel, E. Goetz, J. Golomb, S. Gomez Lopez, G. González, P. Goodarzi, S. Goode, A. Goodwin-Jones, M. Gosselin, C. Gostiaux, R. Gouaty, D. W. Gould, K. Govorkova, A. Grado, A. E. Granados, M. Granata, V. Granata, S. Gras, P. Grassia, C. Gray, R. Gray, G. Greco, A. C. Green, L. Green, S. M. Green, S. R. Green, A. M. Gretarsson, E. M. Gretarsson, H. K. Griffin, D. Griffith, H. L. Griggs, G. Grignani, C. Grimaud, H. Grote, S. Grunewald, D. Guerra, A. G. Guerrero, D. Guetta, G. M. Guidi, T. Guidry, H. K. Gulati, F. Gulminelli, A. M. Gunny, H. Guo, W. Guo, Y. Guo, Anuradha Gupta, I. Gupta, N. C. Gupta, S. K. Gupta, V. Gupta, N. Gupte, J. Gurs, N. Gutierrez, N. Guttman, F. Guzman, D. Haba, M. Haberland, S. Haino, E. D. Hall, E. Z. Hamilton, G. Hammond, M. Haney, J. Hanks, C. Hanna, M. D. Hannam, O. A. Hannuksela, H. Hansen, J. Hanson, R. Harada, A. R. Hardison, S. Harikumar, K. Haris, I. Harley-Trochimczyk, T. Harmark, J. Harms, G. M. Harry, I. W. Harry, J. Hart, M. T. Hartman, B. Haskell, C. J. Haster, K. Haughian, H. Hayakawa, K. Hayama, A. Heffernan, D. Hegde, M. C. Heintze, J. Heinze, J. Heinzel, H. Heitmann, F. Hellman, A. F. Helmling-Cornell, G. Hemming, O. Henderson-Sapir, M. Hendry, I. S. Heng, M. H. Hennig, C. Henshaw, M. Heurs, A. L. Hewitt, J. Heynen, J. Heyns, S. Higginbotham, S. Hild, S. Hill, Y. Himemoto, N. Hirata, C. Hirose, D. Hofman, B. E. Hogan, N. A. Holland, K. Holley-Bockelmann, I. J. Hollows, D. E. Holz, L. Honet, K. M. Hoops, D. J. Horton-Bailey, J. Hough, S. Hourihane, N. T. Howard, E. J. Howell, C. G. Hoy, C. A. Hrishikesh, P. Hsi, H. -F. Hsieh, H. -Y. Hsieh, C. Hsiung, S. -H. Hsu, W. -F. Hsu, Q. Hu, H. Y. Huang, Y. Huang, Y. T. Huang, A. D. Huddart, B. Hughey, V. Hui, S. Husa, L. Iampieri, G. A. Iandolo, M. Ianni, G. Iannone, J. Iascau, K. Ide, R. Iden, A. Ierardi, S. Ikeda, H. Imafuku, Y. Inoue, G. Iorio, P. Iosif, J. Irwin, R. Ishikawa, T. Ishikawa, M. Isi, K. S. Isleif, Y. Itoh, S. Iwaguchi, M. Iwaya, B. R. Iyer, C. D. Jackson, C. Jacquet, P. -E. Jacquet, T. Jacquot, S. J. Jadhav, S. P. Jadhav, M. Jain, T. Jain, A. L. James, K. Jani, J. Janquart, N. N. Janthalur, S. Jaraba, P. Jaranowski, R. Jaume, W. Javed, M. Jensen, W. Jia, J. Jiang, H. -B. Jin, G. R. Johns, N. A. Johnson, R. Johnston, N. Johny, D. H. Jones, D. I. Jones, R. Jones, H. E. Jose, P. Joshi, S. K. Joshi, G. Joubert, J. Ju, L. Ju, I. L. Juarez-Reyes, K. Jung, J. Junker, V. Juste, H. B. Kabagoz, T. Kajita, I. Kaku, V. Kalogera, M. Kalomenopoulos, M. Kamiizumi, N. Kanda, S. Kandhasamy, G. Kang, J. B. Kanner, S. A. KantiMahanty, S. J. Kapadia, D. P. Kapasi, M. Karthikeyan, M. Kasprzack, H. Kato, T. Kato, E. Katsavounidis, W. Katzman, R. Kaushik, K. Kawabe, R. Kawamoto, D. Keitel, S. A. Kemper