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Search for subsolar-mass ultracompact binaries in advanced LIGO's first observing Run

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., Agarwal, B., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O.D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Allen, B., Allen, G., Allocca, A., Aloy, M.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., Arène, M., Arnaud, N., Arun, K.G., Ascenzi, S., Ashton, G., Ast, M., Aston, S.M., Astone, P., Atallah, D.V., Aubin, F., Aufmuth, P., Aulbert, C., AultONeal, K., Austin, C., Avila-Alvarez, A., Babak, S., Bacon, P., Badaracco, F., Bader, M.K.M., Bae, S., Baker, P.T., Baldaccini, F., Ballardin, G., Ballmer, S.W., Banagiri, S., Barayoga, J.C., Barclay, S.E., Barish, B.C., Barker, D., Barkett, K., Barnum, S., Barone, F., Barr, B., Barsotti, L., Barsuglia, M., Barta, D., Bartlett, J., Bartos, I., Bassiri, R., Basti, A., Batch, J.C., Bawaj, M., Bayley, J.C., Bazzan, M., Bécsy, B., Beer, C., Bejger, M., Belahcene, I., Bell, A.S., Beniwal, D., Bensch, M., Berger, B.K., Bergmann, G., Bernuzzi, S., Bero, J.J., Berry, C.P.L., Bersanetti, D., Bertolini, A., Betzwieser, J., Bhandare, R., Bilenko, I.A., Bilgili, S.A., Billingsley, G., Billman, C.R., Birch, J., Birney, R., Birnholtz, O., Biscans, S., Biscoveanu, S., Bisht, A., Bitossi, M., Bizouard, M.A., Blackburn, J.K., Blackman, J., Blair, C.D., Blair, D.G., Blair, R.M., Bloemen, S., Bock, O., Bode, N., Boer, M., Boetzel, Y., Bogaert, G., Bohe, A., Bondu, F., Bonilla, E., Bonnand, R., Booker, P., Boom, B.A., Booth, Callum, Bork, R., Boschi, V., Bose, S., Bossie, K., Bossilkov, V., Bosveld, J., Bouffanais, Y., Bozzi, A., Bradaschia, C., Brady, P.R., Bramley, A., Branchesi, M., Brau, J.E., Briant, T., Brighenti, F., Brillet, A., Brinkmann, M., Brisson, V., Brockill, P., Brooks, A.F., Brown, D.D., Brunett, S., Buchanan, C.C., Buikema, A., Bulik, T., Bulten, H.J., Buonanno, A., Buskulic, D., Buy, C., Byer, R.L., Cabero, M., Cadonati, L., Cagnoli, G., Cahillane, C., Calderón Bustillo, J., Callister, T.A., Calloni, E., Camp, J.B., Canepa, M., Canizares, P., Cannon, K.C., Cao, H., Cao, J., Capano, C.D., Capocasa, E., Carbognani, F., Caride, S., Carney, M.F., Casanueva Diaz, J., Casentini, C., Caudill, S., Cavaglià, M., Cavalier, F., Cavalieri, R., Cella, G., Cepeda, C.B., Cerdá-Durán, P., Cerretani, G., Cesarini, E., Chaibi, O., Chamberlin, S.J., Chan, M., Chao, S., Charlton, P., Chase, E., Chassande-Mottin, E., Chatterjee, D., Cheeseboro, B.D., Chen, H.Y., Chen, X., Chen, Y., Cheng, H.-P., Chia, H.Y., Chincarini, A., Chiummo, A., Chmiel, T., Cho, H.S., Cho, M., Chow, J.H., Christensen, N., Chu, Q., Chua, A.J.K., Chua, S., Chung, K.W., Chung, S., Ciani, G., Ciobanu, A.A., Ciolfi, R., Cipriano, F., Cirelli, C.E., Cirone, A., Clara, F., Clark, J.A., Clearwater, P., Cleva, F., Cocchieri, C., Coccia, E., Cohadon, P.-F., Cohen, D., Colla, A., Collette, C.G., Collins, C., Cominsky, L.R., Constancio, M., Conti, L., Cooper, S.J., Corban, P., Corbitt, T.R., Cordero-Carrión, I., Corley, K.R., Cornish, N., Corsi, A., Cortese, S., Costa, C.A., Cotesta, R., Coughlin, M.W., Coughlin, S.B., Coulon, J.-P., Countryman, S.T., Couvares, P., Covas, P.B., Cowan, E.E., Coward, D.M., Cowart, M.J., Coyne, D.C., Coyne, R., Creighton, J.D.E., Creighton, T.D., Cripe, J., Crowder, S.G., Cullen, T.J., Cumming, A., Cunningham, L., Cuoco, E., Canton, T. Dal, Dálya, G., Danilishin, S.L., D?Antonio, S., Danzmann, K., Dasgupta, A., Da Silva Costa, C.F., Dattilo, V., Dave, I., Davier, M., Davis, D., Daw, E.J., Day, B., DeBra, D., Deenadayalan, M., Degallaix, J., De Laurentis, M., Deléglise, S., Del Pozzo, W., Demos, N., Denker, T., Dent, T., De Pietri, R., Derby, J., Dergachev, V., De Rosa, R., De Rossi, C., DeSalvo, R., Deutsch, A.S., de Varona, O., Dhurandhar, S., Díaz, M.C., Di Fiore, L., Di Giovanni, M., Di Girolamo, T., Di Lieto, A., Ding, B., Di Pace, S., Di Palma, I., Di Renzo, F., Dmitriev, A., Doctor, Z., Dolique, V., Donovan, F., Dooley, Katherine

