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 (≳25 M⊙) 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 (≳1 Gpc-3 yr?1) from both types of formation models. The low measured redshift (z ≃ 0.1) 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.

ASTROPHYSICAL IMPLICATIONS of the BINARY BLACK HOLE MERGER GW150914

BASTI, ANDREA;CERRETANI, GIOVANNI;DI LIETO, ALBERTO;FERRANTE, ISIDORO;FIDECARO, FRANCESCO;Passaquieti, R.;Patricelli, B.;POGGIANI, ROSA;RAZZANO, MASSIMILIANO;TONELLI, MAURO;
2016-01-01

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 (≳25 M⊙) 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 (≳1 Gpc-3 yr?1) from both types of formation models. The low measured redshift (z ≃ 0.1) 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.
2016
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, Andrea; 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, R.; 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, Valerio; 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. Calderón; Callister, T.; Calloni, E.; Camp, J. B.; Cannon, K. C.; Cao, J.; Capano, C. D.; Capocasa, E.; Carbognani, F.; Caride, S.; Diaz, J. Casanueva; Casentini, C.; Caudill, S.; Cavaglià, M.; Cavalier, F.; Cavalieri, R.; Cella, G.; Cepeda, C.; Baiardi, L. Cerboni; Cerretani, Giovanni; Cesarini, E.; Chakraborty, R.; Chalermsongsak, T.; Chamberlin, S. J.; Chan, M.; Chao, S.; Charlton, P.; Chassande Mottin, E.; Chen, H. Y.; Chen, Y.; Cheng, C.; Chincarini, A.; Chiummo, A.; Cho, H. S.; Cho, M.; Chow, J. H.; Christensen, N.; Chu, Q.; Chua, S.; Chung, S.; Ciani, G.; Clara, F.; Clark, J. A.; Cleva, F.; Coccia, E.; Cohadon, P. F.; Colla, A.; Collette, C. G.; Cominsky, L.; Constancio J. r., M.; Conte, A.; Conti, L.; Cook, D.; Corbitt, T. R.; Cornish, N.; Corsi, A.; Cortese, S.; Costa, C. A.; Coughlin, M. W.; Coughlin, S. B.; Coulon, J. P.; Countryman, S. T.; Couvares, P.; Cowan, E. E.; Coward, D. M.; Cowart, M. J.; Coyne, D. C.; Coyne, R.; Craig, K.; Creighton, J. D. E.; Cripe, J.; Crowder, S. G.; Cumming, A.; Cunningham, L.; Cuoco, E.; Canton, T. Dal; Danilishin, S. L.; D'Antonio, S.; Danzmann, K.; Darman, N. S.; Dattilo, V.; Dave, I.; Daveloza, H. P.; Davier, M.; Davies, G. S.; Daw, E. J.; Day, R.; Debra, D.; Debreczeni, G.; Degallaix, J.; Laurentis, M. De; Deléglise, S.; Pozzo, W. Del; Denker, T.; Dent, T.; Dereli, H.; Dergachev, V.; Derosa, R.; Derosa, R. T.; Desalvo, R.; Dhurandhar, S.; Díaz, M. C.; Di Fiore, L.; Di Giovanni, M.; DI LIETO, Alberto; Di Pace, S.; Di Palma, I.; Di Virgilio, A.; Dojcinoski, G.; Dolique, V.; Donovan, F.; Dooley, K. L.; Doravari, S.; Douglas, R.; Downes, T. P.; Drago, M.; Drever, R. W. P.; Driggers, J. C.; Du, Z.; Ducrot, M.; Dwyer, S. E.; Edo, T. B.; Edwards, M. C.; Effler, A.; Eggenstein, H. B.; Ehrens, P.; Eichholz, J.; Eikenberry, S. S.; Engels, W.; Essick, R. C.; Etzel, T.; Evans, M.; Evans, T. M.; Everett, R.; Factourovich, M.; Fafone, V.; Fair, H.; Fairhurst, S.; Fan, X.; Fang, Q.; Farinon, S.; Farr, B.; Farr, W. M.; Favata, M.; Fays, M.; Fehrmann, H.; Fejer, M. M.; Ferrante, Isidoro; Ferreira, E. C.; Ferrini, F.; Fidecaro, Francesco; Fiori, I.