, L. J. Kemperman, J. Kennington, F. A. Kerkow, R. Kesharwani, J. S. Key, R. Khadela, S. Khadka, S. S. Khadkikar, F. Y. Khalili, F. Khan, T. Khanam, M. Khursheed, N. M. Khusid, W. Kiendrebeogo, N. Kijbunchoo, C. Kim, J. C. Kim, K. Kim, M. H. Kim, S. Kim, Y. -M. Kim, C. Kimball, K. Kimes, M. Kinnear, J. S. Kissel, S. Klimenko, A. M. Knee, E. J. Knox, N. Knust, K. Kobayashi, S. M. Koehlenbeck, G. Koekoek, K. Kohri, K. Kokeyama, S. Koley, P. Kolitsidou, A. E. Koloniari, K. Komori, K. Kompanets, A. K. H. Kong, A. Kontos, K. Kopczuk, L. M. Koponen, M. Korobko, X. Kou, A. Koushik, N. Kouvatsos, M. Kovalam, T. Koyama, D. B. Kozak, E. Kraja, S. L. Kranzhoff, V. Kringel, N. V. Krishnendu, S. Kroker, A. Królak, K. Kruska, J. Kubisz, G. Kuehn, A. Kulur Ramamohan, Achal Kumar, Anil Kumar, Praveen Kumar, Prayush Kumar, Rahul Kumar, Rakesh Kumar, Sumit Kumar, J. Kume, K. Kuns, N. Kuntimaddi, S. Kuroyanagi, S. Kuwahara, K. Kwak, K. Kwan, S. Kwon, G. Lacaille, D. Laghi, A. H. Laity, A. Lakhal, E. Lalande, M. Lalleman, S. Lalvani, M. Landry, R. N. Lang, J. Lange, R. Langgin, B. Lantz, I. La Rosa, A. Lartaux-Vollard, P. D. Lasky, L. Lavezzi, J. Lawrence, M. Laxen, C. Lazarte, A. Lazzarini, C. Lazzaro, P. Leaci, L. Leali, Y. K. Lecoeuche, H. W. Lee, J. Lee, K. Lee, R. -K. Lee, R. Lee, Sungho Lee, Sunjae Lee, Y. Lee, I. N. Legred, J. Lehmann, L. Lehner, M. Le Jean, A. Lemaître, M. Lenti, M. Leonardi, M. Lequime, N. Leroy, M. Lesovsky, N. Letendre, M. Lethuillier, S. E. Levin, Y. Levin, S. Lexmond, K. Leyde, K. L. Li, T. G. F. Li, X. Li, Y. Li, Z. Li, Q. Liang, A. Lihos, E. T. Lin, F. Lin, L. C. -C. Lin, Y. -C. Lin, C. Lindsay, S. D. Linker, A. Liu, G. C. Liu, Jian Liu, S. Liu, F. Llamas Villarreal, J. Llobera-Querol, R. K. L. Lo, J. -P. Locquet, S. C. G. Loggins, M. R. Loizou, L. T. London, A. Longo, D. Lopez, M. Lopez Portilla, M. Lorenzini, A. Lorenzo-Medina, V. Loriette, M. Lormand, G. Losurdo, E. Lotti, T. P. Lott IV, J. D. Lough, H. A. Loughlin, C. O. Lousto, N. Low, N. Lu, L. Lucchesi, H. Lück, O. Lukina, D. Lumaca, A. P. Lundgren, L. Lunghini, A. W. Lussier, X. Ma, D. M. Macleod, I. A. O. MacMillan, A. Macquet, S. S. Madekar, K. Maeda, S. Maenaut, S. S. Magare, R. M. Magee, E. Maggio, R. Maggiore, M. Magnozzi, P. Mahapatra, M. Mahesh, S. Majhi, E. Majorana, C. N. Makarem, E. Makelele, D. Malakar, J. A. Malaquias-Reis, U. Mali, S. Maliakal, A. Malik, L. Mallick, A. -K. Malz, N. Man, M. Mancarella, V. Mandic, V. Mangano, B. Mannix, G. L. Mansell, M. Manske, M. Mantovani, M. Mapelli, S. Marchetti, C. Marinelli, F. Marion, A. S. Markosyan, A. Markowitz, E. Maros, S. Marsat, F. Martelli, I. W. Martin, R. M. Martin, B. B. Martinez, D. A. Martinez, M. Martinez, V. Martinez, A. Martini, J. C