Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Constraints on primordial black holes from LIGO-Virgo-KAGRA O3 events

Published 9 May 2024 in astro-ph.CO, astro-ph.HE, and gr-qc | (2405.05732v2)

Abstract: Primordial black holes (PBH) can efficiently form black hole binaries in the early universe. We update the resulting constraints on PBH abundance using data from the third observational run (O3) of LIGO-Virgo-KAGRA. To capture a wide range of PBH scenarios, we consider a variety of mass functions, including critical collapse in the QCD epoch in the presence of non-Gaussianities. Applying hierarchical Bayesian analysis to a population binaries consisting of primordial and astrophysical black holes, we find that, in every scenario, the PBHs can make up at most $f_{\rm PBH} \lesssim 10{-3}$ of dark matter in the mass range $1-200~M_\odot$. The shape and strength of the constraints are insensitive to the type of non-Gaussianities, the modifications to the mass function during the QCD epoch, or the modelling of the astrophysical PBH population.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (87)
  1. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016), arXiv:1602.03837 [gr-qc] .
  2. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. X 9, 031040 (2019a), arXiv:1811.12907 [astro-ph.HE] .
  3. R. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. X 11, 021053 (2021a), arXiv:2010.14527 [gr-qc] .
  4. I. Mandel and A. Farmer, Phys. Rept. 955, 1 (2022), arXiv:1806.05820 [astro-ph.HE] .
  5. B. J. Carr and S. W. Hawking, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 168, 399 (1974).
  6. B. J. Carr, Astrophys. J. 201, 1 (1975).
  7. P. Ivanov, Phys. Rev. D 57, 7145 (1998), arXiv:astro-ph/9708224 .
  8. S. W. Hawking, Phys. Lett. B 231, 237 (1989).
  9. A. Polnarev and R. Zembowicz, Phys. Rev. D 43, 1106 (1991).
  10. J. Garriga and M. Sakellariadou, Phys. Rev. D 48, 2502 (1993), arXiv:hep-th/9303024 .
  11. R. R. Caldwell and P. Casper, Phys. Rev. D 53, 3002 (1996), arXiv:gr-qc/9509012 .
  12. Y. Gouttenoire and E. Vitagliano,   (2023), arXiv:2311.07670 [hep-ph] .
  13. A. M. Green and K. A. Malik, Phys. Rev. D 64, 021301 (2001), arXiv:hep-ph/0008113 .
  14. B. A. Bassett and S. Tsujikawa, Phys. Rev. D 63, 123503 (2001), arXiv:hep-ph/0008328 .
  15. P. Auclair and V. Vennin, JCAP 02, 038 (2021), arXiv:2011.05633 [astro-ph.CO] .
  16. J. Auffinger, Prog. Part. Nucl. Phys. 131, 104040 (2023), arXiv:2206.02672 [astro-ph.CO] .
  17. J. Garcia-Bellido and M. Hawkins,   (2024), arXiv:2402.00212 [astro-ph.GA] .
  18. P. Tisserand et al. (EROS-2), Astron. Astrophys. 469, 387 (2007), arXiv:astro-ph/0607207 .
  19. H. Niikura et al., Nature Astron. 3, 524 (2019a), arXiv:1701.02151 [astro-ph.CO] .
  20. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 121, 231103 (2018), arXiv:1808.04771 [astro-ph.CO] .
  21. B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 123, 161102 (2019b), arXiv:1904.08976 [astro-ph.CO] .
  22. A. H. Nitz and Y.-F. Wang, Phys. Rev. Lett. 126, 021103 (2021a), arXiv:2007.03583 [astro-ph.HE] .
