Search for Compact Binary Coalescences with Sub-solar Mass Components in Data from the Second Part of LIGO-Virgo-KAGRA's Fourth Observing Run
이 논문은 LIGO-Virgo-KAGRA의 네 번째 관측 주기 두 번째 부분의 데이터를 사용하여 태양 질량 미만 성분을 가진 컴팩트 쌍성 병합에 대한 중력파 탐색을 보고하며, 유의미한 검출은 발견하지 못했으나 원시 블랙홀 및 소산 모델 블랙홀을 포함하는 암흑 물질 시나리오를 제한하는 엄격한 병합율 상한선을 확립하였다.
원저자: 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. 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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. 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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
원본 논문은 CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기
중력은 별과 은하 사이의 광활한 빈 공간을 가로질러 뻗어 있는, 우주를 하나로 묶어주는 보이지 않는 실입니다. 수십 년 동안 과학자들은 거대한 천체들이 충돌할 때 발생하는 현상인 중력파를 통해 이 힘이 만들어내는 물결에 귀를 기울여 왔습니다. 이 물결은 블랙홀의 충돌이나 죽은 별의 밀도 높은 잔해인 중성자별의 병합과 같이, 우주에서 일어나는 가장 격렬한 사건들의 이야기를 전달합니다. 우리는 항성 질량 블랙홀의 깊고 무거운 울림은 들어왔지만, 훨씬 더 가벼운 천체의 존재에 대해서는 여전히 조용한 의문을 품고 있습니다. 태양보다 무게가 덜 나가는 블랙홀이나 중성자별이 존재할 수 있을까요? 이러한 "태양 미만(sub-solar)" 천체들은 보통 무거운 핵을 남기는 일반적인 별의 죽음을 통해서는 형성될 수 없는 것들입니다. 만약 이들이 존재한다면, 그것들은 아마도 빅뱅 직후의 첫 순간들에 형성되었거나 빛과 상호작용하지 않는 신비로운 형태의 물질에 의해 만들어진, 완전히 이색적인 존재일 것입니다. 이들을 찾아내는 것은 우주가 어떻게 구성되어 있는지, 그리고 은하를 붙잡아 주는 보이지 않는 물질인 암흑물질이 실제로 무엇인지에 대한 우리의 이해를 새로 쓰게 될 것입니다.
이 질문에 답하기 위해, 전 세계 과학자 팀은 인류 역사상 가장 민감한 귀를 사용했습니다. 바로 LIGO, Virgo, KAGRA 검출기입니다. 미국, 이탈리아, 일본에 위치한 이 장치들은 지나가는 중력파에 의해 발생하는 시공간의 미세한 왜곡을 감지하도록 설계되었습니다. 연구진은 협력 연구의 네 번째 주요 관측 기간의 두 번째 부분인 2024년 4월부터 2025년 1월까지의 특정 기간에 집중하여, 수집된 데이터를 분석했습니다. 그들은 최소 한 개의 천체가 태양보다 가벼운 쌍성계(두 개의 밀집된 천체가 서로를 주위로 회전하는 계)로부터 오는 신호를 찾았습니다. 그들의 탐색은 가벼운 천체의 질량이 태양 질량의 0.2배에서 1배 사이이고, 더 무거운 파트너의 질량이 태양의 0.2배에서 10배 사이인 경우를 포함한 넓은 범위를 포괄했습니다.
연구팀은 데이터 속에 숨겨진 잠재적인 신호를 잡아내기 위해 각각이 별개의 필터 역할을 하는 세 가지 서로 다른 독립적인 컴퓨터 프로그램을 사용했습니다. 이 프로그램들은 검출기 데이터와 수백만 개의 이론적인 파형을 비교하며, 실제 우주 사건을 나타내는 일치점을 찾았습니다. 결과는 깨끗한 swept(전멸)였습니다. 즉, 이러한 경량 병합의 확정된 탐지는 없었습니다. 컴퓨터가 일반적인 정적 소음 속에서 눈에 띄는 몇몇 특이한 후보들을 표시하기도 했으나, 추가 조사 결과 이들은 우주로부터 온 신호가 아님이 밝혀졌습니다. 대신 이들은 검출기의 무작위 변동이나 주변 환경의 소음과 일치했습니다. 두 프로그램에 의해 식별된 가장 유의미한 가짜 경보조차도, 과학자들이 발견이라고 주장할 수 있는 수준의 확실성에 도달하지 못했습니다. 중력파 천문학의 세계에서 단 하나의 사건만으로는 충분하지 않습니다. 신호는 그것이 우연일 가능성을 배제할 수 있을 만큼 강력해야 하며, 이 후보들은 그 문턱에 미치지 못했습니다.