. Martins, D. V. Martynov, E. J. Marx, A. Mascioli, L. Massaro, A. Masserot, M. Masso-Reid, T. Masters, S. Mastrogiovanni, G. Mastropasqua, T. Matcovich, M. Matiushechkina, A. Matte-Landry, L. Maurin, N. Mavalvala, N. Maxwell, G. McCarrol, R. McCarthy, D. E. McClelland, S. McCormick, L. McCuller, L. I. McDermott, S. McEachin, C. McElhenny, G. I. McGhee, K. B. M. McGowan, J. McIver, A. McLeod, T. McRae, R. McTeague, D. Meacher, B. N. Meagher, R. Mechum, Q. Meijer, A. Melatos, C. S. Menoni, F. Mera, R. A. Mercer, L. Mereni, K. Merfeld, E. L. Merilh, G. Merino, J. R. Mérou, J. D. Merritt, M. Merzougui, C. Messick, B. Mestichelli, M. Meyer-Conde, F. Meylahn, A. Mhaske, A. Miani, H. Miao, I. Michaloliakos, C. Michel, Y. Michimura, H. Middleton, D. P. Mihaylov, S. J. Miller, M. Millhouse, E. Milotti, V. Milotti, Y. Minenkov, E. M. Minihan, Ll. M. Mir, L. Mirasola, C. -A. Miritescu, A. Mishra, C. Mishra, T. Mishra, A. L. Mitchell, J. G. Mitchell, O. Mitchem, S. Mitra, V. P. Mitrofanov, K. Mitsuhashi, R. Mittleman, O. Miyakawa, S. Miyoki, G. Mo, L. Mobilia, S. R. P. Mohapatra, S. R. Mohite, M. Molina-Ruiz, M. Mondin, M. Montani, C. J. Moore, D. Moraru, A. More, S. More, C. Moreno, E. A. Moreno, G. Moreno, A. Moreso Serra, C. Morgan, S. Morisaki, Y. Moriwaki, G. Morras, A. Moscatello, M. Mould, B. Mours, C. M. Mow-Lowry, L. Muccillo, F. Muciaccia, Arunava Mukherjee, D. Mukherjee, Samanwaya Mukherjee, Soma Mukherjee, Subroto Mukherjee, Suvodip Mukherjee, N. Mukund, A. Mullavey, C. L. Mungioli, M. Murakoshi, P. G. Murray, D. Nabari, S. L. Nadji, S. Nadji, A. Nagar, N. Nagarajan, K. Nakagaki, K. Nakamura, H. Nakano, M. Nakano, D. Nanadoumgar-Lacroze, D. Nandi, V. Napolano, S. U. Naqvi, P. Narayan, I. Nardecchia, T. Narikawa, H. Narola, L. Naticchioni, R. K. Nayak, J. Neeson, L. Negri, A. Nela, C. Nelle, A. Nelson, T. J. N. Nelson, A. Nemmani, M. Nery, A. Neunzert, M. Newell, S. Ng, L. Nguyen Quynh, A. B. Nielsen, Y. Nishino, A. Nishizawa, S. Nissanke, W. Niu, F. Nocera, J. Noller, M. Norman, C. North, J. Novak, R. Nowicki, J. F. Nuño Siles, G. Nurbek, L. K. Nuttall, K. Obayashi, J. Oberling, C. E. Ochoa, J. O'Dell, M. Oertel, G. Oganesyan, T. O'Hanlon, M. Ohashi, F. Ohme, I. Oke, R. Omer, B. O'Neal, M. Onishi, K. Oohara, B. O'Reilly, M. Orselli, R. O'Shaughnessy, S. Oshino, C. Osthelder, I. Ota, G. Othman, D. J. Ottaway, A. Ouzriat, H. Overmier, B. J. Owen, R. Ozaki, A. E. Pace, R. Pagano, M. A. Page, A. Pai, L. Paiella, A. Pal, S. Pal, M. A. Palaia, M. Pálfi, P. P. Palma, C. Palomba, P. Palud, H. Pan, J. Pan, K. -C. Pan, P. K. Panda, Shiksha Pandey, Swadha