Constraints on the Primordial Black Hole Abundance from the First Advanced LIGO Observation Run Using the Stochastic Gravitational-Wave Background

被引:170
作者
Wang, Sai [1 ]
Wang, Yi-Fan [1 ]
Huang, Qing-Guo [2 ,3 ,4 ]
Li, Tjonnie G. F. [1 ]
机构
[1] Chinese Univ Hong Kong, Dept Phys, Sha Tin, Hong Kong, Peoples R China
[2] Chinese Acad Sci, Inst Theoret Phys, CAS Key Lab Theoret Phys, Beijing 100190, Peoples R China
[3] Univ Chinese Acad Sci, Sch Phys Sci, 19A Yuquan Rd, Beijing 100049, Peoples R China
[4] Hunan Normal Univ, Synerget Innovat Ctr Quantum Effects & Applicat, Changsha 410081, Hunan, Peoples R China
关键词
EVOLUTION;
D O I
10.1103/PhysRevLett.120.191102
中图分类号
O4 [物理学];
学科分类号
0702 ;
摘要
Advanced LIGO's discovery of gravitational-wave events is stimulating extensive studies on the origin of binary black holes. Assuming that the gravitational-wave events can be explained by binary primordial black hole mergers, we utilize the upper limits on the stochastic gravitational-wave background given by Advanced LIGO as a new observational window to independently constrain the abundance of primordial black holes in dark matter. We show that Advanced LIGO's first observation run gives the best constraint on the primordial black hole abundance in the mass range 1M(circle dot) less than or similar to M-PBH less than or similar to 100M(circle dot), pushing the previous microlensing and dwarf galaxy dynamics constraints tighter by 1 order of magnitude. Moreover, we discuss the possibility to detect the stochastic gravitational-wave background from primordial black holes, in particular from subsolar mass primordial black holes, by Advanced LIGO in the near future.
引用
收藏
页数:6
相关论文
共 77 条
[1]   GW150914: The Advanced LIGO Detectors in the Era of First Discoveries [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (13)
[2]   GW170608: Observation of a 19 Solar-mass Binary Black Hole Coalescence [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D. V. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2017, 851 (02)
[3]   GW170814: A Three-Detector Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Coalescence [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Afrough, M. ;
Agarwal, B. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Amato, A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Angelova, S. V. ;
Antier, S. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atallah, D. V. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
AultONeal, K. ;
Austin, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (14)
[4]   Upper Limits on the Stochastic Gravitational-Wave Background from Advanced LIGO's First Observing Run [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Ananyeva, A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Appert, S. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Avila-Alvarez, A. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (12)
[5]  
Abbott BP, 2017, PHYS REV LETT, V118, DOI [10.1103/PhysRevLett.118.121102, 10.1103/PhysRevLett.118.221101]
[6]   Binary Black Hole Mergers in the First Advanced LIGO Observing Run [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. .
PHYSICAL REVIEW X, 2016, 6 (04)
[7]   GW150914: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Binary Black Holes [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 116 (13)
[8]   ASTROPHYSICAL IMPLICATIONS OF THE BINARY BLACK HOLE MERGER GW150914 [J].
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. R. ;
Acernese, F. ;
Ackley, K. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. X. ;
Adya, V. B. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Aiello, L. ;
Ain, A. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Altin, P. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. C. ;
Areeda, J. S. ;
Arnaud, N. ;
Arun, K. G. ;
Ascenzi, S. ;
Ashton, G. ;
Ast, M. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Bacon, P. ;
Bader, M. K. M. ;
Baker, P. T. ;
Baldaccini, F. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barclay, S. E. ;
Barish, B. C. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2016, 818 (02)
[9]   High Statistics Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-500 GeV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].
Accardo, L. ;
Aguilar, M. ;
Aisa, D. ;
Alpat, B. ;
Alvino, A. ;
Ambrosi, G. ;
Andeen, K. ;
Arruda, L. ;
Attig, N. ;
Azzarello, P. ;
Bachlechner, A. ;
Barao, F. ;
Barrau, A. ;
Barrin, L. ;
Bartoloni, A. ;
Basara, L. ;
Battarbee, M. ;
Battiston, R. ;
Bazo, J. ;
Becker, U. ;
Behlmann, M. ;
Beischer, B. ;
Berdugo, J. ;
Bertucci, B. ;
Bigongiari, G. ;
Bindi, V. ;
Bizzaglia, S. ;
Bizzarri, M. ;
Boella, G. ;
de Boer, W. ;
Bollweg, K. ;
Bonnivard, V. ;
Borgia, B. ;
Borsini, S. ;
Boschini, M. J. ;
Bourquin, M. ;
Burger, J. ;
Cadoux, F. ;
Cai, X. D. ;
Capell, M. ;
Caroff, S. ;
Carosi, G. ;
Casaus, J. ;
Cascioli, V. ;
Castellini, G. ;
Cernuda, I. ;
Cerreta, D. ;
Cervelli, F. ;
Chae, M. J. ;
Chang, Y. H. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (12)
[10]   Measurement of Separate Cosmic-Ray Electron and Positron Spectra with the Fermi Large Area Telescope [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Allafort, A. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bouvier, A. ;
Bregeon, J. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Dermer, C. D. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Ferrara, E. C. ;
Focke, W. B. ;
Fortin, P. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2012, 108 (01)