  23. A. H. Nitz and Y.-F. Wang,   (2021b), 10.3847/1538-4357/ac01d9, arXiv:2102.00868 [astro-ph.HE] .
  24. A. H. Nitz and Y.-F. Wang, Phys. Rev. Lett. 127, 151101 (2021c), arXiv:2106.08979 [astro-ph.HE] .
  25. A. H. Nitz and Y.-F. Wang, Phys. Rev. D 106, 023024 (2022), arXiv:2202.11024 [astro-ph.HE] .
  26. R. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 125, 101102 (2020), arXiv:2009.01075 [gr-qc] .
  27.   (2024), arXiv:2404.04248 [astro-ph.HE] .
  28. V. Vaskonen and H. Veermäe, Phys. Rev. D 101, 043015 (2020), arXiv:1908.09752 [astro-ph.CO] .
  29. J. C. Niemeyer and K. Jedamzik, Phys. Rev. D 59, 124013 (1999), arXiv:astro-ph/9901292 .
  30. J. Yokoyama, Phys. Rev. D 58, 107502 (1998), arXiv:gr-qc/9804041 .
  31. K. Jedamzik, Phys. Rev. D 55, 5871 (1997), arXiv:astro-ph/9605152 .
  32. S. Clesse and J. Garcia-Bellido, Phys. Dark Univ. 38, 101111 (2022), arXiv:2007.06481 [astro-ph.CO] .
  33. E. Bagui and S. Clesse, Phys. Dark Univ. 38, 101115 (2022), arXiv:2110.07487 [astro-ph.CO] .
  34. R. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Astrophys. J. Lett. 913, L7 (2021b), arXiv:2010.14533 [astro-ph.HE] .
  35. E. Thrane and C. Talbot, Publ. Astron. Soc. Austral. 36, e010 (2019), [Erratum: Publ.Astron.Soc.Austral. 37, e036 (2020)], arXiv:1809.02293 [astro-ph.IM] .
  36. C. Talbot and J. Golomb, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 526, 3495 (2023), arXiv:2304.06138 [astro-ph.IM] .
  37. P. Ajith et al., Phys. Rev. D 77, 104017 (2008), [Erratum: Phys.Rev.D 79, 129901 (2009)], arXiv:0710.2335 [gr-qc] .
  38. W. M. Farr, Research Notes of the AAS 3, 66 (2019), arXiv:1904.10879 [astro-ph.IM] .
  39. V. Vaskonen and H. Veermäe, Phys. Rev. Lett. 126, 051303 (2021), arXiv:2009.07832 [astro-ph.CO] .
  40. H. Mouri and Y. Taniguchi, Astrophys. J. Lett. 566, L17 (2002), arXiv:astro-ph/0201102 .
  41. N. C. Stone and N. W. C. Leigh, Nature (London) 576, 406 (2019), arXiv:1909.05272 [astro-ph.GA] .
  42. M. W. Choptuik, Phys. Rev. Lett. 70, 9 (1993).
  43. J. C. Niemeyer and K. Jedamzik, Phys. Rev. Lett. 80, 5481 (1998), arXiv:astro-ph/9709072 .
  44. E. V. Bugaev and P. A. Klimai, Int. J. Mod. Phys. D 22, 1350034 (2013), arXiv:1303.3146 [astro-ph.CO] .
  45. S. Young and C. T. Byrnes, JCAP 08, 052 (2013), arXiv:1307.4995 [astro-ph.CO] .
  46. M. Kawasaki and H. Nakatsuka, Phys. Rev. D 99, 123501 (2019), arXiv:1903.02994 [astro-ph.CO] .
  47. M. Taoso and A. Urbano, JCAP 08, 016 (2021), arXiv:2102.03610 [astro-ph.CO] .
  48. M. Shibata and M. Sasaki, Phys. Rev. D 60, 084002 (1999), arXiv:gr-qc/9905064 .
  49. I. Musco, Phys. Rev. D 100, 123524 (2019), arXiv:1809.02127 [gr-qc] .
  50. S. Young, JCAP 05, 037 (2022), arXiv:2201.13345 [astro-ph.CO] .
  51. C. Germani and R. K. Sheth, Phys. Rev. D 101, 063520 (2020), arXiv:1912.07072 [astro-ph.CO] .
  52. A. G. Polnarev and I. Musco, Class. Quant. Grav. 24, 1405 (2007), arXiv:gr-qc/0605122 .
  53. J. Garcia-Bellido and E. Ruiz Morales, Phys. Dark Univ. 18, 47 (2017), arXiv:1702.03901 [astro-ph.CO] .
  54. S. Kawai and J. Kim, Phys. Rev. D 104, 083545 (2021), arXiv:2108.01340 [astro-ph.CO] .