비록 그들이 찾던 천체들을 발견하지는 못했지만, 이 탐색은 실패라고 볼 수 없습니다. 아무것도 발견하지 못함으로써, 연구팀은 이러한 천체들이 얼마나 흔할 수 있는지에 대한 엄격한 제한치를 설정할 수 있었습니다. 그들은 만약 태양 미만 질량의 블랙홀이 존재한다면, 그것들은 믿을 수 없을 정도로 희귀할 것이라고 계산했습니다. 구체적으로, 그들은 정확한 질량에 따라 달라지겠지만, 우주에서의 이러한 병합 비율이 10억 입방 광년당 연간 수천 건을 초 exceed(초과)할 수 없음을 결정했습니다. 이러한 탐지 부재는 두 가지 주요 암흑물질 이론에 대해 강력한 제약을 가할 수 있게 해줍니다.
첫 번째 이론은 원시 블랙홀(primordial black holes)과 관련이 있는데, 이는 죽어가는 별이 아니라 초기 우주의 밀도 높은 덩어리들로부터 형성되었다고 가정되는 가상의 블랙홀입니다. 만약 이 천체들이 암흑물질의 상당 부분을 차지하고 있다면, 검출기들은 지금까지 이들이 충돌하는 소리를 들었어야 합니다. 새로운 데이터는 원시 블랙홀이 태양과 유사한 질량을 가진 경우 암흑물질의 아주 작은 부분, 구체적으로는 약 3% 미만만을 차지할 수 있으며, 더 가벼운 경우에는 그보다 더 적은 비중을 차지한다는 것을 시사합니다. 두 번째 이론은 "소산적 암로물질(dissipative dark matter)"에 관한 것으로, 이는 암흑물질 입자들이 가스가 냉각되어 별을 형성하는 방식과 유사하게 복잡한 방식으로 서로 상호작용한다는 모델입니다. 이 시나리오에서 암흑물질은 자신만의 버전의 블랙홀을 형성할 수 있습니다. 연구 결과는 만약 이러한 어두운 블랙홀들이 존재하고 암흑물질 전체를 구성한다면, 그것들은 반드시 특정 최소 질량보다 무거워야 함을 나타내며, 사실상 이 이론의 가장 가벼운 버전들을 배제합니다.
이 연구는 또한 죽은 별의 초고밀도 핵인 중성자별로 범위를 확장했습니다. 표준적인 중성자별은 보통 태양보다 무겁지만, 특정 조건 하에서는 더 가벼운 버전이 존재할 수 있다는 이론이 있습니다. 연구진은 자신들의 검출기가 이러한 더 가벼운 중성자별에 어떻게 반응할지를 시뮬레이션했으며, 그들의 탐색이 만약 이들이 흔하다면 이를 감지할 수 있을 만큼 민감하다는 것을 확인했습니다. 그들은 이러한 가벼운 중성자별을 포함한 병합 비율 또한 매우 낮다는 결론을 내렸으며, 10억 입방 광년당 연간 약 250건이라는 상한선을 설정했습니다. 이 작업은 암흑물질 이론에 대한 그물을 좁힐 뿐만 아니라, 글로벌 검출기 네트워크의 성장하는 능력을 입증합니다. 장치들이 더욱 민감해지고 관측 기간이 계속됨에 따라, 태양 미만 질량의 우주를 향한 창은 더욱 명확해질 것이며, 이는 과학자들이 이 신비로운 천체들을 발견하거나 혹은 그 존재에 대한 문을 확정적으로 닫는 데 더 가까워지게 할 것입니다.