, Doravari, S., Dorrington, Iain, Dovale Álvarez, M., Downes, T.P., Drago, M., Dreissigacker, C., Driggers, J.C., Du, Z., Dupej, P., Dwyer, S.E., Easter, P.J., Edo, T.B., Edwards, M.C., Effler, A., Eggenstein, H.-B., Ehrens, P., Eichholz, J., Eikenberry, S.S., Eisenmann, M., Eisenstein, R.A., Essick, R.C., Estelles, H., Estevez, D., Etienne, Z.B., Etzel, T., Evans, M., Evans, T.M., Fafone, V., Fair, H., Fairhurst, Stephen

, Fan, X., Farinon, S., Farr, B., Farr, W.M., Fauchon-Jones, Edward, Favata, M., Fays, Maxime, Fee, C., Fehrmann, H., Feicht, J., Fejer, M.M., Feng, F., Fernandez-Galiana, A., Ferrante, I., Ferreira, E.C., Ferrini, F., Fidecaro, F., Fiori, I., Fiorucci, D., Fishbach, M., Fisher, R.P., Fishner, J.M., Fitz-Axen, M., Flaminio, R., Fletcher, M., Fong, H., Font, J.A., Forsyth, P.W.F., Forsyth, S.S., Fournier, J.-D., Frasca, S., Frasconi, F., Frei, Z., Freise, A., Frey, R., Frey, V., Fritschel, P., Frolov, V.V., Fulda, P., Fyffe, M., Gabbard, H.A., Gadre, B.U., Gaebel, S.M., Gair, J.R., Gammaitoni, L., Ganija, M.R., Gaonkar, S.G., Garcia, A., García-Quirós, C., Garufi, F., Gateley, B., Gaudio, S., Gaur, G., Gayathri, V., Gemme, G., Genin, E., Gennai, A., George, D., George, J., Gergely, L., Germain, V., Ghonge, S., Ghosh, Abhirup, Ghosh, Archisman, Ghosh, S, Giacomazzo, B., Giaime, J.A., Giardina, K.?D., Giazotto, A., Gill, K., Giordano, G., Glover, L., Goetz, E., Goetz, R., Goncharov, B., González, G., Gonzalez Castro, J.M., Gopakumar, A., Gorodetsky, M.L., Gossan, S.E., Gosselin, M., Gouaty, R., Grado, A., Graef, C., Granata, M., Grant, A., Gras, S., Gray, C., Greco, G., Green, A.C., Green, Rhys, Gretarsson, E.M., Groot, P., Grote, Hartmut