  55. N. Bhaumik and R. K. Jain, JCAP 01, 037 (2020), arXiv:1907.04125 [astro-ph.CO] .
  56. M. P. Hertzberg and M. Yamada, Phys. Rev. D 97, 083509 (2018), arXiv:1712.09750 [astro-ph.CO] .
  57. G. Ballesteros and M. Taoso, Phys. Rev. D 97, 023501 (2018), arXiv:1709.05565 [hep-ph] .
  58. S. Rasanen and E. Tomberg, JCAP 01, 038 (2019), arXiv:1810.12608 [astro-ph.CO] .
  59. D. Frolovsky and S. V. Ketov, Universe 9, 294 (2023), arXiv:2304.12558 [astro-ph.CO] .
  60. K. Dimopoulos, Phys. Lett. B 775, 262 (2017), arXiv:1707.05644 [hep-ph] .
  61. C. Germani and T. Prokopec, Phys. Dark Univ. 18, 6 (2017), arXiv:1706.04226 [astro-ph.CO] .
  62. S. Choudhury and A. Mazumdar, Phys. Lett. B 733, 270 (2014), arXiv:1307.5119 [astro-ph.CO] .
  63. H. V. Ragavendra and L. Sriramkumar, Galaxies 11, 34 (2023), arXiv:2301.08887 [astro-ph.CO] .
  64. L. Frosina and A. Urbano, Phys. Rev. D 108, 103544 (2023), arXiv:2308.06915 [astro-ph.CO] .
  65. G. Franciolini and A. Urbano, Phys. Rev. D 106, 123519 (2022), arXiv:2207.10056 [astro-ph.CO] .
  66. E. Tomberg, Phys. Rev. D 108, 043502 (2023), arXiv:2304.10903 [astro-ph.CO] .
  67. J. M. Ezquiaga and J. García-Bellido, JCAP 08, 018 (2018), arXiv:1805.06731 [astro-ph.CO] .
  68. K. Enqvist and M. S. Sloth, Nucl. Phys. B 626, 395 (2002), arXiv:hep-ph/0109214 .
  69. D. H. Lyth and D. Wands, Phys. Lett. B 524, 5 (2002), arXiv:hep-ph/0110002 .
  70. M. S. Sloth, Nucl. Phys. B 656, 239 (2003), arXiv:hep-ph/0208241 .
  71. C. Chen and Y.-F. Cai, JCAP 10, 068 (2019), arXiv:1908.03942 [astro-ph.CO] .
  72. L.-H. Liu and T. Prokopec, JCAP 06, 033 (2021), arXiv:2005.11069 [astro-ph.CO] .
  73. S. Pi and M. Sasaki, Phys. Rev. D 108, L101301 (2023a), arXiv:2112.12680 [astro-ph.CO] .
  74. L.-H. Liu, Chin. Phys. C 47, 015105 (2023), arXiv:2107.07310 [astro-ph.CO] .
  75. A. Wilkins and A. Cable, JCAP 02, 026 (2024), arXiv:2306.09232 [astro-ph.CO] .
  76. S. Pi and M. Sasaki, Phys. Rev. Lett. 131, 011002 (2023b), arXiv:2211.13932 [astro-ph.CO] .
  77. K. Enqvist and T. Takahashi, JCAP 09, 012 (2008), arXiv:0807.3069 [astro-ph] .
  78. Q.-G. Huang, JCAP 11, 005 (2008), arXiv:0808.1793 [hep-th] .
  79. J. Fonseca and D. Wands, Phys. Rev. D 83, 064025 (2011), arXiv:1101.1254 [astro-ph.CO] .
  80. T. Kobayashi and T. Takahashi, JCAP 06, 004 (2012), arXiv:1203.3011 [astro-ph.CO] .
  81. P. Mroz et al.,   (2024a), arXiv:2403.02386 [astro-ph.GA] .
  82. P. Mroz et al.,   (2024b), arXiv:2403.02398 [astro-ph.GA] .
  83. S. M. Koushiappas and A. Loeb, Phys. Rev. Lett. 119, 041102 (2017), arXiv:1704.01668 [astro-ph.GA] .
  84. T. D. Brandt, Astrophys. J. Lett. 824, L31 (2016), arXiv:1605.03665 [astro-ph.GA] .
  85. M. A. Monroy-Rodríguez and C. Allen, Astrophys. J. 790, 159 (2014), arXiv:1406.5169 [astro-ph.GA] .
  86. M. Zumalacarregui and U. Seljak, Phys. Rev. Lett. 121, 141101 (2018), arXiv:1712.02240 [astro-ph.CO] .
  87. D. Foreman-Mackey, JOSS 1, 24 (2016).
Citations (14)

Summary

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Tweets

Sign up for free to view the 3 tweets with 9 likes about this paper.