; Fiorucci, D.; Fisher, R. P.; Flaminio, R.; Fletcher, M.; Fournier, J. D.; Franco, S.; Frasca, S.; Frasconi, F.; Frei, Z.; Freise, A.; Frey, R.; Frey, V.; Fricke, T. T.; Fritschel, P.; Frolov, V. V.; Fulda, P.; Fyffe, M.; Gabbard, H. A. G.; Gair, J. R.; Gammaitoni, L.; Gaonkar, S. G.; Garufi, F.; Gatto, A.; Gaur, G.; Gehrels, N.; Gemme, G.; Gendre, B.; Genin, E.; Gennai, A.; George, J.; Gergely, L.; Germain, V.; Ghosh, Archisman; Ghosh, S.; Giaime, J. A.; Giardina, K. D.; Giazotto, A.; Gill, K.; Glaefke, A.; Goetz, E.; Goetz, R.; Gondan, L.; González, G.; Castro, J. M. Gonzalez; Gopakumar, A.; Gordon, N. A.; Gorodetsky, M. L.; Gossan, S. E.; Gosselin, M.; Gouaty, R.; Graef, C.; Graff, P. B.; Granata, M.; Grant, A.; Gras, S.; Gray, C.; Greco, G.; Green, A. C.; Groot, P.; Grote, H.; Grunewald, S.; Guidi, G. M.; Guo, X.; Gupta, A.; Gupta, M. K.; Gushwa, K. E.; Gustafson, E. K.; Gustafson, R.; Hacker, J. J.; Hall, B. R.; Hall, E. D.; Hammond, G.; Haney, M.; Hanke, M. M.; Hanks, J.; Hanna, C.; Hannam, M. D.; Hanson, J.; Hardwick, T.; Harms, J.; Harry, G. M.; Harry, I. W.; Hart, M. J.; Hartman, M. T.; Haster, C. J.; Haughian, K.; Heidmann, A.; Heintze, M. C.; Heitmann, H.; Hello, P.; Hemming, G.; Hendry, M.; Heng, I. S.; Hennig, J.; Heptonstall, A. W.; Heurs, M.; Hild, S.; Hoak, D.; Hodge, K. A.; Hofman, D.; Hollitt, S. E.; Holt, K.; Holz, D. E.; Hopkins, P.; Hosken, D. J.; Hough, J.; Houston, E. A.; Howell, E. J.; Hu, Y. M.; Huang, S.; Huerta, E. A.; Huet, D.; Hughey, B.; Husa, S.; Huttner, S. H.; Huynh Dinh, T.; Idrisy, A.; Indik, N.; Ingram, D. R.; Inta, R.; Isa, H. N.; Isac, J. M.; Isi, M.; Islas, G.; Isogai, T.; Iyer, B. R.; Izumi, K.; Jacqmin, T.; Jang, H.; Jani, K.; Jaranowski, P.; Jawahar, S.; Jiménez Forteza, F.; Johnson, W. W.; Jones, D. I.; Jones, R.; Jonker, R. J. G.; Ju, L.; Haris, K.; Kalaghatgi, C. V.; Kalogera, V.; Kandhasamy, S.; Kang, G.; Kanner, J. B.; Karki, S.; Kasprzack, M.; Katsavounidis, E.; Katzman, W.; Kaufer, S.; Kaur, T.; Kawabe, K.; Kawazoe, F.; Kéfélian, F.; Kehl, M. S.; Keitel, D.; Kelley, D. B.; Kells, W.; Kennedy, R.; Key, J. S.; Khalaidovski, A.; Khalili, F. Y.; Khan, I.; Khan, S.; Khan, Z.; Khazanov, E. A.; Kijbunchoo, N.; Kim, C.; Kim, J.; Kim, K.; Kim, Nam Gyu; Kim, Namjun; Kim, Y. M.; King, E. J.; King, P. J.; Kinzel, D. L.; Kissel, J. S.; Kleybolte, L.; Klimenko, S.; Koehlenbeck, S. M.; Kokeyama, K.; Koley, S.; Kondrashov, V.; Kontos, A.; Korobko, M.; Korth, W. Z.; Kowalska, I.; Kozak, D. B.; Kringel, V.; Krishnan, B.; Królak, A.; Krueger, C.; Kuehn, G.; Kumar, P.; Kuo, L.; Kutynia, A.; Lackey, B. D.; Landry, M.; Lange, J.; Lantz, B.; Lasky, P. D.; Lazzarini, A.; Lazzaro, C.; Leaci, P.; Leavey, S.; Lebigot, E. O.; Lee, C. H.; Lee, H. K.; Lee, H. M.; Lee, K.; Lenon, A.; Leonardi, M.; Leong, J. R.; Leroy, N.; Letendre, N.; Levin, Y.; Levine, B. M.; Li, T. G. F.; Libson, A.; Littenberg, T. B.; Lockerbie, N. A.; Logue, J.; Lombardi, A. L.; Lord, J. E.; Lorenzini, M.; Loriette, V.; Lormand, M.; Losurdo, G.; Lough, J. D.; Lück, H.; Lundgren, A. P.; Luo, J.; Lynch, R.; Ma, Y.; Macdonald, T.; Machenschalk, B.; Macinnis, M.; Macleod, D. M.; Magaña