, Grunewald, S., Gruning, P., Guidi, G.M., Gulati, H.K., Guo, X., Gupta, A., Gupta, M.K., Gushwa, K.E., Gustafson, E.K., Gustafson, R., Halim, O., Hall, B.R., Hall, E.D., Hamilton, Eleanor, Hamilton, H.F., Hammond, G., Haney, M., Hanke, M.M., Hanks, J., Hanna, C., Hannuksela, O.A., Hanson, J., Hardwick, T., Harms, J., Harry, G.M., Harry, I.W., Hart, M.J., Haster, C.-J., Haughian, K., Healy, J., Heidmann, A., Heintze, M.C., Heitmann, H., Hello, P., Hemming, G., Hendry, M., Heng, I.S., Hennig, J., Heptonstall, A.W., Hernandez, F.J., Heurs, M., Hild, S., Hinderer, T., Hoak, D., Hochheim, S., Hofman, D., Holland, N.A., Holt, K., Holz, D.E., Hopkins, Paul

, Horst, C., Hough, J., Houston, E.A., Howell, E.J., Hreibi, A., Huerta, E.A., Huet, D., Hughey, B., Hulko, M., Husa, S., Huttner, S.H., Huynh-Dinh, T., Iess, A., Indik, N., Ingram, C., Inta, R., Intini, G., Isa, H.N., Isac, J.-M., Isi, M., Iyer, B.R., Izumi, K., Jacqmin, T., Jani, K., Jaranowski, P., Johnson, D.S., Johnson, W.W., Jones, D.I., Jones, R., Jonker, R.J.G., Ju, L., Junker, J., Kalaghatgi, Chinmay

, Kalogera, V., Kamai, B., Kandhasamy, S., Kang, G., Kanner, J.B., Kapadia, S.J., Karki, S., Karvinen, K.S., Kasprzack, M., Katolik, M., Katsanevas, S., Katsavounidis, E., Katzman, W., Kaufer, S., Kawabe, K., Keerthana, N.V., Kéfélian, F., Keitel, D., Kemball, A.J., Kennedy, R., Key, J.S., Khalili, F.Y., Khamesra, B., Khan, H., Khan, I., Khan, S., Khan, Z., Khazanov, E.A., Kijbunchoo, N., Kim, Chunglee, Kim, J.C., Kim, K., Kim, W., Kim, W.S., Kim, Y.-M., King, E.J., King, P.J., Kinley-Hanlon, M., Kirchhoff, R., Kissel, J.S., Kleybolte, L., Klimenko, S., Knowles, T.D., Koch, P., Koehlenbeck, S.M., Koley, S., Kondrashov, V., Kontos, A., Korobko, M., Korth, W.Z., Kowalska, I., Kozak, D.B., Krämer, C., Kringel, V., Królak, A., Kuehn, G., Kumar, Prayush, Kumar, R., Kumar, S., Kuo, L., Kutynia, A., Kwang, S., Lackey, B.D., Lai, K.H., Landry, M., Lang, R.N., Lange, J., Lantz, B., Lanza, R.K., Lartaux-Vollard, A., Lasky, P.D., Laxen, M., Lazzarini, A., Lazzaro, C., Leaci, P., Leavey, S., Lee, C.H., Lee, H.K., Lee, H.M., Lee, H.W., Lee, K., Lehmann, J., Lenon, A., Leonardi, M., Leroy, N., Letendre, N., Levin, Y., Li, J., Li, T.G.F., Li, X., Linker, S.D., Littenberg, T.B., Liu, J., Liu, X., Lo, R.K.L., Lockerbie, N.A., London, Lionel

, Longo, A., Lorenzini, M., Loriette, V., Lormand, M., Losurdo, G., Lough, J.D., Lovelace, G., Lück, H., Lumaca, D., Lundgren, A.P., Lynch, R., Ma, Y., Macas, Ronaldas, Macfoy, S., Machenschalk, B., MacInnis, M., MacLeod, Duncan

