Search for Compact Binary Coalescences with Sub-solar Mass Components in Data from the Second Part of LIGO-Virgo-KAGRA's Fourth Observing Run
本論文は、LIGO-Virgo-KAGRAの第4次観測ランの後半データを用いた、太陽質量以下の成分を持つコンパクト連星合体に関する重力波探索を報告するものであり、有意な検出は見られなかったものの、原始ブラックホールや散逸モデルによるブラックホールを含むダークマターのシナリオを制約する、合体率に関する厳格な上限値を確立した。
原著者: The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration, A. G. Abac, A. Abe, I. Abouelfettouh, F. Acernese, K. Ackley, A. Adam, S. Adhicary, D. 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, L. Albers, W. Ali, S. Al-Kershi, C. Allan, C. Allene, A. Allocca, S. Al-Shammari, J. A. Alvarez, S. Alvarez-Lopez, W. Amar, O. Amarasinghe, A. Amato, F. Amicucci, C. Amra, A. B. Anand, C. Anand, A. Ananyeva, S. B. Anderson, W. G. Anderson, M. Andia, M. Ando, F. Andrade-Oliveira, M. Andrés-Carcasona, J. L. Andrey, T. Andrić, J. Anglin, J. Anna, J. M. Antelis, S. Antier, T. Aoki, M. Aoumi, E. Z. Appavuravther, E. A. Appelt, 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, P. S. Aswathi, F. Attadio, F. Aubin, K. AultONeal, G. Avallone, N. Avdeev, E. A. Avila, S. Babak, C. Badger, S. Bae, S. Bagnasco, S. Baimukhametova, L. Baiotti, T. Baka, K. A. Baker, T. Baker, G. Balbi, G. Baldi, N. Baldicchi, M. Ball, G. Ballardin, M. Ballelli, 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, D. Barman, N. Barman, 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, J. C. Bayley, A. C. Baylor, P. A. Baynard II, M. Bazzan, V. M. Bedakihale, F. Beirnaert, M. Bejger, A. S. Bell, C. Bellani, D. S. Bellie, D. Beltran-Martinez, E. Benedetti, W. Benoit, I. Bentara, M. Ben Yaala, S. Bera, F. Bergamin, B. K. Berger, M. Beroiz, C. P. L. Berry, I. Berry, D. Bersanetti, T. Bertheas, A. Bertolini, J. Betzwieser, D. Beveridge, N. Bevins, J. Bezerra-Sobrinho, R. Bhandare, R. Bhatt, A. Bhattacharjee, D. Bhattacharjee, S. Bhattacharyya, S. Bhaumik, V. Biancalana, F. Bianchi, I. A. Bilenko, M. Bilicki, G. Billingsley, A. Binetti, S. Bini, S. Biot, O. Birnholtz, S. Biscoveanu, A. Bisht, M. Bitossi, M. -A. Bizouard, S. Blaber, J. Black, J. K. Blackburn, L. A. Blagg, C. D. Blair, D. G. Blair, M. Bloch, N. Bode, N. Boettner, P. Bogdan, G. Boileau, M. Boldrini, G. N. Bolingbroke, L. D. Bonavena, 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, T. D. Boybeyi, 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, D. D. Brown, M. L. Brozzetti, S. Brunett, G. Bruno, R. Bruntz, J. Bryant, Y. Bu, F. Bucci, A. Buchicchio, A. Buggiani, O. Bulashenko, T. Bulik, H. J. Bulten, A. Buonanno, K. Burtnyk, R. Buscicchio, N. Busdon, D. Buskulic, R. L. Byer, R. Cabrita, V. A. Cáceres-Barbosa, L. Cadonati, G. Cagnoli, C. Cahillane, A. Calafat, J. Calderón Bustillo, J. D. Callaghan, T. A. Callister, E. Calloni, S. R. Callos, K. Cannon, V. Cantory, H. Cao, L. A. Capistran, E. Capocasa, G. Capoccia, E. Capote, C. Capuano, G. Capurri, F. Carbognani, K. J. Cardona-Martínez, M. Carlassara, M. Carpinelli, G. Carrillo, G. Carullo, A. Casallas-Lagos, J. Casanueva Diaz, C. Casentini, S. Caudill, M. Cavaglià, R. Cavalieri, A. Ceja, G. Cella, P. Cerdá-Durán, N. Chabbra, W. Chaibi, A. Chakraborty, P. Chakraborty, S. Chakraborty, S. Chalathadka