기술 요약: LIGO–Virgo–KAGRA의 네 번째 관측 주기 두 번째 부분 데이터에서의 아태양 질량 성분을 가진 컴팩트 이중 병합 탐색
문제 및 동기
중력파(GW) 검출기는 주로 항성 질량 규모의 컴팩트 천체(질량이 1M⊙ 이상인 블랙홀 및 중성자별)의 병합에 민감하다. 그러나 아태양 질량(SSM) 성분(질량 <1M⊙)을 포함하는 컴팩트 이중 병합(CBC)의 탐지는 표준 항성 진화 과정을 넘어서는 이색적인 형성 경로에 대한 증거를 제공할 것이다. 두 가지 주요 동기가 이 탐색을 추진한다:
- 원시 블랙홀(PBHs): PBH는 암흑 물질의 후보이다. PBH는 넓은 질량 스펙트럼을 가질 수 있지만, 아태양 질량 블랙홀의 탐지는 이들을 항성 블랙홀과 확실히 구별해 줄 것이다. 왜냐하면 알려진 천문학적 경로 중 어떤 것도 찬드라세카르 한계 미만의 항성 질량 블랙홀을 생성하지 않기 때문이다.
- 소산적 암흑 물질(Dissipative Dark Matter): 복잡한 입자 상호작용을 가진 암흑 물질(소산적 암흑 물질) 모델은 밀도가 높은 헤일로 내에서 "암흑 블랙홀(DBHs)"의 형성을 예측한다. 이러한 천체들의 병합률은 질량에 반비례하므로, SSM DBH는 높은 병합률을 가질 수 있어 암흑 물질의 미시 물리학을 조사하는 도구가 될 수 있다.
또한, SSM 탐색은 저질량 중성자별(특정 천문학적 메커니즘, 예: 쌍성계에서의 질량 박리 또는 중성자 풍부 디스크를 통한 형성)을 포함하는 이중 중성자별(BNS) 계에도 민감하다.
방법론
본 분석은 2024년 4월 10일부터 2025년 1월 28일까지의 LIGO–Virgo–KAGRA(LVK) 협력의 네 번째 관측 주기 두 번째 부분(O4b) 데이터를 활용한다. 이 기간에는 두 대의 LIGO 검출기와 하나의 Virgo 검출기의 동시 운용이 포함된다.
- 탐색 파이프라인: 세 가지 독립적인 매칭 필터링 파이프라인인 GstLAL, MBTA, PyCBC가 변형 데이터(strain data)를 분석하였다.
- 매개변수 공간: 탐색은 이차 질량(m2)이 0.2M⊙에서 1M⊙ 사이이고, 일차 질량(m1)이 0.2M⊙에서 10M⊙ 사이인 CBC를 대상으로 하였다. 질량비 q=m2/m1은 0.1≤q≤1로 제한되었다.
- 템플릿 뱅크: 템플릿 뱅크는 지정된 질량 범위를 커버하도록 구성되었으며, 질량이 ≥0.5M⊙인 경우 스핀 크기 χ≤0.9, ≤0.5M⊙인 경우 χ≤0.1로 설정되었다. 파형 모델에는 IMRPhenomD, SEOBNRv4ROM, TaylorF2, SpinTaylorT4가 포함되었으며, 계산 비용을 관리하기 위해 저주파 차단 주파수는 일반적으로 45 Hz(MBTA 필터링의 경우 35 Hz)로 설정되었다.
- 민감도 추정: 민감도는 주입 캠페인(injection campaign)을 사용하여 "민감한 하이퍼볼륨"(⟨VT⟩)을 통해 정량화되었다. 약 3.7×107개의 시뮬레이션 신호(BBH 및 BNS)가 O4b 데이터에 추가되었다. 분석은 O4a와 O4b의 결과를 혼합 모델(mixture model)을 사용하여 결합함으로써 전체 관측 기간에 대한 강건한 민감도 추정치를 도출하였다.