Pandey, P. T. H. Pang, F. Pannarale, K. A. Pannone, B. C. Pant, F. H. Panther, M. Panzeri, F. Paoletti, A. Paolone, A. Papadopoulos, E. E. Papalexakis, L. Papalini, G. Papigkiotis, A. Paquis, A. Parisi, B. -J. Park, J. Park, W. Parker, G. Pascale, D. Pascucci, A. Pasqualetti, R. Passaquieti, L. Passenger, D. Passuello, O. Patane, A. V. Patel, D. Pathak, A. Patra, B. Patricelli, B. G. Patterson, K. Paul, S. Paul, E. Payne, T. Pearce, M. Pedraza, A. Pele, F. E. Peña Arellano, X. Peng, Y. Peng, S. Penn, M. D. Penuliar, A. Perego, Z. Pereira, C. Périgois, G. Perna, A. Perreca, J. Perret, S. Perriès, J. W. Perry, S. Peters, S. Petracca, C. Petrillo, H. P. Pfeiffer, H. Pham, K. A. Pham, K. S. Phukon, H. Phurailatpam, M. Piarulli, L. Piccari, O. J. Piccinni, M. Pichot, A. Pied, M. Piendibene, F. Piergiovanni, L. Pierini, G. Pierra, V. Pierro, M. Pietrzak, M. Pillas, L. Pinard, I. M. Pinto, M. Pinto, B. J. Piotrzkowski, M. Pirello, M. D. Pitkin, A. Placidi, E. Placidi, M. L. Planas, W. Plastino, C. Plunkett, R. Poggiani, E. Polini, J. Pomper, L. Pompili, J. Poon, E. Porcelli, A. S. Porter, E. K. Porter, C. Posnansky, R. Poulton, J. Powell, G. S. Prabhu, M. Pracchia, B. K. Pradhan, T. Pradier, A. K. Prajapati, K. Prasai, R. Prasanna, P. Prasia, G. Pratten, A. Praveen, G. Principe, G. A. Prodi, P. Prosperi, P. Prosposito, A. Puecher, J. Pullin, P. Puppo, M. Pürrer, H. Qi, M. Qiao, J. Qin, G. Quéméner, V. Quetschke, P. J. Quinonez, R. Rading, I. Rainho, S. Raja, C. Rajan, B. Rajbhandari, K. E. Ramirez, F. A. Ramis Vidal, M. Ramos Arevalo, A. Ramos-Buades, S. Ranjan, M. Ranjbar, K. Ransom, P. Rapagnani, B. Ratto, A. Ravichandran, A. Ray, V. Raymond, M. Razzano, J. Read, J. Regan, T. Regimbau, T. Reichardt, S. Reid, C. Reissel, D. H. Reitze, A. I. Renzini, B. Revenu, A. Revilla Peña, L. Ricca, F. Ricci, M. Ricci, A. Ricciardone, J. Rice, J. W. Richardson, M. L. Richardson, A. Rijal, K. Riles, H. K. Riley, S. Rinaldi, J. Rittmeyer, C. Robertson, F. Robinet, M. Robinson, A. Rocchi, L. Rolland, J. G. Rollins, A. E. Romano, R. Romano, A. Romero-Rodríguez, I. M. Romero-Shaw, J. H. Romie, S. Ronchini, T. J. Roocke, L. Rosa, T. J. Rosauer, C. A. Rose, D. Rosińska, M. P. Ross, M. Rossello-Sastre, S. Rowan, K. Rowlands, S. K. Roy, S. Roy, D. Rozza, P. Ruggi, N. Ruhama, G. H. Ruiz, E. Ruiz Morales, K. Ruiz-Rocha, V. Russ, S. Sachdev, T. Sadecki, P. Saffarieh, S. Safi-Harb, M. R. Sah, S. Saha, T. Sainrat, S. Sajith Menon, K. Sakai, Y. Sakai, M. Sakellariadou, S. Sakon, O. S. Salafia, F. Salces-Carcoba, L. Salconi, M. Saleem, F. Salemi, M. Sallé, S. U. Salunkhe, S. Salvador, A. Salvarese, A. Samajdar, A. Sanchez, E. J. Sanchez, N. Sanchis-Gual, J. R. Sanders, E. M. Sänger, F. Santoliquido, F. Sarandrea, T. R. Saravanan, N. Sarin, P. Sarkar, A. Sasli, P. Sassi, B. Sassolas, B. S. Sathyaprakash, R. Sato, S. Sato, Yukino