Population of Merging Compact Binaries Inferred Using Gravitational Waves through GWTC-3 Journal Articles uri icon

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abstract

  • We report on the population properties of 76 compact binary mergers detected with gravitational waves below a false alarm rate of 1 per year through GWTC-3. The catalog contains three classes of binary mergers: BBH, BNS, and NSBH mergers. We infer the BNS merger rate to be between 10 $\rm{Gpc^{-3} yr^{-1}}$ and 1700 $\rm{Gpc^{-3} yr^{-1}}$ and the NSBH merger rate to be between 7.8 $\rm{Gpc^{-3}\, yr^{-1}}$ and 140 $\rm{Gpc^{-3} yr^{-1}}$ , assuming a constant rate density versus comoving volume and taking the union of 90% credible intervals for methods used in this work. Accounting for the BBH merger rate to evolve with redshift, we find the BBH merger rate to be between 17.9 $\rm{Gpc^{-3}\, yr^{-1}}$ and 44 $\rm{Gpc^{-3}\, yr^{-1}}$ at a fiducial redshift (z=0.2). We obtain a broad neutron star mass distribution extending from $1.2^{+0.1}_{-0.2} M_\odot$ to $2.0^{+0.3}_{-0.3} M_\odot$. We can confidently identify a rapid decrease in merger rate versus component mass between neutron star-like masses and black-hole-like masses, but there is no evidence that the merger rate increases again before 10 $M_\odot$. We also find the BBH mass distribution has localized over- and under-densities relative to a power law distribution. While we continue to find the mass distribution of a binary's more massive component strongly decreases as a function of primary mass, we observe no evidence of a strongly suppressed merger rate above $\sim 60 M_\odot$. The rate of BBH mergers is observed to increase with redshift at a rate proportional to $(1+z)^{\kappa}$ with $\kappa = 2.9^{+1.7}_{-1.8}$ for $z\lesssim 1$. Observed black hole spins are small, with half of spin magnitudes below $\chi_i \simeq 0.25$. We observe evidence of negative aligned spins in the population, and an increase in spin magnitude for systems with more unequal mass ratio.