, Magaña Hernandez, I., Magaña-Sandoval, F., Magaña Zertuche, L., Magee, R.M., Majorana, E., Maksimovic, I., Man, N., Mandic, V., Mangano, V., Mansell, G.L., Manske, M., Mantovani, M., Marchesoni, F., Marion, F., Márka, S., Márka, Z., Markakis, C., Markosyan, A.S., Markowitz, A., Maros, E., Marquina, A., Martelli, F., Martellini, L., Martin, I.W., Martin, R.M., Martynov, D.V., Mason, K., Massera, E., Masserot, A., Massinger, T.J., Masso-Reid, M., Mastrogiovanni, S., Matas, A., Matichard, F., Matone, L., Mavalvala, N., Mazumder, N., McCann, J.J., McCarthy, R., McClelland, D.E., McCormick, S., McCuller, L., McGuire, S.C., McIver, J., McManus, D.J., McRae, T., McWilliams, S.T., Meacher, D., Meadors, G.D., Mehmet, M., Meidam, J., Mejuto-Villa, E., Melatos, A., Mendell, G., Mendoza-Gandara, D., Mercer, R.A., Mereni, L., Merilh, E.L., Merzougui, M., Meshkov, S., Messenger, C., Messick, C., Metzdorff, R., Meyers, P.M., Miao, H., Michel, C., Middleton, H., Mikhailov, E.E., Milano, L., Miller, A.?L., Miller, A., Miller, B.?B., Miller, J., Millhouse, M., Mills, Joseph

, Milovich-Goff, M.C., Minazzoli, O., Minenkov, Y., Ming, J., Mishra, C., Mitra, S., Mitrofanov, V.P., Mitselmakher, G., Mittleman, R., Moffa, D., Mogushi, K., Mohan, M., Mohapatra, S.R.P., Montani, M., Moore, C.J., Moraru, D., Moreno, G., Morisaki, S., Mours, B., Mow-Lowry, C.M., Mueller, G., Muir, Alistair

, Mukherjee, Arunava, Mukherjee, D., Mukherjee, S., Mukund, N., Mullavey, A., Munch, J., Muñiz, E.A., Muratore, M., Murray, P.G., Nagar, A., Napier, K., Nardecchia, I., Naticchioni, L., Nayak, R.K., Neilson, J., Nelemans, G., Nelson, T.J.N., Nery, M., Neunzert, A., Nevin, L., Newport, J.M., Ng, K.Y., Ng, S., Nguyen, P., Nguyen, T.T., Nichols, D., Nielsen, A.?B., Nissanke, S., Nitz, A., Nocera, F., Nolting, D., North, Christopher, Nuttall, Laura

, Obergaulinger, M., Oberling, J., O'Brien, B.D., O'Dea, G.D., Ogin, G.H., Oh, J.J., Oh, S.H., Ohme, F., Ohta, H., Okada, M.A., Oliver, M., Oppermann, P., Oram, Richard J., O'Reilly, B., Ormiston, R., Ortega, L.F., O'Shaughnessy, R., Ossokine, S., Ottaway, D.J., Overmier, H., Owen, B.?J., Pace, A.E., Pagano, G., Page, J., Page, M.A., Pai, A., Pai, S.A., Palamos, J.R., Palashov, O., Palomba, C., Pal-Singh, A., Pan, Howard, Pan, Huang-Wei, Pang, B., Pang, P.T.H., Pankow, C., Pannarale Greco, Francesco

, Pant, B.?C., Paoletti, F., Paoli, A., Papa, M.A., Parida, A., Parker, W., Pascucci, D., Pasqualetti, A., Passaquieti, R., Passuello, D., Patil, M., Patricelli, B., Pearlstone, B.L., Pedersen, Christian, Pedraza, M., Pedurand, R., Pekowsky, L., Pele, A., Penn, S., Perez, C.J., Perreca, A., Perri, L.M., Pfeiffer, H.P., Phelps, M., Phukon, K.S., Piccinni, O.J., Pichot, M., Piergiovanni, F., Pierro, V., Pillant, G., Pinard, L., Pinto, I.M., Pirello, M., Pitkin, M., Poggiani, R., Popolizio, P., Porter, E.K., Possenti, L., Post, A., Powell, J., Prasad, J., Pratt, J.W.W., Pratten, G., Predoi, Valeriu