Subrahmanya, C. Chan, J. C. L. Chan, M. Chan, C. -Y. Chang, K. Chang, S. Chao, 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, Yanbei Chen, Yiwen 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, A. Chiummo, A. Chopra, C. Chou, S. Choudhary, N. Christensen, Y. K. Chu, S. S. Y. Chua, G. Ciani, P. Ciecielag, M. Cieślar, M. Cifaldi, B. Cirok, F. Clara, J. A. Clark, T. A. Clarke, A. Claveus, M. R. Claypool, S. Clesse, F. Cleva, S. M. Clyne, E. Coccia, E. Codazzo, P. -F. Cohadon, D. E. Cohen, E. Colangeli, O. Cole, M. Colleoni, C. G. Collette, J. Collins, S. Colloms, A. Colombo, G. Compère, C. M. Compton, G. Connolly, L. Conti, T. R. Corbitt, I. Cordero-Carrión, S. Corezzi, N. J. Cornish, A. Corsi, S. Cortese, L. A. Corubolo, L. Cotnoir, R. Cottingham, J. A. Cotturone, M. W. Coughlin, P. Couvares, R. Coyne, A. Cozzumbo, J. D. E. Creighton, T. D. Creighton, S. Crook, R. Crouch, J. Csizmazia, K. Csukás, T. J. Cullen, A. Cumming, E. Cuoco, M. Cusinato, R. R. Cuzinatto, L. V. da Conceição, T. Dal Canton, S. Dall'Osso, S. Dal Pra, G. Dálya, Y. Dang, B. D'Angelo, S. Danilishin, O. Danner, S. D'Antonio, K. Danzmann, K. E. Darroch, L. P. Dartez, R. Das, S. Das, A. Dasgupta, V. Dattilo, A. Daumas, I. Dave, A. Davenport, T. F. Davies, D. Davis, M. C. Davis, P. Davis, E. J. Daw, M. Dax, J. De Bolle, E. deBruin, M. Deenadayalan, J. Degallaix, U. Deka, 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, C. de Melo, N. Demos, T. Dent, A. Depasse, N. DePergola, R. De Pietri, R. De Rosa, C. De Rossi, E. K. Derrick, M. Desai, D. DeSantis, S. Deshmukh, V. Deshmukh, R. De Simone, S. Determan, S. Dhage, A. Dhani, R. Dhatri, R. Dhurkunde, R. Diab, C. Diaz, M. C. Díaz, F. Diaz Guerra, M. Di Cesare, M. A. Dicorato, T. Dietrich, C. Di Fronzo, M. Di Giovanni, 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, S. Doravari, O. Dorosh, F. Dosopoulou, M. Drago, J. C. Driggers, M. Dubois, R. S. Dumbreck, U. Dupletsa, D. D'Urso, P. Dutta Roy, H. Duval, S. Dwivedi, S. E. Dwyer, C. Eassa, M. Eberhardt, M. Ebersold, M. Ebiri, G. Eddolls, A. Effler, J. Eichholz, H. Einsle, M. Eisenmann, M. Emma, K. Endo, R. Enficiaud, V. Ernst, L. Errico, R. Espinosa, M. Esposito, R. C. Essick, H. Estellés, T. Etzel, M. Evans, T. Evstafyeva, 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. -N. Feldhusen, E. Fenyvesi, A. Feo, J. Fernandes, T. Fernandes, G. Fernández Rodríguez, D. Fernando, S. Ferraiuolo, T. A. Ferreira, M. Ferrer-Martinez, F. Fidecaro, P. Figura, I. Fiori, M. Fishbach, R. P. Fisher, S. K. Fitzgerald, V. Fiumara, R. Flaminio, B. Flanagan, S. M. Fleischer, L. S. Fleming, F. Flocco, E. Floden, H. Fong, J. A. Font, F. Fontinele-Nunes, C. Foo, B. Fornal, P. W. F. Forsyth, A. Fragkos, N. Franchini, A. Franco-Ordovas, F. Frappez, F. Frasconi, J. P. Freed, Z. Frei, A. Freise, O. Freitas, R. Frey, W. Frischhertz, P. Fritschel, V. V. Frolov, M. Fuentes-Garcia, R. Fujii, T. Fujimori, Y. Fujiwara, P. Fulda, M. Fyffe, B. U. Gadre, J. R. Gair, S. Galaudage, V. Galdi, M. Galimberti, 