Sato, Yu Sato, O. Sauter, R. L. Savage, T. Sawada, H. L. Sawant, S. Sayah, V. Scacco, D. Schaetzl, M. Scheel, A. Schiebelbein, M. G. Schiworski, P. Schmidt, S. Schmidt, R. Schnabel, M. Schneewind, R. M. S. Schofield, K. Schouteden, B. W. Schulte, M. Schulz, B. F. Schutz, E. Schwartz, M. Scialpi, J. Scott, S. M. Scott, R. M. Sedas, T. C. Seetharamu, M. Seglar-Arroyo, Y. Sekiguchi, D. Sellers, N. Sembo, A. S. Sengupta, E. G. Seo, J. W. Seo, V. Sequino, M. Serra, A. Sevrin, T. Shaffer, U. S. Shah, M. A. Shaikh, L. Shao, J. Sharkey, A. K. Sharma, Preeti Sharma, Priyanka Sharma, Ritwik Sharma, Sushant Sharma-Chaudhary, P. Shawhan, N. S. Shcheblanov, E. Sheridan, Z. -H. Shi, R. Shimomura, H. Shinkai, S. Shirke, D. H. Shoemaker, D. M. Shoemaker, R. W. Short, S. ShyamSundar, A. Sider, H. Siegel, V. Sierra, D. Sigg, L. Silenzi, L. Silvestri, M. Simmonds, L. P. Singer, Amitesh Singh, Anika Singh, D. Singh, M. K. Singh, N. Singh, S. Singh, A. M. Sintes, V. Sipala, V. Skliris, B. J. J. Slagmolen, T. J. Slaven-Blair, J. Smetana, D. A. Smith, J. R. Smith, L. Smith, R. J. E. Smith, W. J. Smith, S. Soares de Albuquerque Filho, K. Somiya, I. Song, S. Soni, V. Sordini, F. Sorrentino, H. Sotani, F. Spada, V. Spagnuolo, A. P. Spencer, P. Spinicelli, A. K. Srivastava, F. Stachurski, C. J. Stark, D. A. Steer, N. Steinle, J. Steinlechner, S. Steinlechner, N. Stergioulas, P. Stevens, M. StPierre, M. D. Strong, A. Strunk, A. L. Stuver, M. Suchenek, S. Sudhagar, Y. Sudo, N. Sueltmann, L. Suleiman, K. D. Sullivan, J. Sun, L. Sun, S. Sunil, J. Suresh, B. J. Sutton, P. J. Sutton, K. Suzuki, M. Suzuki, A. Svizzeretto, B. L. Swinkels, A. Syx, M. J. Szczepańczyk, P. Szewczyk, M. Tacca, M. Tagliazucchi, H. Tagoshi, K. Takada, H. Takahashi, R. Takahashi, A. Takamori, S. Takano, H. Takeda, K. Takeshita, I. Takimoto Schmiegelow, M. Takou-Ayaoh, C. Talbot, M. Tamaki, N. Tamanini, D. Tanabe, K. Tanaka, S. J. Tanaka, S. Tanioka, D. B. Tanner, W. Tanner, L. Tao, R. D. Tapia, E. N. Tapia San Martín, C. Taranto, A. Taruya, J. D. Tasson, J. G. Tau, A. Tejera, R. Tenorio, H. Themann, A. Theodoropoulos, M. P. Thirugnanasambandam, L. M. Thomas, M. Thomas, P. Thomas, J. E. Thompson, S. R. Thondapu, K. A. Thorne, E. Thrane, J. Tissino, A. Tiwari, Pawan Tiwari, Praveer Tiwari, S. Tiwari, V. Tiwari, M. R. Todd, E. Tofani, M. Toffano, A. M. Toivonen, K. Toland, A. E. Tolley, T. Tomaru, V. Tommasini, T. Tomura, H. Tong, C. Tong-Yu, A. Torres-Forné, C. I. Torrie, I. Tosta e Melo, E. Tournefier, M. Trad