, Prestegard, T., Principe, M., Privitera, S., Prodi, G.?A., Prokhorov, L.?G., Puncken, O., Punturo, M., Puppo, P., Pürrer, M., Qi, H., Quetschke, V., Quintero, E.A., Quitzow-James, R., Raab, F.J., Rabeling, D.S., Radkins, H., Raffai, P., Raja, S., Rajan, C., Rajbhandari, B., Rakhmanov, M., Ramirez, K.E., Ramos-Buades, A., Rana, Javed, Rapagnani, P., Raymond, Vivien

, Razzano, M., Read, J., Regimbau, T., Rei, L., Reid, S., Reitze, D.H., Ren, W., Ricci, F., Ricker, P.M., Riles, K., Rizzo, M., Robertson, N.A., Robie, R., Robinet, F., Robson, T., Rocchi, A., Rolland, L., Rollins, J.G., Roma, V.J., Romano, R., Romel, C.L., Romie, J.H., Rosinska, D., Ross, M.P., Rowan, S., Rüdiger, A., Ruggi, P., Rutins, G., Ryan, K., Sachdev, S., Sadecki, T., Sakellariadou, M., Salconi, L., Saleem, M., Salemi, F., Samajdar, A., Sammut, L., Sampson, L.M., Sanchez, E.J., Sanchez, L.E., Sanchis-Gual, N., Sandberg, V., Sanders, J.R., Sarin, N., Sassolas, B., Sathyaprakash, Bangalore

, Saulson, P.R., Sauter, O., Savage, R.L., Sawadsky, A., Schale, P., Scheel, M., Scheuer, J., Schmidt, P., Schnabel, R., Schofield, R.M.S., Schönbeck, A., Schreiber, E., Schuette, D., Schulte, B.W., Schutz, Bernard

, Schwalbe, S.G., Scott, J., Scott, S.M., Seidel, E., Sellers, D., Sengupta, A.S., Sentenac, D., Sequino, V., Sergeev, A., Setyawati, Y., Shaddock, D.A., Shaffer, T.J., Shah, A.A., Shahriar, M.S., Shaner, M.B., Shao, L., Shapiro, B., Shawhan, P., Shen, H., Shoemaker, D.H., Shoemaker, D.M., Siellez, K., Siemens, X., Sieniawska, M., Sigg, D., Silva, A.D., Singer, L.P., Singh, A., Singhal, A., Sintes, A.M., Slagmolen, B.J.J., Slaven-Blair, T.J., Smith, B., Smith, J.R., Smith, R.J.E., Somala, S., Son, E.J., Sorazu, B., Sorrentino, F., Souradeep, T., Spencer, A.P., Srivastava, A.K., Staats, K., Steinke, M., Steinlechner, J., Steinlechner, S., Steinmeyer, D., Steltner, B., Stevenson, S.P., Stocks, D., Stone, R., Stops, D.J., Strain, K.A., Stratta, G., Strigin, S.E., Strunk, A., Sturani, R., Stuver, A.L., Summerscales, T.Z., Sun, L., Sunil, S., Suresh, J., Sutton, Patrick