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, F. Gautier, V. Gayathri, T. Gayer, G. Gemme, A. Gennai, V. Gennari, J. George, R. George, O. Gerberding, L. Gergely, A. Ghinassi, Archisman Ghosh, Sayantan Ghosh, Shaon Ghosh, Shrobana Ghosh, Suprovo Ghosh, Tathagata Ghosh, J. A. Giaime, K. D. Giardina, D. R. Gibson, C. Gier, F. Gittins, J. Glanzer, F. Glotin, E. Glowacki, J. Godfrey, R. V. Godley, O. Godwin, A. S. Goettel, E. Goetz, J. Golomb, S. Gomez Lopez, G. González, P. Goodarzi, S. R. Goode, A. Goodwin-Jones, M. Gosselin, S. M. Goss-Grubbs, C. Gostiaux, R. Gouaty, D. W. Gould, D. Goupilliere, K. Govorkova, A. Grado, V. Graham, A. E. Granados, M. Granata, V. Granata, S. Gras, P. Grassia, C. Gray, R. Gray, G. Greco, A. C. Green, L. Green, S. R. Green, A. M. Gretarsson, E. M. Gretarsson, D. Griffith, C. Grimaud, H. Grote, S. Grunewald, A. G. Guerrero, G. M. Guidi, T. Guidry, H. K. Gulati, F. Gulminelli, H. Guo, W. Guo, Y. Guo, A. Gupta, I. Gupta, N. C. Gupta, S. K. Gupta, V. Gupta, N. Gupte, N. Guttman, F. Guzman, M. Haberland, S. Haino, E. D. Hall, E. Z. Hamilton, G. Hammond, W. -B. Han, 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, J. Harms, G. M. Harry, I. W. Harry, M. T. Hartman, B. Haskell, C. -J. Haster, K. Haughian, H. Hayakawa, K. Hayama, J. Hedberg, A. Heffernan, D. Hegde, M. C. Heintze, 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, A. Heranval, M. Heurs, A. L. Hewitt, J. Heynen, J. Heyns, S. Hido, S. Hild, M. Hill, S. Hill, Y. Himemoto, C. Hirose, D. Hofman, N. A. Holland, K. Holley-Bockelmann, I. J. Hollows, D. E. Holz, L. Honet, K. M. Hoops, M. E. Hoque, D. J. Horton-Bailey, J. Hough, S. Hourihane, N. T. Howard, E. J. Howell, C. G. Hoy, P. Hsi, H. -Y. Hsieh, C. Hsiung, S. -H. Hsu, W. -F. Hsu, H. Y. Huang, Y. Huang, A. D. Huddart, B. Hughey, D. C. Y. Hui, S. Husa, L. Iampieri, G. A. Iandolo, M. Ianni, Y. Ichinose, K. Ide, R. Iden, A. Ierardi, S. Ikeda, H. Imafuku, K. Imai, G. Inguglia, Y. Inoue, P. Iosif, J. Irwin, K. Ishida, R. Ishikawa, T. Ishikawa, H. Ishino, M. Isi, K. S. Isleif, Y. Itoh, S. Iwaguchi, M. M. Iwaya, B. R. Iyer, C. Jacquet, T. Jacquot, S. J. Jadhav, S. P. Jadhav, K. Jain, A. L. James, K. Jani, S. Jani, J. Janquart, N. N. Janthalur, S. Jaraba, P. Jaranowski, R. Jaume, W. Javed, M. Jensen, W. Jia, J. Jiang, H. -B. Jin, S. -J. Jin, G. R. Johns, N. A. Johnson, M. C. Johnston, R. Johnston, N. Johny, D. H. Jones, D. I. Jones, R. Jones, P. Joshi, S. K. Joshi, G. Joubert, J. Ju, L. Ju, I. L. Juarez-Reyes, K. Jung, H. B. Kabagoz, B. Kacskovics, T. Kajita, I. Kaku, V. Kalogera, M. Kalomenopoulos, M. Kamiizumi, N. Kanda, S. Kandhasamy, G. Kang, J. B. Kanner, S. J. Kapadia, D. P. Kapasi, A. Karia, A. S. Karia, R. Kashyap, M. Kasprzack, H. Kato, T. Kato, E. Katsavounidis, W. Katzman, R. Kaushik, K. Kawabe, S. Kawamura, D. Keitel, S. A. Kemper, L. J. Kemperman, J. Kennington, R. Kesharwani, J. S. Key, R. Khadela, S. S. Khadkikar, F. Y. Khalili, C. Khamar, F. Khan, M. Khursheed, N. M. Khusid, W. Kiendrebeogo, C. Kim, G. 