- 후보자 유의성: 후보자들은 허위 경보율(FAR)에 따라 순위가 매겨졌다. 유의성은 배경 노이즈 분포에 대해 평가되었으며, 여러 파이프라인 및 관측 주기에 걸친 누적 유의성을 고려하기 위해 시행 횟수(trials factor)가 고려되었다.
주요 결과
- 탐지 상태: 유의미한 GW 후보자는 식별되지 않았다. GstLAL(S240422ed)과 MBTA(S241229bq) 파이프라인에서 두 개의 이상치 후보가 보고되었다. 그러나 후속 분석 결과 이들은 노이즈 변동과 일치하는 것으로 나타났다. S240422ed는 저지연 탐색에서 이전에 식별되었으나 오프라인 SSM 탐색에서는 유의성을 잃었다. S241229bq는 MBTA에서 0.0043 yr−1 (약 2.8σ)의 FAR를 보였으나, 다른 파이프라인에서는 노이즈와 일치하였고 시행 횟수를 고려했을 때 유의성 임계값을 통과하지 못했다.
- 병합률 한계: 무검출(null detection)을 바탕으로, SSM BBH에 대한 90% 신뢰 수준의 병합률 상한선(R90)이 설정되었다.
- 저스핀 SSM BBH의 경우, 가장 엄격한 한계치는 구성 질량 조합에 따라 50 ~ 5000 Gpc−3yr−1 범위이다.
- 단순 고정 인구 모델을 가정할 때, SSM BNS 시스템의 상한치는 249 Gpc−3yr−1이다.
- 암흑 물질 제약:
- 원시 블랙홀: 단색 질량 분포를 가정할 때, 암흑 물질 중 PBH의 분율(fPBH)은 초기 형성 쌍성의 경우 1M⊙에서 ≤(0.018–0.032), 0.35M⊙에서 ≤(0.10–0.18)로 제약된다. 후기 형성 쌍성의 경우, (0.62–0.74)M⊙ 이상의 질량에 대해 fPBH<1이 배제된다.
- 소산적 암흑 물질: 원자적 암흑 물질 모델의 경우, 최소 질량이 (0.65–0.85)M⊙일 때 암흑 물질 중 DBH의 분율(fDBH)은 (1.0–1.1)×10−5까지 제약된다. 만약 DBH가 모든 암흑 물질을 구성한다면(fDBH=1), (4.2–4.4)×10−2M⊙ 이상의 최소 질량은 배제된다.
의의 및 주장
본 논문은 LVK의 SSM 탐색 중 지금까지 가장 포괄적인 결과를 제시하며, O4a 실행으로부터 얻은 이전의 제약치를 업데이트한다. 주요 의의는 아태양 질량 컴팩트 천체의 존재량에 대한 업데이트되고 강화된 제약을 제공한다는 것이며, 이는 특정 암흑 물질 시나리오(PBH 및 소산적 DBH)의 생존 가능성을 직접적으로 제한한다.
저자들은 검출의 부재가 존재의 증거가 아닌 **상한값(upper limits)**을 제공한다는 점을 강조한다. PBH 분율에 대한 제약은 무작위 중력파 배경(stochastic GW background)의 비관측으로부터 도출된 것과 상호 보완적이다. 소산적 암흑 물질의 경우, 결과는 특정 최소 DBH 질량 범위와 암흑 물질 밀도 분율을 배제함으로써 암흑 물질 모델의 미시 물리학을 조사한다.
또한, 본 논문은 조석 효과(tidal effects)를 주입 파형에 포함한 SSM BNS 시스템에 대한 첫 번째 민감도 추정을 강조하며, 템플릿 불일치(template mismatch)로 인해 BBH 탐색에 비해 민감도가 약간 감소하지만 탐색이 저질량 중성자별 집단을 조사하는 데 여전히 효과적임을 보여준다. 저자들은 향가 민감도와 관측 시간이 증가할 향후 관측 주기(O4c 및 그 이후)가 이러한 제약을 더욱 개선하거나 잠재적으로 신호를 탐지할 것으로 기대한다.
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