Nery, A. Trapananti, R. Travaglini, F. Travasso, G. Traylor, M. Trevor, M. C. Tringali, A. Tripathee, G. Troian, A. Trovato, L. Trozzo, R. J. Trudeau, T. Tsang, S. Tsuchida, K. Tsuji, L. Tsukada, K. Turbang, M. Turconi, C. Turski, H. Ubach, A. S. Ubhi, N. Uchikata, T. Uchiyama, R. P. Udall, T. Uehara, K. Ueno, V. Undheim, L. E. Uronen, T. Ushiba, M. Vacatello, H. Vahlbruch, G. Vajente, J. Valencia, M. Valentini, E. Vallejo-Pagès, S. A. Vallejo-Peña, S. Vallero, M. van Dael, E. Van den Bossche, J. F. J. van den Brand, C. Van Den Broeck, M. van der Kolk, M. van der Sluys, A. Van de Walle, J. van Dongen, K. Vandra, M. VanDyke, H. van Haevermaet, J. V. van Heijningen, P. Van Hove, J. Vanier, J. Vanosky, N. van Remortel, M. Vardaro, A. F. Vargas, V. Varma, A. Vecchio, G. Vedovato, J. Veitch, P. J. Veitch, S. Venikoudis, J. Venneberg, R. C. Venterea, P. Verdier, M. Vereecken, D. Verkindt, B. Verma, Y. Verma, S. M. Vermeulen, F. Vetrano, A. Veutro, A. Viceré, S. Vidyant, A. D. Viets, A. Vijaykumar, A. Vilkha, N. Villanueva Espinosa, V. Villa-Ortega, E. T. Vincent, J. -Y. Vinet, S. Viret, S. Vitale, A. Vives, L. Vizmeg, H. Vocca, D. Voigt, E. R. G. von Reis, J. S. A. von Wrangel, W. E. Vossius, L. Vujeva, S. P. Vyatchanin, J. Wack, L. E. Wade, M. Wade, K. J. Wagner, L. Wallace, E. J. Wang, H. Wang, W. H. Wang, Y. F. Wang, Z. Wang, G. Waratkar, J. Warner, M. Was, T. Washimi, N. Y. Washington, D. Watarai, B. Weaver, S. A. Webster, N. L. Weickhardt, M. Weinert, A. J. Weinstein, R. Weiss, L. Wen, K. Wette, C. Wheeler, J. T. Whelan, B. F. Whiting, E. G. Wickens, D. Wilken, B. M. Williams, D. Williams, M. J. Williams, N. S. Williams, J. L. Willis, B. Willke, M. Wils, L. Wilson, C. W. Winborn, J. Winterflood, C. C. Wipf, G. Woan, J. Woehler, N. E. Wolfe, H. T. Wong, I. C. F. Wong, K. Wong, T. Wouters, J. L. Wright, M. Wright, B. Wu, C. Wu, D. S. Wu, H. Wu, K. Wu, Q. Wu, Z. Wu, E. Wuchner, D. M. Wysocki, V. A. Xu, Y. Xu, N. Yadav, H. Yamamoto, K. Yamamoto, T. S. Yamamoto, T. Yamamoto, R. Yamazaki, T. Yan, H. Yang, K. Z. Yang, Y. Yang, Z. Yarbrough, J. Yebana, S. -W. Yeh, A. B. Yelikar, X. Yin, J. Yokoyama, T. Yokozawa, S. Yuan, H. Yuzurihara, M. Zanolin, M. Zeeshan, T. Zelenova, J. -P. Zendri, M. Zeoli, M. Zerrad, M. Zevin, H. Zhang, L. Zhang, N. Zhang, R. Zhang, T. Zhang, C. Zhao, Yue Zhao, Yuhang Zhao, Z. -C. Zhao, Y. Zheng, H. Zhong, H. Zhou, H. O. Zhu, Z. -H. Zhu, Z. Zhu, A. B. Zimmerman, L. Zimmermann, M. E. Zucker, J. Black, S. Shandera, D. Jeong
原論文は CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 ✨ これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
宇宙を巨大で暗い海だと想像してみてください。長年にわたり、科学者たちは「LIGO」「Virgo」「KAGRA」と呼ばれる巨大な「耳」を用いて、ブラックホールや中性子星のような重い天体が互いに衝突する際に生じる「波紋」を聞き取ろうとしてきました。通常、これらの天体は太陽と同等か、それ以上の質量を持っています。
しかし、もしこの海の中に、目に見えない小さな「小石」が存在したらどうでしょうか?具体的には、太陽よりも軽い質量を持つブラックホールや中性子星が存在する可能性はありますか?これらは「太陽質量未満」の天体と呼ばれます。これらを見つけることは極めて重要であり、なぜなら、現在の恒星の死に関する理解によれば、自然はこれほど小さなブラックホールを生成できないはずだからです。もしこれらが発見されれば、それらは死んだ恒星から生まれたのではなく、宇宙の始まりから存在していたか、あるいは何らかの奇妙で目に見えない「暗黒物質」に由来するものとなるでしょう。