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, N. Knust, K. Kobayashi, S. M. Koehlenbeck, 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, N. Kouvatsos, T. Koyama, D. B. Kozak, E. Kraja, S. L. Kranzhoff, V. Kringel, N. V. Krishnendu, S. Kroker, A. Królak, K. Kruska, J. Kubisz, K. Kubota, G. Kuehn, D. Kukla, A. Kulur Ramamohan, Achal Kumar, Anil Kumar, Dhruv Kumar, Praveen Kumar, Prayush Kumar, Rahul Kumar, Rakesh Kumar, Ravi Kumar, Sumit Kumar, J. Kume, K. Kuns, N. Kuntimaddi, S. Kuroyanagi, K. Kwak, K. Kwan, S. Kwon, G. Lacaille, D. Laghi, A. H. Laity, N. Lajili, A. Lakhal, E. Lalande, M. Lalleman, S. Lalvani, M. Landry, R. N. Lang, A. Lange, J. A. Lange, R. Langgin, B. Lantz, I. La Rosa, O. Laske, P. D. Lasky, L. Lavezzi, J. Lawrence, M. Laxen, 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, W. Lee, Y. Lee, F. Legger, I. N. Legred, J. Lehmann, L. Lehner, M. Le Jean, A. Lema{ître, R. Lemrani Alaoui, M. Lenti, M. Leonardi, M. Lequime, M. Lesovsky, N. Letendre, M. Lethuillier, Y. Levin, S. Lexmond, K. Leyde, A. K. Y. Li, K. L. Li, T. G. F. Li, X. Li, Y. Li, Z. Li, Q. Liang, C-Y. Lin, E. T. Lin, F. Lin, L. C. -C. Lin, Y. -C. Lin, C. Lindsay, S. D. Linker, A. Liu, F. 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, L. T. London, A. Longo, M. Lopez Portilla, A. Lorenzo-Medina, V. Loriette, M. Lormand, M. Lorusso, G. Losurdo, T. P. Lott IV, J. D. Lough, H. A. Loughlin, C. O. Lousto, N. K. Y. Low, N. Lu, H. Lück, O. Lukina, D. Lumaca, A. P. Lundgren, L. Lunghini, A. W. Lussier, L. -T. Ma, X. Ma, M. Ma'arif, S. MacBride, K. Machida, D. M. Macleod, I. A. O. MacMillan, A. Macquet, S. S. Madekar, S. Maenaut, S. S. Magare, R. M. Magee, E. Maggio, M. Magnozzi, P. Mahapatra, M. Mahesh, S. Majhi, E. Majorana, C. N. Makarem, E. Makelele, N. Malagon, 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, Z. Mangi, B. Mannix, G. L. Mansell, M. Manske, M. Mantovani, M. Mapelli, S. Marchetti, F. Marion, J. Mark, A. S. Markosyan, J. Markus, E. Maros, S. Marsat, F. Martelli, I. W. Martin, R. M. Martin, B. B. Martinez, M. Martinez, V. Martinez, A. Martini, Juan Carlos Martins, Julio C. Martins, D. V. Martynov, E. J. Marx, L. Massaro, A. Masserot, M. Masso-Reid, T. Masters, S. Mastrogiovanni, G. Mastropasqua, M. Matiushechkina, A. Matte-Landry, L. Maurin, N. Mavalvala, N. Maxwell, A. McCann, G. McCarrol, R. McCarthy, D. E. McClelland, S. McCormick, L. McCuller, L. I. McDermott, C. McElhenny, G. I. McGhee, K. B. M. McGowan, J. McIver, A. McLeod, I. McMahon, T. McRae, R. McTeague, K. McWhirter, D. Meacher, B. N. Meagher, R. Mechum, L. G. Medeiros, R. M. Mehta, A. Melatos, C. S. Menoni, R. A. Mercer, L. Mereni, K. Merfeld, E. L. Merilh, J. R. Mérou, C. Messick, M. Meyer-Conde, F. Meylahn, H. Miao, C. Michel, Y. Michimura, H. Middleton, D. P. Mihaylov, S. J. Miller, M. Millhouse, E. Milotti, V. Milotti, E. Minakaki, Y. Minenkov, Ll. M. Mir, L. Mirasola, C. -A. Miritescu, A. Mishra, C. Mishra, T. Mishra, A. 