authors

  • Abbott, R
  • Abbott, TD
  • Acernese, F
  • Ackley, K
  • Adams, C
  • Adhikari, N
  • Adhikari, RX
  • Adya, VB
  • Affeldt, C
  • Agarwal, D
  • Agathos, M
  • Agatsuma, K
  • Aggarwal, N
  • Aguiar, OD
  • Aiello, L
  • Ain, A
  • Ajith, P
  • Akutsu, T
  • de Alarcón, PF
  • Akcay, S
  • Albanesi, S
  • Allocca, A
  • Altin, PA
  • Amato, A
  • Anand, C
  • Anand, S
  • Ananyeva, A
  • Anderson, SB
  • Anderson, WG
  • Ando, M
  • Andrade, T
  • Andres, N
  • Andrić, T
  • Angelova, SV
  • Ansoldi, S
  • Antelis, JM
  • Antier, S
  • Antonini, F
  • Appert, S
  • Arai, Koji
  • Arai, Koya
  • Arai, Y
  • Araki, S
  • Araya, A
  • Araya, MC
  • Areeda, JS
  • Arène, M
  • Aritomi, N
  • Arnaud, N
  • Arogeti, M
  • Aronson, SM
  • Arun, KG
  • Asada, H
  • Asali, Y
  • Ashton, G
  • Aso, Y
  • Assiduo, M
  • Aston, SM
  • Astone, P
  • Aubin, F
  • Austin, C
  • Babak, S
  • Badaracco, F
  • Bader, MKM
  • Badger, C
  • Bae, S
  • Bae, Y
  • Baer, AM
  • Bagnasco, S
  • Bai, Y
  • Baiotti, L
  • Baird, J
  • Bajpai, R
  • Ball, M
  • Ballardin, G
  • Ballmer, SW
  • Balsamo, A
  • Baltus, G
  • Banagiri, S
  • Bankar, D
  • Barayoga, JC
  • Barbieri, C
  • Barish, BC
  • Barker, D
  • Barneo, P
  • Barone, F
  • Barr, B
  • Barsotti, L
  • Barsuglia, M
  • Barta, D
  • Bartlett, J
  • Barton, MA
  • Bartos, I
  • Bassiri, R
  • Basti, A
  • Bawaj, M
  • Bayley, JC
  • Baylor, AC
  • Bazzan, M
  • Bécsy, B
  • Bedakihale, VM
  • Bejger, M
  • Belahcene, I
  • Benedetto, V
  • Beniwal, D
  • Bennett, TF
  • Bentley, JD
  • BenYaala, M
  • Bergamin, F
  • Berger, BK
  • Bernuzzi, S
  • Berry, CPL
  • Bersanetti, D
  • Bertolini, A
  • Betzwieser, J
  • Beveridge, D
  • Bhandare, R
  • Bhardwaj, U
  • Bhattacharjee, D
  • Bhaumik, S
  • Bilenko, IA
  • Billingsley, G
  • Bini, S
  • Birney, R
  • Birnholtz, O
  • Biscans, S
  • Bischi, M
  • Biscoveanu, S
  • Bisht, A
  • Biswas, B
  • Bitossi, M
  • Bizouard, M-A
  • Blackburn, JK
  • Blair, CD
  • Blair, DG
  • Blair, RM
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  • Bode, N
  • Boer, M
  • Bogaert, G
  • Boldrini, M
  • Bonavena, LD
  • Bondu, F
  • Bonilla, E
  • Bonnand, R
  • Booker, P
  • Boom, BA
  • Bork, R
  • Boschi, V
  • Bose, N
  • Bose, S
  • Bossilkov, V
  • Boudart, V
  • Bouffanais, Y
  • Bozzi, A
  • Bradaschia, C
  • Brady, PR
  • Bramley, A
  • Branch, A
  • Branchesi, M
  • Brandt, J
  • Brau, JE
  • Breschi, M
  • Briant, T
  • Briggs, JH
  • Brillet, A
  • Brinkmann, M
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  • Brooks, AF
  • Brooks, J
  • Brown, DD
  • Brunett, S
  • Bruno, G
  • Bruntz, R
  • Bryant, J
  • Bulik, T
  • Bulten, HJ
  • Buonanno, A
  • Buscicchio, R
  • Buskulic, D
  • Buy, C
  • Byer, RL
  • Cadonati, L
  • Cagnoli, G
  • Cahillane, C
  • Bustillo, J Calderón
  • Callaghan, JD
  • Callister, TA
  • Calloni, E
  • Cameron, J
  • Camp, JB
  • Canepa, M
  • Canevarolo, S
  • Cannavacciuolo, M
  • Cannon, KC
  • Cao, H
  • Cao, Z
  • Capocasa, E
  • Capote, E
  • Carapella, G
  • Carbognani, F
  • Carlin, JB
  • Carney, MF
  • Carpinelli, M
  • Carrillo, G
  • Carullo, G
  • Carver, TL
  • Diaz, J Casanueva
  • Casentini, C
  • Castaldi, G
  • Caudill, S
  • Cavaglià, M
  • Cavalier, F
  • Cavalieri, R
  • Ceasar, M
  • Cella, G
  • Cerdá-Durán, P
  • Cesarini, E
  • Chaibi, W
  • Chakravarti, K
  • Subrahmanya, S Chalathadka
  • Champion, E
  • Chan, C-H
  • Chan, C
  • Chan, CL
  • Chan, K
  • Chan, M
  • Chandra, K
  • Chanial, P
  • Chao, S
  • Chapman-Bird, CEA
  • Charlton, P
  • Chase, EA
  • Chassande-Mottin, E
  • Chatterjee, C
  • Chatterjee, Debarati
  • Chatterjee, Deep
  • Chaturvedi, M
  • Chaty, S
  • Chatziioannou, K
  • Chen, C
  • Chen, HY
  • Chen, J
  • Chen, K
  • Chen, X
  • Chen, Y-B
  • Chen, Y-R
  • Chen, Z
  • Cheng, H
  • Cheong, CK
  • Cheung, HY
  • Chia, HY
  • Chiadini, F
  • Chiang, C-Y
  • Chiarini, G
  • Chierici, R
  • Chincarini, A
  • Chiofalo, ML
  • Chiummo, A
  • Cho, G
  • Cho, HS
  • Choudhary, RK
  • Choudhary, S
  • Christensen, N
  • Chu, H
  • Chu, Q
  • Chu, Y-K
  • Chua, S
  • Chung, KW
  • Ciani, G
  • Ciecielag, P
  • Cieślar, M
  • Cifaldi, M
  • Ciobanu, AA
  • Ciolfi, R
  • Cipriano, F
  • Cirone, A
  • Clara, F
  • Clark, EN
  • Clark, JA
  • Clarke, L
  • Clearwater, P
  • Clesse, S
  • Cleva, F
  • Coccia, E
  • Codazzo, E
  • Cohadon, P-F
  • Cohen, DE
  • Cohen, L
  • Colleoni, M
  • Collette, CG
  • Colombo, A
  • Colpi, M
  • Compton, CM
  • Constancio, M
  • Conti, L
  • Cooper, SJ
  • Corban, P
  • Corbitt, TR
  • Cordero-Carrión, I
  • Corezzi, S
  • Corley, KR
  • Cornish, N
  • Corre, D
  • Corsi, A
  • Cortese, S
  • Costa, CA
  • Cotesta, R
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  • Coulon, J-P
  • Countryman, ST
  • Cousins, B
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  • Coward, DM
  • Cowart, MJ
  • Coyne, DC
  • Coyne, R
  • Creighton, JDE
  • Creighton, TD
  • Criswell, AW
  • Croquette, M
  • Crowder, SG
  • Cudell, JR
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  • Cumming, A
  • Cummings, R
  • Cunningham, L
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  • Dall’Osso, S
  • Dálya, G
  • Dana, A
  • DaneshgaranBajastani, LM
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  • Davier, M
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  • Davis, D
  • Davis, MC
  • Daw, EJ
  • Dean, R
  • DeBra, D
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  • De Lillo, N
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  • Dent, T
  • Depasse, A
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  • Dietrich, T
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  • Di Giovanni, F
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publication date

  • March 29, 2023