この論文は、これらの重力波検出器による第 4 回「聴取シーズン(O4a)」の第一段階からの報告書です。以下に、科学者たちが何を見つけたかを分かりやすく説明します。
1. 小さなブラックホールへの大捜索
チームは、2023 年 5 月から 2024 年 1 月の間に収集されたデータを精査するために、3 つの異なるコンピュータプログラム(これらを 3 人の異なる探偵:GstLAL、MBTA、PyCBC と考えてください)を使用しました。彼らは、2 つの小さな太陽質量未満の天体が合体した際に発生する特有の「チャープ音」を探していました。
結果: 何も見つかりませんでした。
小さなブラックホールも、小さな中性子星もありませんでした。
彼らが聞いた唯一の「大きな音」は既知の事象(GW230529_181500)でしたが、その質量を測定したところ、太陽よりも重い天体で構成されていることが判明したため、これは「小さな」発見とはみなされませんでした。
2. 検索の精度はどの程度だったか?(「網」の比喩)
何も発見しなかったにもかかわらず、この論文は非常に重要です。なぜなら、彼らの「網」がどれほど優れていたかを示しているからです。
あなたが湖で釣りをしていて、魚を全く釣れなかったとします。その場合、「魚はいない」と言うだけでは不十分です。「私の網は十分に大きかったか?私は正しい場所で釣りをしたか?」と問う必要があります。
- 網: 科学者たちは、彼らの検索で宇宙のどの程度の範囲を「掃引」したかを正確に計算しました。彼らはこれを「感度のある時空超体積」と呼んでいます。
- 獲物: 彼らは、もし小さなブラックホールが一般的に存在していたなら、彼らの網はそれを捕まえるのに十分だったと結論付けました。何も捕まえられなかったため、彼らは 90% の信頼度で以下のように言えます。「もしこれらの小さなブラックホールが存在するならば、それらは非常に稀である」。
3. これが「暗黒物質」にとって何を意味するか
彼らはこれらの天体を見つけられなかったため、この「空っぽの網」を用いて、銀河を結びつけている見えない物質である「暗黒物質」に関する 2 つの有力な理論を検証しました。
理論 A:原始ブラックホール(PBH)
- アイデア: 一部の科学者は、暗黒物質はビッグバン直後に形成された小さなブラックホールで構成されていると考えています。
- 判決: 検索結果は、もしこれらの小さなブラックホールが存在するとしても、それらが暗黒物質の 100% を構成することはあり得ないと示しています。実際、太陽程度の大きさのブラックホールの場合、暗黒物質を構成できる割合は最大でも 7% です。わずかに小さいものについては、その制限はさらに厳しくなります。これは、「暗黒物質はこれらの小石でできているかもしれないが、すべてが小石というわけではない。他にも何か存在しなければならない」と言うようなものです。
理論 B:散逸性暗黒物質(ダークブラックホール)
- アイデア: もう一つの理論は、暗黒物質が冷却して凝縮し、ガス雲が星を形成するのと同様に「ダークブラックホール」を形成すると提案しています。
- 判決: この検索は、この理論に対して非常に厳しい制限を課しました。もしこれらのダークブラックホールが存在するとしても、それらが総暗黒物質を構成できる割合は約 0.001%(10 万分の 1)に過ぎません。これは非常に小さな数値であり、この理論の多くのバージョンを実質的に否定するものです。
4. 新しい種類の聴取
初めて、この論文は彼らの検索が「低質量中性子星」(通常よりも軽い、超高密度物質でできた星)を聞き取れるかどうかを検証しました。
- 課題: 小さな中性子星は奇妙です。それらは非常に柔らかく、衝突する前に互いに引き伸ばされ、押しつぶされるため、発生する音も変化します。標準的な「聴取テンプレート」は通常、これを無視しています。
- 結果: チームは、もしこれらの柔らかく小さな星が存在するならば、彼らの検索はそれを聞き取れるほど感度が高いことを示しました。今回は見つけられませんでしたが、これは将来の検索がこれらの特定の「柔らかい」音を聞き取るための土台となりました。
結論
科学者たちは、世界で最も敏感な「耳」を用いて、小さな異質なブラックホールや中性子星を注意深く聞き取りました。しかし、彼らは 1 つも聞き取ることができませんでした。
なぜこれが良いニュースなのでしょうか?
科学において、「無結果(何も見つからなかったこと)」はしばしば勝利です。それは、宇宙が何でできているかについての多くの突飛なアイデアを排除することに成功したことを意味します。彼らは「原始ブラックホール」や「ダークブラックホール」の理論に対して縄を締め上げ、もしこれらの天体が存在するとしても、私たちが望んでいたよりもはるかに稀であることを示しました。探索は続きます。より多くの聴取時間が近づけば、網はさらに大きく、より良くなっていくでしょう。
技術的サマリー:LIGO–Virgo–KAGRA 第 4 観測期間の前半データにおける太陽質量未満の成分を持つ連星合体の探索
問題と動機
重力波(GW)検出器は、主に成分質量が ≥1M⊙ である恒星質量ブラックホール(BH)と中性子星(NS)を含むコンパクト連星合体(CBC)を検出してきました。しかし、太陽質量未満(SSM)のコンパクト天体(0.2M⊙≤m≤1M⊙)の存在は、標準的な恒星進化を超えたエキゾチックな形成チャネルを意味します。主要な理論的動機には、ダークマターの候補である原始ブラックホール(PBH)や、散逸的ダークマターモデルを介して形成されるダークブラックホール(DBH)が含まれます。LIGO–Virgo–KAGRA(LVK)のデータ(O1–O3)における以前の探索ではこれらの集団に制限が加えられてきましたが、確実な SSM 候補は特定されていませんでした。本論文は、第 4 観測期間の前半(O4a)における SSM 連星の探索に取り組み、ダークマターモデルへの制限を改善し、初めて低質量中性子星連星に対する感度を定量化することを目的としています。
手法