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, M. Molina-Ruiz, M. Mondin, M. Montani, G. Montefusco, C. J. Moore, D. Moraru, A. More, S. More, C. Moreno, E. A. Moreno, G. Moreno, A. Moreso Serra, C. Morgan, S. Morisaki, S. Moriwaki, 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, Y. Murakami, M. Murakoshi, P. G. Murray, D. Nabari, S. Nadji, A. Nagar, N. Nagarajan, K. Nakagaki, A. Nakamura, K. Nakamura, H. Nakano, M. Nakano, D. Nanadoumgar-Lacroze, D. Nandi, V. Napolano, S. U. Naqvi, P. Narayan, A. Nardecchia, 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, A. Neunzert, M. Newell, S. Ng, T. C. K. Ng, L. -A. T. Nguyen, T. T. Nguyen, L. Nguyen Quynh, A. B. Nielsen, Y. Nishino, A. Nishizawa, S. Nissanke, W. Niu, F. Nocera, J. Noller, M. Norman, M. Norris, C. North, J. Novak, G. Nurbek, L. K. Nuttall, K. Obayashi, J. Oberling, C. E. Ochoa, C. O'Connor, J. O'Dell, E. Oelker, M. Oertel, G. Oganesyan, J. J. Oh, T. O'Hanlon, M. Ohashi, F. Ohme, Y. Okabe, I. Oke, R. Oliveira, R. Omer, N. O'Neill, M. Onishi, K. Oohara, P. Ophardt, R. J. Oram, B. O'Reilly, R. O'Shaughnessy, S. Oshino, J. Ostrovska, A. Osumi, I. Ota, G. Othman, M. Otsuka, D. J. Ottaway, A. Ouzriat, H. Overmier, B. J. Owen, A. E. Pace, M. A. Page, A. Pai, S. Pal, M. A. Palaia, M. Pálfi, C. Palomba, H. Pan, J. Pan, K. -C. Pan, P. K. Panda, Shiksha Pandey, Swadha Pandey, P. T. H. Pang, F. Pannarale, B. C. Pant, F. H. Panther, M. Panzeri, F. Paoletti, A. Paoli, A. Paolone, A. Papadopoulos, E. E. Papalexakis, L. Papalini, G. Papigkiotis, A. Paquis, A. Parisi, B. -J. Park, Jihwan Park, Junegyu Park, W. Parker, G. Pascale, D. Pascucci, A. Pasqualetti, L. Passenger, D. Passuello, O. Patane, A. V. Patel, L. 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, A. Perreca, J. Perret, D. Pesios, S. Petracca, C. Petrillo, H. P. Pfeiffer, H. Pham, K. A. Pham, K. S. Phukon, H. Phurailatpam, L. Piccari, O. J. Piccinni, M. Pichot, A. Pied, M. Piendibene, F. Piergiovanni, L. Pierini, G. Pierra, V. Pierro, M. Pillas, B. Pillon, L. Pinard, I. M. Pinto, M. Pinto, B. J. Piotrzkowski, M. Pirello, A. Pisarski, M. D. Pitkin, E. Placidi, M. L. Planas, C. Plunkett, R. Poggiani, E. Polini, M. Polo, J. Pomper, L. Pompili, J. Poon, E. Porcelli, A. S. Porter, E. K. Porter, C. Posnansky, J. Powell, G. S. Prabhu, M. Pracchia, A. K. Prajapati, K. Prasai, R. Prasanna, P. Prasia, G. Pratten, G. Principe, G. A. Prodi, P. Prosperi, P. Prosposito, A. Puecher, J. Pullin, M. Punturo, 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, M. R. Raj Sah, 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. Redepenning, J. Regan, T. Regimbau, T. Reichardt, S. Reid, C. Reissel, D. H. Reitze, A. I. Renzini, B. Revenu, A. Revilla-Peña, F. Ricci, M. Ricci, A. Ricciardone, J. Rice, J. W. Richardson, M. L. Richardson, K. Riles, H. K. Riley, A. Riminucci, F. Robinet, M. Robinson, A. Rocchi, J. Rodriguez, R. Rodriguez Lopez, 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, T. J. Rosauer, C. A. Rose, D. Rosińska, M. P. Ross, M. Rossello-Sastre, S. Rowan, K. Rowlands, S. K. Roy, S. Roy, T. RoyChowdhury, D. Rozza, P. Ruggi, G. H. Ruiz, E. Ruiz Morales, K. Ruiz-Rocha, V. Russ, S. M. S, S. Sachdev, T. Sadecki, F. Safai Tehrani, P. Saffarieh, S. Safi-Harb, S. Saha, T. Sainrat, S. Sajith