, Swinkels, B.L., Szczepaczyk, M.J., Tacca, M., Tait, S.C., Talbot, C., Talukder, D., Tanner, D.B., Tápai, M., Taracchini, A., Tasson, J.D., Taylor, J.A., Taylor, R., Tewari, S.V., Theeg, T., Thies, F., Thomas, E.G., Thomas, M., Thomas, P., Thorne, K.A., Thrane, E., Tiwari, S., Tiwari, Vaibhav, Tokmakov, K.V., Toland, K., Tonelli, M., Tornasi, Z., Torres-Forné, A., Torrie, C.I., Töyrä, D., Travasso, F., Traylor, G., Trinastic, J., Tringali, M.C., Trozzo, L., Tsang, K.W., Tse, M., Tso, R., Tsuna, D., Tsukada, L., Tuyenbayev, D., Ueno, K., Ugolini, D., Urban, A.L., Usman, Samantha, Vahlbruch, H., Vajente, G., Valdes, G., van Bakel, N., van Beuzekom, M., van den Brand, J.F.J., Van Den Broeck, C., Vander-Hyde, D.C., van der Schaaf, L., van Heijningen, J.V., van Veggel, A.A., Vardaro, M., Varma, V., Vass, S., Vasúth, M., Vecchio, A., Vedovato, G., Veitch, J., Veitch, P.J., Venkateswara, K., Venugopalan, G., Verkindt, D., Vetrano, F., Viceré, A., Viets, A.D., Vinciguerra, S., Vine, D.J., Vinet, J.-Y., Vitale, S., Vo, T., Vocca, H., Vorvick, C., Vyatchanin, S.P., Wade, A.R., Wade, L.E., Wade, M., Walet, R., Walker, M., Wallace, L., Walsh, S., Wang, G., Wang, H., Wang, J.Z., Wang, W.H., Wang, Y.F., Ward, R.L., Warner, J., Was, M., Watchi, J., Weaver, B., Wei, L.-W., Weinert, M., Weinstein, A.J., Weiss, R., Wellmann, F., Wen, L., Wessel, E.K., Weßels, P., Westerweck, J., Wette, K., Whelan, J.T., Whiting, B.F., Whittle, C., Wilken, D., Williams, D., Williams, R.D., Williamson, A.R., Willis, J.L., Willke, B., Wimmer, M.H., Winkler, W., Wipf, C.C., Wittel, H., Woan, G., Woehler, J., Wofford, J.K., Wong, W.K., Worden, J., Wright, J.L., Wu, D.S., Wysocki, D.M., Xiao, S., Yam, W., Yamamoto, H., Yancey, C.C., Yang, L., Yap, M.J., Yazback, M., Yu, Hang, Yu, Haocun, Yvert, M., Zadrony, A., Zanolin, M., Zelenova, T., Zendri, J.-P., Zevin, M., Zhang, J., Zhang, L., Zhang, M., Zhang, T., Zhang, Y.-H., Zhao, C., Zhou, M., Zhou, Z., Zhu, S.J., Zhu, X.J., Zucker, M.E., Zweizig, J. and Shandera, S. 2018. Search for subsolar-mass ultracompact binaries in advanced LIGO's first observing Run. Physical Review Letters 121 (23) , -. 10.1103/PhysRevLett.121.231103

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Official URL: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.231103

Abstract

We present the first Advanced LIGO and Advanced Virgo search for ultracompact binary systems with component masses between 0.2 M⊙–1.0 M⊙ using data taken between September 12, 2015 and January 19, 2016. We find no viable gravitational wave candidates. Our null result constrains the coalescence rate of monochromatic (delta function) distributions of nonspinning (0.2 M⊙, 0.2 M⊙) ultracompact binaries to be less than 1.0×106 Gpc−3 yr−1 and the coalescence rate of a similar distribution of (1.0 M⊙, 1.0 M⊙) ultracompact binaries to be less than 1.9×104 Gpc−3 yr−1 (at 90% confidence). Neither black holes nor neutron stars are expected to form below ∼1 M⊙ through conventional stellar evolution, though it has been proposed that similarly low mass black holes could be formed primordially through density fluctuations in the early Universe and contribute to the dark matter density. The interpretation of our constraints in the primordial black hole dark matter paradigm is highly model dependent; however, under a particular primordial black hole binary formation scenario we constrain monochromatic primordial black hole populations of 0.2 M⊙ to be less than 33% of the total dark matter density and monochromatic populations of 1.0 M⊙ to be less than 5% of the dark matter density. The latter strengthens the presently placed bounds from microlensing surveys of massive compact halo objects (MACHOs) provided by the MACHO and EROS Collaborations.

Item Type:	Article
Date Type:	Publication
Status:	Published
Schools:	Physics and Astronomy Advanced Research Computing @ Cardiff (ARCCA)
Publisher:	American Physical Society
ISSN:	0031-9007
Date of First Compliant Deposit:	20 December 2018
Date of Acceptance:	7 December 2018
Last Modified:	05 Jan 2024 05:03
URI:	https://orca.cardiff.ac.uk/id/eprint/117834

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