本解析は、2023 年 5 月 24 日から 2024 年 1 月 16 日の間に LIGO 検出器(ハンフォードとリビングストン)によって収集されたひずみデータを利用しています。探索には、3 つの独立したマッチドフィルタリングパイプライン:GstLAL、MBTA、およびPyCBCが採用されています。
- 探索パラメータ: テンプレートバンクは、赤方偏移された一次質量 (1+z)m1 が 0.2M⊙ から 10.0M⊙ の間、二次質量 (1+z)m2 が 0.2M⊙ から 1.0M⊙ の間にある CBC を対象としています。質量比 q=m2/m1 は 0.1≤q≤1.0 に制限されます。スピン効果は含まれており、質量が ≥0.5M⊙ の場合の無次元スピン大きさ χ は ≤0.9、質量が ≤0.5M⊙ の場合は ≤0.1 とされています。
- パイプライン固有の詳細:
- GstLAL: 幾何学的配置法を用いてテンプレートバンク(300 万枚以上)を構築し、最小一致率 0.965 を採用しています。低周波数カットオフ 45 Hz の IMRPhenomD 波形を使用します。
- MBTA: TaylorF2 および SpinTaylorT4 近似に基づく 250 万枚以上のテンプレートを用いたマルチバンドテンプレート解析アプローチを採用しています。アーカイブ解析には単一検出器トリガーを含めています。
- PyCBC: 幾何学的配置アルゴリズムを用いて約 200 万枚のテンプレートを作成しています。フィルタリングのために低周波数カットオフを 30 Hz に引き下げていますが(計算コストを管理するため、バンク生成は 45 Hz から開始)、総質量が >1.0M⊙ の場合は SEOBNRv4ROM を使用します。
- 感度推定: 感度時空超体積(⟨VT⟩)は、O4a データにシミュレートされた信号を注入することで経験的に決定されます。2 つの基準集団が使用されます:
- SSM BBH: 少なくとも 1 つの成分が <1M⊙。
- SSM BNS: 太陽質量未満領域(0.5M⊙ まで)に及ぶ潮汐相互作用効果を、GPPVA+DD2 状態方程式を用いた IMRPhenomXP_NRTidalv3 でモデル化して含みます。
- 率とダークマターへの制限: 合体率の上限は、90% 信頼度における「最も騒がしい事象(loudest event)」統計形式を用いて導出されます。これらの制限は、早期形成および後期形成の連星シナリオの両方における PBH 中のダークマター割合(fPBH)と、散逸的ダークマター枠組み内の DBH 中のダークマター割合(fDBH)を制限するために適用されます。
主要な結果
- 候補事象: SSM 候補からの統計的に有意な GW 過渡現象は特定されませんでした。すべてのトリガーは、以前に発表された事象 GW230529_181500 を除いて、期待されるノイズ背景と一致していました。この事象はすべてのパイプラインによって検出されましたが、推定される二次質量が 1M⊙ を超えるため、SSM 候補リストからは除外されています。
- 感度: O4a の感度時空超体積 ⟨VT⟩ は O3 の結果と同等であり、パイプラインと質量ビンに応じて ⟨VT⟩O4a/⟨VT⟩O3 の平均比は約 1.0–1.4 です。検出器感度の向上によるわずかな利点は、O4a(0.76 年)の観測期間が O3(0.9 年)よりも短いことにより相殺されています。
- 合体率の制限: SSM BBH の合体率に対する 90% 信頼度上限は、チャープ質量とパイプラインに応じて ∼110 から 10,000Gpc−3yr−1 の範囲です。単純な固定集団の SSM BNS については、上限は ∼86Gpc−3yr−1 と推定されます。
- ダークマターへの制限:
- 原始ブラックホール(PBH): 後期形成 PBH 連星の場合、この探索は 0.9M⊙ 以上の質量において fPBH=1 を排除します。早期形成連星の場合、fPBH の上限は 1M⊙ で ≤7% から 0.35M⊙ で ≤40% の範囲です。
- 散逸的ダークマター(DBH): 解析は、最小 DBH 質量が 1M⊙ の場合、DBH 中のダークマター割合(fDBH)を ≤(1.2 to 1.3)×10−5 に制限します。これにより、ダークマター割合と最小質量のパラメータ空間内の領域が排除されます。
意義と主張
本論文は、分野におけるいくつかの初達成と更新を主張しています:
- SSM BNS 感度の初報告: この研究は、低質量中性子星を含む連星に対する SSM 探索の感度を初めて報告し、そのような集団に対して ∼10−3Gpc3yr の感度時空超体積を推定しています。
- PBH 制限の更新: O4a データを用いた後期形成連星に対する PBH 割合の制限を初めて提供し、早期形成 PBH 連星については GW 観測によるこれまでに最も厳しい制限を提示しています。
- 散逸的ダークマターへの制限: 結果は、散逸的ダークマターモデルにおける DBH の形成に厳格な制限を課し、fDBH–Mmin パラメータ空間の特定の領域を排除します。
- 運用上のマイルストーン: 本論文は、O4 中の独立した低遅延 SSM 探索の成功した運用を強調し、迅速なフォローアップを可能にしましたが、本論文はアーカイブ結果に焦点を当てています。
著者は、O4a データのみでは観測時間の短さにより、以前の O3 制限に対してわずかな改善しか提供しないことを指摘しています。しかし、第 4 観測期間の残りの部分(O4b および O4c)からのデータを含めることで、探索感度が 2–3 倍に向上し、より厳格な制限や潜在的な検出につながることを予測しています。検出がないことは、SSM ブラックホールに対する標準的な天体物理学的チャネルを引き続き排除し、そのような天体が発見された場合のエキゾチックな形成シナリオの必要性を強化し続けています。
自分の分野の論文に埋もれていませんか?
研究キーワードに一致する最新の論文のダイジェストを毎日受け取りましょう——技術要約付き、あなたの言語で。
毎週最高の astrophysics 論文をお届け。
スタンフォード、ケンブリッジ、フランス科学アカデミーの研究者に信頼されています。
受信トレイを確認して登録を完了してください。
問題が発生しました。もう一度お試しください。
スパムなし、いつでも解除可能。