Menon, K. Sakai, Y. Sakai, M. Sakellariadou, S. Sakon, F. Salces-Carcoba, L. Salconi, M. Saleem, F. Salemi, M. Sallé, M. Salomé, S. U. Salunkhe, S. Salvador, A. Salvarese, A. Samajdar, P. M. Samir, A. Sanchez, E. J. Sanchez, J. Sanchez, D. Sanchez-Cid, N. Sanchis-Gual, J. R. Sanders, E. M. Sänger, F. Santoliquido, E. Sapkin, F. Sarandrea, T. R. Saravanan, P. Sarkar, A. Sasli, P. Sassi, B. Sassolas, O. Sauter, R. L. Savage, T. Savicheva, T. Sawada, H. L. Sawant, D. Schaetzl, M. Scheel, A. Schiebelbein, M. G. Schiworski, K. Schluterman, P. Schmidt, R. Schnabel, M. Schneewind, R. M. S. Schofield, M. Schoor, 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, E. G. Seo, J. W. Seo, G. Seong, V. Sequino, M. Serra, C. K. Sethi, A. Sevrin, T. Shaffer, U. S. Shah, M. A. Shaikh, L. Shao, J. Sharkey, A. Sharma, A. K. Sharma, Preeti Sharma, Priyanka Sharma, Sushant Sharma-Chaudhary, P. Shawhan, T. Shen, Z. -H. Shi, K. Shimode, H. Shinkai, S. Shirke, D. H. Shoemaker, D. M. Shoemaker, R. W. Short, S. ShyamSundar, H. Siegel, V. Sierra, D. Sigg, L. Silenzi, P. J. S. Silva, L. Silvestri, M. Simmonds, L. P. Singer, A. Singh, D. Singh, M. K. Singh, N. Singh, S. Singh, M. R. Sinha, P. Sinha, A. M. Sintes, V. Skliris, B. J. J. Slagmolen, T. J. Slaven-Blair, J. Smetana, D. A. Smith, J. R. Smith, J. Smith, L. Smith, W. J. Smith, S. Soares de Albuquerque Filho, M. Soares-Santos, K. Somiya, I. Song, Q. Song, S. Soni, V. Sordini, F. Sorrentino, H. Sotani, N. E. Sovitzky, F. Spada, V. Spagnuolo, A. P. Spencer, M. Spera, P. Spinicelli, A. K. Srivastava, F. Stachurski, V. V. Stanford, A. Stanton, D. A. Steer, N. Steinle, J. Steinlechner, S. Steinlechner, C. Stephens, N. Stergioulas, M. StPierre, J. Stremiz, M. D. Strong, A. Strunk, M. Suchenek, S. Sudhagar, R. Sugimoto, L. Suleiman, K. D. Sullivan, J. Sun, L. Sun, S. Sunil, J. Suresh, P. J. Sutton, K. Suzuki, M. Suzuki, A. Svizzeretto, B. L. Swinkels, A. Syx, M. J. Szczepańczyk, M. Tacca, M. Tagliazucchi, H. Tagoshi, S. C. Tait, H. Takaba, K. Takada, H. Takahashi, R. Takahashi, A. Takamori, S. Takano, H. Takeda, I. Takimoto Schmiegelow, 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, A. Taruya, J. D. Tasson, J. G. Tau, A. Tejera, J. G. Temple, Y. Teng, H. Themann, A. Theodoropoulos, M. P. Thirugnanasambandam, L. M. Thomas, M. Thomas, P. Thomas, J. E. Thompson, S. R. Thondapu, 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, T. Tomaru, V. Tommasini, H. Tong, C. I. Torrie, I. Tosta e Melo, E. Tournefier, A. Trapananti, R. Travaglini, F. Travasso, G. Traylor, L. 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, A. Tuci, M. Turconi, C. Turski, H. Ubach, A. S. Ubhi, N. Uchikata, T. Uchiyama, R. P. Udall, T. Uehara, V. Undheim, V. Upadhyaya, 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, P. Verdier, M. Vereecken, D. Verkindt, B. Verma, S. Verma, Y. Verma, S. M. Vermeulen, F. Vetrano, A. Veutro, A. Viceré, S. Vidyant, A. D. Viets, A. Vijaykumar, A. Vilkha, N. Villanueva Espinosa, E. T. Vincent, J. -Y. Vinet, S. Viret, S. Vitale, A. Vives, L. Vizmeg, B. Vizzone, 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, R. -Z. Wan, H. Wang, P. Wang, W. H. Wang, Y. F. Wang, Z. Wang, R. L. Ward, 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. Wimmer, C. W. Winborn, A. Wingfield, J. Winterflood, C. C. Wipf, G. Woan, N. E. Wolfe, H. T. Wong, I. C. F. Wong, T. Wouters, J. L. Wright, M. Wright, B. Wu, C. Wu, D. S. Wu, H. Wu, K. Wu, T. 