Sandoval, F.; Magee, R. M.; Mageswaran, M.; Majorana, E.; Maksimovic, I.; Malvezzi, V.; Man, N.; Mandel, I.; Mandic, V.; Mangano, V.; Mansell, G. L.; Manske, M.; Mantovani, M.; Marchesoni, F.; Marion, F.; Márka, S.; Márka, Z.; Markosyan, A. S.; Maros, E.; Martelli, F.; Martellini, L.; Martin, I. W.; Martin, R. M.; Martynov, D. V.; Marx, J. N.; Mason, K.; Masserot, A.; Massinger, T. J.; Masso Reid, M.; Matichard, F.; Matone, L.; Mavalvala, N.; Mazumder, N.; Mazzolo, G.; Mccarthy, R.; Mcclelland, D. E.; Mccormick, S.; Mcguire, S. C.; Mcintyre, G.; Mciver, J.; Mcmanus, D. J.; Mcwilliams, S. T.; Meacher, D.; Meadors, G. D.; Meidam, J.; Melatos, A.; Mendell, G.; Mendoza Gandara, D.; Mercer, R. A.; Merilh, E.; Merzougui, M.; Meshkov, S.; Messenger, C.; Messick, C.; Meyers, P. M.; Mezzani, F.; Miao, H.; Michel, C.; Middleton, H.; Mikhailov, E. E.; Milano, L.; Miller, J.; Millhouse, M.; Minenkov, Y.; Ming, J.; Mirshekari, S.; Mishra, C.; Mitra, S.; Mitrofanov, V. P.; Mitselmakher, G.; Mittleman, R.; Moggi, A.; Mohan, M.; Mohapatra, S. R. P.; Montani, M.; Moore, B. C.; Moore, C. J.; Moraru, D.; Moreno, G.; Morriss, S. R.; Mossavi, K.; Mours, B.; Mow Lowry, C. M.; Mueller, C. L.; Mueller, G.; Muir, A. W.; Mukherjee, Arunava; Mukherjee, D.; Mukherjee, S.; Mukund, N.; Mullavey, A.; Munch, J.; Murphy, D. J.; Murray, P. G.; Mytidis, A.; Nardecchia, I.; Naticchioni, L.; Nayak, R. K.; Necula, V.; Nedkova, K.; Nelemans, G.; Neri, M.; Neunzert, A.; Newton, G.; Nguyen, T. T.; Nielsen, A. B.; Nissanke, S.; Nitz, A.; Nocera, F.; Nolting, D.; Normandin, M. E. N.; Nuttall, L. K.; Oberling, J.; Ochsner, E.; O'Dell, J.; Oelker, E.; Ogin, G. H.; Oh, J. J.; Oh, S. H.; Ohme, F.; Oliver, M.; Oppermann, P.; Oram, Richard J.; O'Reilly, B.; O'Shaughnessy, R.; Ott, C. D.; Ottaway, D. J.; Ottens, R. S.; Overmier, H.; Owen, B. J.; Pai, A.; Pai, S. A.; Palamos, J. R.; Palashov, O.; Palomba, C.; Pal Singh, A.; Pan, H.; Pankow, C.; Pannarale, F.; Pant, B. C.; Paoletti, F.; Paoli, A.; Papa, M. A.; Paris, H. R.; Parker, W.; Pascucci, D.; Pasqualetti, A.; Passaquieti, R.; Passuello, D.; Patricelli, B.; Patrick, Z.; Pearlstone, B. L.; Pedraza, M.; Pedurand, R.; Pekowsky, L.; Pele, A.; Penn, S.; Perreca, A.; Phelps, M.; Piccinni, O.; Pichot, M.; Piergiovanni, F.; Pierro, V.; Pillant, G.; Pinard, L.; Pinto, I. M.; Pitkin, M.; Poggiani, Rosa; Popolizio, P.; Post, A.; Powell, J.; Prasad, J.; Predoi, V.; Premachandra, S. S.; Prestegard, T.; Price, L. R.; Prijatelj, M.; Principe, M.; Privitera, S.; Prix, R.; Prodi, G. A.; Prokhorov, L.; Puncken, O.; Punturo, M.; Puppo, P.; Pürrer, M.; Qi, H.; Qin, J.; Quetschke, V.; Quintero, E. A.; Quitzow James, R.; Raab, F. J.; Rabeling, D. S.; Radkins, H.; Raffai, P.; Raja, S.; Rakhmanov, M.; Rapagnani, P.; Raymond, V.; Razzano, Massimiliano; Re, V.; Read, J.; Reed, C. M.; Regimbau, T.; Rei, L.; Reid, S.; Reitze, D. H.; Rew, H.; Reyes, S. D.; Ricci, F.; Riles, K.; Robertson, N. A.; Robie, R.; Robinet, F.; Rocchi, A.; Rolland, L.; Rollins, J. G.; Roma, V. J.; Romano, J. D.; Romano, R.; Romanov, G.; Romie, J. H.; Rosińska, D.; Rowan, S.; Rüdiger, A.; Ruggi, P.; Ryan, K.; Sachdev, S.; Sadecki, T.; Sadeghian, L.; Salconi, L.; Saleem, M.; Salemi, F.; Samajdar, A.; Sammut, L.; Sanchez, E. J.; Sandberg, V.; Sandeen, B.; Sanders, J. R.; Sassolas, B.; Sathyaprakash, B. S.; Saulson, P. R.; Sauter, O.; Savage, R. L.; Sawadsky, A.; Schale, P.; Schilling, R.; Schmidt, J.; Schmidt, P.; Schnabel, R.; Schofield, R. M. S.; Schönbeck, A.; Schreiber, E.; Schuette, D.; Schutz, B. F.; Scott, J.; Scott, S. M.; Sellers, D.; Sentenac, D.; Sequino, V.; Sergeev, A.; Serna, G.; Setyawati, Y.; Sevigny, A.; Shaddock, D. A.; Shah, S.; Shahriar, M. S.; Shaltev, M.; Shao, Z.; Shapiro, B.; Shawhan, P.; Sheperd, A.; Shoemaker, D. H.; Shoemaker, D. M.; Siellez, K.; Siemens, X.; Sigg, D.; Silva, A. D.; Simakov, D.; Singer, A.; Singer, L. P.; Singh, A.; Singh, R.; Singhal, A.; Sintes, A. M.; Slagmolen, B. J. J.; Smith, J. R.; Smith, N. D.; Smith, R. J. E.; Son, E. J.; Sorazu, B.; Sorrentino, F.; Souradeep, T.; Srivastava, A. K.; Staley, A.; Steinke, M.; Steinlechner, J.; Steinlechner, S.; Steinmeyer, D.; Stephens, B. C.; Stevenson, S. P.; Stone, R.; Strain, K. A.; Straniero, N.; Stratta, G.; Strauss, N. A.; Strigin, S.; Sturani, R.; Stuver, A. L.; Summerscales, T. Z.; Sun, L.; Sutton, P. J.; Swinkels, B. L.; Szczepańczyk, M. J.; Tacca, M.; Talukder, D.; Tanner, D. B.; Tápai, M.; Tarabrin, S. P.; Taracchini, A.; Taylor, R.; Theeg, T.; Thirugnanasambandam, M. P.; Thomas, E. G.; Thomas, M.; Thomas, P.; Thorne, K. A.; Thorne, K. S.; Thrane, E.; Tiwari, S.; Tiwari, V.; Tokmakov, K. V.; Tomlinson, C.; Tonelli, Mauro; Torres, C. V.; Torrie, C. I.; Töyrä, D.; Travasso, F.; Traylor, G.; Trifirò, D.; Tringali, M. C.; Trozzo, L.; Tse, M.; Turconi, M.; Tuyenbayev, D.; Ugolini, D.; Unnikrishnan, C. S.; Urban, A. L.; Usman, S. A.; 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.; Vass, S.; Vasúth, M.; Vaulin, R.; Vecchio, A.; Vedovato, G.; Veitch, J.; Veitch, P. J.; Venkateswara, K.; Verkindt, D.; Vetrano, F.; Viceré, A.; Vinciguerra, S.; Vine, D. J.; Vinet, J. Y.; Vitale, S.; Vo, T.; Vocca, H.; Vorvick, C.; Voss, D.; Vousden, W. D.; Vyatchanin, S. P.; Wade, A. R.; Wade, L. E.; Wade, M.; Walker, M.; Wallace, L.; Walsh, S.; Wang, G.; Wang, H.; Wang, M.; Wang, X.; Wang, Y.; Ward, R. L.; Warner, J.; Was, M.; Weaver, B.; Wei, L. W.; Weinert, M.; Weinstein, A. J.; Weiss, R.; Welborn, T.; Wen, L.; Weßels, P.; Westphal, T.; Wette, K.; Whelan, J. T.; White, D. J.; Whiting, B. 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.; Zweizig, J.
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
Abbott_2016_ApJL_818_L22(1).pdf

solo utenti autorizzati

Tipologia: Versione finale editoriale
Licenza: NON PUBBLICO - Accesso privato/ristretto
Dimensione 908.97 kB
Formato Adobe PDF
908.97 kB Adobe PDF   Visualizza/Apri   Richiedi una copia
1602.03846.pdf

accesso aperto

Tipologia: Documento in Post-print
Licenza: Tutti i diritti riservati (All rights reserved)
Dimensione 739.51 kB
Formato Adobe PDF
739.51 kB Adobe PDF Visualizza/Apri

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11568/786520
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus 644
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? 497
social impact