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Properties and Astrophysical Implications of the 150 M⊙ Binary Black Hole Merger GW190521

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Abbott, R., Abbott, T. D., Abraham, S., Acernese, F., Ackley, K., Adams, C., Adhikari, R. X., Adya, V. B., Affeldt, C., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aich, A., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Akcay, S., Allen, G., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Anand, S., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Angelova, S. V., Ansoldi, S., Antier, S., Appert, S., Arai, K., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Arnaud, N., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asali, Y., Ascenzi, S., Ashton, G., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., Aufmuth, P., AultONeal, K., Austin, C., Avendano, V., Babak, S., Bacon, P., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Bae, S., Baer, A. M., Baird, J., Baldaccini, F., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Bals, A., Balsamo, A., Baltus, G., Banagiri, S., Bankar, D., Bankar, R. S., Barayoga, J. C., Barbieri, C., Barish, B. 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E., Zweizig, J., LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration·2020·The Astrophysical Journal Letters
DOI 10.3847/2041-8213/aba493
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Abstract

The gravitational-wave signal GW190521 is consistent with a binary black hole (BBH) merger source at redshift 0.8 with unusually high component masses, 85 − 14 + 21 M ⊙ and 66 − 18 + 17 M ⊙, compared to previously reported events, and shows mild evidence for spin-induced orbital precession. The primary falls in the mass gap predicted by (pulsational) pair-instability supernova theory, in the approximate range 65–120 M ⊙. The probability that at least one of the black holes in GW190521 is in that range is 99.0%. The final mass of the merger ( 142 − 16 + 28 M ⊙) classifies it as an intermediate-mass black hole. Under the assumption of a quasi-circular BBH coalescence, we detail the physical properties of GW190521’s source binary and its post-merger remnant, including component masses and spin vectors. Three different waveform models, as well as direct comparison to numerical solutions of general relativity, yield consistent estimates of these properties. Tests of strong-field general relativity targeting the merger-ringdown stages of the coalescence indicate consistency of the observed signal with theoretical predictions. We estimate the merger rate of similar systems to be 0.13 − 0.11 + 0.30 Gpc − 3 yr − 1 . We discuss the astrophysical implications of GW190521 for stellar collapse and for the possible formation of black holes in the pair-instability mass gap through various channels: via (multiple) stellar coalescences, or via hierarchical mergers of lower-mass black holes in star clusters or in active galactic nuclei. We find it to be unlikely that GW190521 is a strongly lensed signal of a lower-mass black hole binary merger. We also discuss more exotic possible sources for GW190521, including a highly eccentric black hole binary, or a primordial black hole binary.

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Abbott, R., Abbott, T. D., Abraham, S., Acernese, F., Ackley, K., Adams, C., Adhikari, R. X., Adya, V. B., Affeldt, C., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aich, A., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Akcay, S., Allen, G., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Anand, S., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Angelova, S. V., Ansoldi, S., Antier, S., Appert, S., Arai, K., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Arnaud, N., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asali, Y., Ascenzi, S., Ashton, G., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., Aufmuth, P., AultONeal, K., Austin, C., Avendano, V., Babak, S., Bacon, P., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Bae, S., Baer, A. M., Baird, J., Baldaccini, F., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Bals, A., Balsamo, A., Baltus, G., Banagiri, S., Bankar, D., Bankar, R. S., Barayoga, J. C., Barbieri, C., Barish, B. 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Venue
The Astrophysical Journal Letters
Publisher
American Astronomical Society
Published
2020-09-01
Volume
900
Issue
1
Pages
L13
ISSN
  • 2041-8205 (ISSN-L)
  • 2041-8213
DOI
10.3847/2041-8213/aba493
OpenAlex
W3082518999
Cited by
633
References
6
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47.77
Type
journal article
Language
lv
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CoChat. (2026). Citation check: Properties and Astrophysical Implications of the 150 M⊙ Binary Black Hole Merger GW190521. https://app.cochat.ai/papers/10.3847/2041-8213/aba493
The paper
Abbott, R., Abbott, T. D., Abraham, S., Acernese, F., Ackley, K., Adams, C., Adhikari, R. X., Adya, V. B., Affeldt, C., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aich, A., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Akcay, S., Allen, G., . . . LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration. (2020). Properties and Astrophysical Implications of the 150 M⊙ Binary Black Hole Merger GW190521. The Astrophysical Journal Letters. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aba493

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.