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. Yébana Carrilero, A. B. Yelikar, X. Yin, J. Yokoyama, T. Yokozawa, M. Yoshihara, S. Yuan, H. Yuzurihara, M. Zanatta, M. Zanolin, M. Zeeshan, T. Zelenova, J. -P. Zendri, M. Zeoli, M. Zerrad, M. Zevin, H. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, N. Zhang, R. Zhang, T. Zhang, C. Zhao, J. Zhao, Yue Zhao, Yuhang Zhao, L. -M. Zheng, Y. Zheng, L. Zhizhong, H. Zhong, H. Zhou, H. O. Zhu, X. -J. Zhu, Z. -H. Zhu, Z. Zhu, D. Z. Zieba, A. B. Zimmerman, L. Zimmermann, M. E. Zucker
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
重力は、星や銀河の間の広大な空白を横切って伸びる、宇宙を繋ぎ止める目に見えない糸である。数十年にわたり、科学者たちは、巨大な天体が衝突した際に生じるこの力のさざ波、すなわち「重力波」として知られる現象に耳を傾けてきた。これらのさざ波は、ブラックホールの衝突や、死んだ星の密な残骸である中性子星の合体といった、宇宙における最も激しい出来事の物語を運んでくる。私たちは、恒星質量ブラックホールの深く重い響きを聞いてきたが、もっと軽い天体の存在については、静かな疑問が残されている。太陽よりも軽いブラックホールや中性子星は存在するのだろうか。このような「サブソラー(太陽質量未満)」の天体は、通常、重い核を残す星の通常の死を通じて形成されることは不可能である。もしそれらが存在するならば、それは全くもってエキゾチックなものであり、おそらくビッグバンの直後の瞬間、あるいは光と相互作用しない謎めいた形態の物質によって形成されたものかもしれない。それらを発見することは、宇宙がどのように構築されているのか、そして銀河を繋ぎ止めている目に見えない物質であるダークマターが実際には何であるのかという、私たちの理解を書き換えることになるだろう。
この問いに答えるため、世界の科学者チームは、人類史上最も敏感な「耳」であるLIGO、Virgo、およびKAGRA検出器を使用した。アメリカ、イタリア、そして日本に設置されているこれらの観測装置は、通過する重力波によって引き起こされる時空の微小な歪みを感知するように設計されている。研究者たちは、このコラボレーションによる第4次主要観測ランの第2フェーズ中に収集されたデータを分析し、特定の期間(2024年4月から2025年1月まで)に焦点を当てて探索を行った。彼らは、少なくとも一方の天体が太陽よりも軽い連星系(互いに螺旋状に近づき合うコンパクトな天体のペア)からの信号を探した。彼らの探索は、軽い方の天体が太陽質量の0.2倍から1倍の間であり、重い方のパートナーが太陽質量の0.2倍から10倍までの範囲にあるペアを含め、幅広い可能性をカバーしていた。
チームは、データの背後に隠れた潜在的な信号を捉えるための個別のフィルターとして機能する、3つの異なる独立したコンピュータプログラムを用いてデータを精査した。これらのプログラムは、検出器のデータと数百万もの理論的な波形パターンを比較し、実際の宇宙イベントを示す一致があるかどうかを検索した。結果は、クリーンな一掃であった。つまり、これらの軽量な合体の確定的な検出は認められなかったのである。コンピュータは、通常の静寂の中から際立ついくつかの異常な候補をフラグ立てしたが、さらなる調査の結果、これらは宇宙からの信号ではないことが判明した。それらは、検出器のランダムな変動や環境ノイズと一致していた。2つのプログラムによって特定された最も重大なこれらの誤報は、科学者が発見を主張できるほどの確信度には達していなかった。重力波天文学の世界では、単一のイベントだけでは不十分であり、信号はそれが偶然である可能性を排除できるほど強力でなければならないが、これらの候補はその閾値に達していなかった。
彼らは探していた天体を見つけることはできなかったが、この探索は決して失敗ではなかった。何も発見できなかったことにより、チームはこれらの天体がどれほど一般的であるかについて厳格な制限を設けることができた。彼らは、もしサブソラー質量のブラックホールが存在するならば、それらは極めて稀であるはずだと算出した。具体的には、これらによる合体の率は、正確な質量に関わらず、1立方十億光年あたり年間数千回のイベントを超えないことを突き止めた。この未検出という結果により、彼らは2つの主要なダークマター理論に対して厳しい制約を課すことができた。
第一の理論は、原始ブラックホールに関するものである。これは、死にゆく星からではなく、初期宇宙の密な塊から形成されたとされる仮説上のブラックホールである。もしこれらの天体がダークマターの大部分を占めているのであれば、検出器は今ごろそれらの衝突を聞いているはずである。今回の新しいデータは、原始ブラックホールが太陽に似た質量を持つ場合、ダークマットのわずか数パーセント(具体的には約3パーセント未満、より軽い場合はさらに少なく)しか説明できないことを示唆している。第二の理論は、「散逸的ダークマター」に関するもので、これはダークマター粒子が、ガスが冷却して星を形成するように、複雑な方法で互いに相互作用するというモデルである。このシナリオでは、ダークマターは独自のバージョンのブラックホールを形成する可能性がある。探索結果は、もしそのようなダークブラックホールが存在し、それがダークマターのすべてを構成しているとしても、それらはある最小質量よりも重くなければならないことを示しており、この理論の最も軽いバージョンを事実上否定している。
この研究は、死んだ星の超高密度な核である中性子星にも及んだ。標準的な中性子星は通常、太陽よりも重いが、特定の条件下ではより軽いバージョンが存在するという理論もある。研究者たちは、彼らの検出器がこれらの軽い中性子星に対してどのように反応するかをシミュレートし、彼らの探索が、もしそれらが一般的であれば検出できるほど感度が高いことを確認した。彼らは、これらの軽い中り子星を伴う合体の率は非常に低いことも結論付け、1立方十億光年あたり年間約250回のイベントという上限を設定した。この研究は、エキゾチックなダークマター理論への網をさらに狭めただけでなく、グローバルな検出器ネットワークの成長する力をも示した。観測が進み、機器がより敏感になるにつれ、サブソラー質量の宇宙への窓はより鮮明になり、科学者たちがこれらの捉えどころのない天体の発見に近づくか、あるいはその存在に対して決定的に門を閉ざすかのいずれかに近づいていくことになる。
