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ASTROPHYSICAL IMPLICATIONS OF THE BINARY BLACK HOLE MERGER GW150914

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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., Barsotti, L., Barsuglia, M., Barta, D., Bartlett, J., Bartos, I., Bassiri, R., Basti, A., Batch, J. C., Baune, C., Bavigadda, V., Bazzan, M., Behnke, B., Bejger, M., Belczynski, C., Bell, A. S., Bell, C. J., Berger, B. K., Bergman, J., Bergmann, G., Berry, C. P. 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F., Williams, R. D., Williamson, A. R., Willis, J. L., Willke, B., Wimmer, M. H., Winkler, W., Wipf, C. C., Wittel, H., Woan, G., Worden, J., Wright, J. L., Wu, G., Yablon, J., Yam, W., Yamamoto, H., Yancey, C. C., Yap, M. J., Yu, H., Yvert, M., Zadrożny, A., Zangrando, L., Zanolin, M., Zendri, J.-P., Zevin, M., Zhang, F., Zhang, L., Zhang, M., Zhang, Y., Zhao, C., Zhou, M., Zhou, Z., Zhu, X. J., Zucker, M. E., Zuraw, S. E., and, Zweizig, J., LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration·2016·The Astrophysical Journal Letters
DOI 10.3847/2041-8205/818/2/l22
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Abstract

The discovery of the gravitational-wave (GW) source GW150914 with the Advanced LIGO detectors provides the first observational evidence for the existence of binary black hole (BH) systems that inspiral and merge within the age of the universe. Such BH mergers have been predicted in two main types of formation models, involving isolated binaries in galactic fields or dynamical interactions in young and old dense stellar environments. The measured masses robustly demonstrate that relatively “heavy” BHs ( ) can form in nature. This discovery implies relatively weak massive-star winds and thus the formation of GW150914 in an environment with a metallicity lower than about 1/2 of the solar value. The rate of binary-BH (BBH) mergers inferred from the observation of GW150914 is consistent with the higher end of rate predictions ( Gpc−3 yr−1) from both types of formation models. The low measured redshift ( ) of GW150914 and the low inferred metallicity of the stellar progenitor imply either BBH formation in a low-mass galaxy in the local universe and a prompt merger, or formation at high redshift with a time delay between formation and merger of several Gyr. This discovery motivates further studies of binary-BH formation astrophysics. It also has implications for future detections and studies by Advanced LIGO and Advanced Virgo, and GW detectors in space.

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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., Barsotti, L., Barsuglia, M., Barta, D., Bartlett, J., Bartos, I., Bassiri, R., Basti, A., Batch, J. C., Baune, C., Bavigadda, V., Bazzan, M., Behnke, B., Bejger, M., Belczynski, C., Bell, A. S., Bell, C. J., Berger, B. K., Bergman, J., Bergmann, G., Berry, C. P. L., Bersanetti, D., Bertolini, A., Betzwieser, J., Bhagwat, S., Bhandare, R., Bilenko, I. A., Billingsley, G., Birch, J., Birney, I. A., Biscans, S., Bisht, A., Bitossi, M., Biwer, C., Bizouard, M. A., Blackburn, J. K., Blair, C. D., Blair, D. G., Blair, R. M., Bloemen, S., Bock, O., Bodiya, T. P., Boer, M., Bogaert, G., Bogan, C., Bohe, A., Bojtos, P., Bond, C., Bondu, F., Bonnand, R., Boom, B. A., Bork, R., Boschi, V., Bose, S., Bouffanais, Y., Bozzi, A., Bradaschia, C., Brady, P. R., Braginsky, V. B., Branchesi, M., Brau, J. E., Briant, T., Brillet, A., Brinkmann, M., Brisson, V., Brockill, P., Brooks, A. F., Brown, D. A., Brown, D. D., Brown, N. M., Buchanan, C. C., Buikema, A., Bulik, T., Bulten, H. J., Buonanno, A., Buskulic, D., Buy, C., Byer, R. L., Cadonati, L., Cagnoli, G., Cahillane, C., Bustillo, J. C., Callister, T., Calloni, E., Camp, J. B., Cannon, K. C., Cao, J., Capano, C. D., Capocasa, E., Carbognani, F., Caride, S., Diaz, J. 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Venue
The Astrophysical Journal Letters
Publisher
American Astronomical Society
Published
2016-02-11
Volume
818
Issue
2
Pages
L22
ISSN
  • 2041-8205 (ISSN-L)
  • 2041-8213
DOI
10.3847/2041-8205/818/2/l22
OpenAlex
W2266202083
Cited by
816
References
1
FWCI
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Type
journal article
Language
en
Open access
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The paper
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., . . . LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. (2016). ASTROPHYSICAL IMPLICATIONS OF THE BINARY BLACK HOLE MERGER GW150914. The Astrophysical Journal Letters. https://doi.org/10.3847/2041-8205/818/2/l22

Data sources

Bibliographic data: Semantic Scholar, OpenAlex, Crossref.

Contains information from the Semantic Scholar Academic Graph Datasets, made available under the ODC Attribution License (ODC-BY 1.0).

Semantic Scholar’s data is described in: Kinney, R., et al. (2023). The Semantic Scholar Open Data Platform. arXiv:2301.10140.