技術要約:LIGO–Virgo–KAGRAの第4次観測ラン第2期データにおける亜太陽質量成分を持つコンパクト連星合体(CBC)の探索
問題と動機
重力波(GW)検出器は、主に恒星質量コンパクト天体(質量 ≥1M⊙ のブラックホールおよび中性子星)の合体に感度を持っています。しかし、亜太陽質量(SSM)成分(質量 <1M⊙)を含むコンパクト連星合体(CBC)が検出されれば、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の証拠となります。この探索を駆動する主な動機は以下の2点です。
- 原始ブラックホール(PBH): PBHは幅広い質量スペクトルを持ち得るダークマターの候補です。SSMブラックホールが検出されれば、既知の天体物理学的チャネルではチャンドラセカール限界以下の恒星質量ブラックホールは生成されないため、それらとSSMブラックホールを明確に区別することができます。
- 散逸的ダークマター: 複雑な粒子相互作用を伴うダークマター(散逸的ダークマター)のモデルは、高密度ハロー内での「ダークブラックホール(DBH)」の形成を予測しています。これらの天体の合体率はその質量に反比例するため、SSM DBHは高い合体率を持つ可能性があり、ダークマターの微物理学を探るためのプローブとなります。
さらに、SSM探索は、低質量中性子星(特定の天体物理学的メカニズム、例えば連星内での質量剥離や中性子に富む円盤からの形成によるもの)を含む連星中性子星(BNS)系に対しても感度を持ちます。
手法
本解析では、2024年4月10日から2025年1月28日までのLIGO–Virgo–KAGRA(LVK)コラボレーションの第4次観測ラン第2期(O4b)のデータを使用しています。この期間には、2つのLIGO検出器とVirgo検出器の同時運用が含まれます。
- 探索パイプライン: 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、PyCBC)がストレインデータを解析しました。
- パラメータ空間: 探索対象は、二次質量(m2)が 0.2M⊙ から 1M⊙、一次質量(m1)が 0.2M⊙ から 10M⊙ の範囲のCBCとし、質量比 q=m2/m1 は 0.1≤q≤1 に制限されました。
- テンプレートバンク: 指定された質量範囲をカバーするようにテンプレートバンクを構築し、スピン大きさは質量 ≥0.5M⊙ で χ≤0.9、質量 ≤0.5M⊙ で χ≤0.1 としました。波形モデルにはIMRPhenomD、SEOBNv4ROM、TaylorF2、SpinTaylorT4が含まれ、計算コストを管理するために低周波数カットオフは通常45 Hz(MBTAフィルタリングでは35 Hz)に設定されました。
- 感度推定: 感度は、インジェクション・キャンペーンを用いた「感度ハイパーボリューム」(⟨VT⟩)を通じて定量化されました。約 3.7×107 個のシミュレーション信号(BBHおよびBNS)がO4bデータに付加されました。解析では、全観測期間の堅牢な感度推定値を導出するために、混合モデルを用いてO4aとO4bの結果を結合しました。
- 候補の有意性: 候補は誤警報率(FAR)によってランク付けされました。有意性は背景ノイズ分布に対して評価され、複数のパイプラインおよび観測ランにわたる累積的な有意性を考慮するために、試行回数因子(trials factor)が考慮されました。
主な結果
- 検出状況: 有意なGW候補は特定されませんでした。GstLAL(S240422ed)およびMBTA(S241229bq)のパイプラインによって2つのアウトライヤー候補が報告されました。しかし、フォローアップ解析により、これらはノイズのゆらぎと一致していることが示されました。S240422edは低遅延探索で以前に特定されていましたが、オフラインのSSM探索では有意性を失いました。S241229bqはMBTAにおいて 0.0043 yr−1(約 2.8σ)のFARを示しましたが、他のパイプラインではノイズと一致しており、試行回数因子を考慮すると有意性の閾値に達しませんでした。
- 合体率の上限: 検出なしに基づき、SSM BBHに対する合体率の上限(R90)が90%信頼区間で設定されました。
- 低スピンのSSM BBHの場合、最も制約の強い上限は、成分の質量組み合わせに応じて 50 から 5000 Gpc−3yr−1 の範囲です。
- SSM BNS系(単純な固定集団モデルを仮定)の場合、上限は 249 Gpc−3yr−1 です。
- ダークマターへの制約:
- 原始ブラックホール: 単色質量分布を仮定した場合、PBHにおけるダークマターの割合(fPBH)は、1M⊙ において ≤(0.018–0.032)、初期形成バイナリにおいては 0.35M⊙ において ≤(0.10–0.18) と制約されます。後期形成バイナリの場合、fPBH<1 は (0.62–0.74)M⊙ を超える質量に対して排除されます。
- 散逸的ダークマター: 原子ダークマターモデルについて、最小質量が (0.65–0.85)M⊙ 付近の場合、DBHにおけるダークマターの割合(fDBH)は (1.0–1.1)×10−5 まで制約されます。DBHがすべてのダークマターを構成する場合(fDBH=1)、(4.2–4.4)×10−2M⊙ を超える最小質量が排除されます。
意義と主張
本論文は、LVKによるSSM探索の中で、これまでの最も包括的な結果を提示しており、O4aランからの以前の制約を更新しています。主な意義は、亜太陽質量のコンパクト天体の存在量に関する更新され、より厳格化された制約にあり、これは特定のダークマターシナリオ(PBHおよび散逸的DBH)の生存可能性を直接的に制限するものです。
著者らは、検出の不在は存在の証拠ではなく、あくまで上限値であることを強調しています。PBHの割合に関する制约束は、確率的重力波背景放射の非観測から得られるものと補完的です。散逸的ダークマターについては、本結果は最小DBH質量およびダークマター密度の割合の範囲を排除することで、ダークマターモデルの微物理学を調査しています。
また、本論文は、インジェクション波形に潮汐効果を含めた、SSM BNS系の最初の感度推定についても強調しています。これにより、テンプレート・ミスマッチのためにBBH探索と比較して感度がわずかに低下するものの、低質量中性子星集団を調査する上で依然として有効であることが示されています。著者らは、今後の観測ラン(O4c以降)において、感度の向上と観測時間の増加により、これらの制約がさらに改善されるか、あるいは信号が検出される可能性があると述べています。
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 一般相対性理論 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。