GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mn>15...

Abstract

On May 21, 2019 at 03:02:29 UTC Advanced LIGO and Advanced Virgo observed a short duration gravitational-wave signal, GW190521, with a three-detector network signal-to-noise ratio of 14.7, and an estimated false-alarm rate of 1 in 4900 yr using a search sensitive to generic transients. If GW190521 is from a quasicircular binary inspiral, then the detected signal is consistent with the merger of two black holes with masses of <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><a:mrow><a:mrow><a:mn>8</a:mn><a:msubsup><a:mrow><a:mn>5</a:mn></a:mrow><a:mrow><a:mo>−</a:mo><a:mn>14</a:mn></a:mrow><a:mrow><a:mo>+</a:mo><a:mn>21</a:mn></a:mrow></a:msubsup></a:mrow><a:mtext> </a:mtext><a:mtext> </a:mtext><a:msub><a:mrow><a:mi>M</a:mi></a:mrow><a:mrow><a:mo stretchy="false">⊙</a:mo></a:mrow></a:msub></a:mrow></a:math> and <d:math xmlns:d="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><d:mrow><d:mrow><d:mn>6</d:mn><d:msubsup><d:mrow><d:mn>6</d:mn></d:mrow><d:mrow><d:mo>−</d:mo><d:mn>18</d:mn></d:mrow><d:mrow><d:mo>+</d:mo><d:mn>17</d:mn></d:mrow></d:msubsup></d:mrow><d:mtext> </d:mtext><d:mtext> </d:mtext><d:msub><d:mrow><d:mi>M</d:mi></d:mrow><d:mrow><d:mo stretchy="false">⊙</d:mo></d:mrow></d:msub></d:mrow></d:math> (90% credible intervals). We infer that the primary black hole mass lies within the gap produced by (pulsational) pair-instability supernova processes, with only a 0.32% probability of being below <g:math xmlns:g="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><g:mn>65</g:mn><g:mtext> </g:mtext><g:mtext> </g:mtext><g:msub><g:mi>M</g:mi><g:mo stretchy="false">⊙</g:mo></g:msub></g:math>. We calculate the mass of the remnant to be <j:math xmlns:j="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><j:mrow><j:mrow><j:mn>14</j:mn><j:msubsup><j:mrow><j:mn>2</j:mn></j:mrow><j:mrow><j:mo>−</j:mo><j:mn>16</j:mn></j:mrow><j:mrow><j:mo>+</j:mo><j:mn>28</j:mn></j:mrow></j:msubsup></j:mrow><j:mtext> </j:mtext><j:mtext> </j:mtext><j:msub><j:mrow><j:mi>M</j:mi></j:mrow><j:mrow><j:mo stretchy="false">⊙</j:mo></j:mrow></j:msub></j:mrow></j:math>, which can be considered an intermediate mass black hole (IMBH). The luminosity distance of the source is <m:math xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><m:mrow><m:msubsup><m:mrow><m:mn>5.3</m:mn></m:mrow><m:mrow><m:mo>−</m:mo><m:mn>2.6</m:mn></m:mrow><m:mrow><m:mo>+</m:mo><m:mn>2.4</m:mn></m:mrow></m:msubsup><m:mtext> </m:mtext><m:mtext> </m:mtext><m:mi>Gpc</m:mi></m:mrow></m:math>, corresponding to a redshift of <o:math xmlns:o="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><o:mrow><o:msubsup><o:mrow><o:mn>0.82</o:mn></o:mrow><o:mrow><o:mo>−</o:mo><o:mn>0.34</o:mn></o:mrow><o:mrow><o:mo>+</o:mo><o:mn>0.28</o:mn></o:mrow></o:msubsup></o:mrow></o:math>. The inferred rate of mergers similar to GW190521 is <q:math xmlns:q="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><q:mrow><q:msubsup><q:mrow><q:mn>0.13</q:mn></q:mrow><q:mrow><q:mo>−</q:mo><q:mn>0.11</q:mn></q:mrow><q:mrow><q:mo>+</q:mo><q:mn>0.30</q:mn></q:mrow></q:msubsup><q:mtext> </q:mtext><q:mtext> </q:mtext><q:msup><q:mrow><q:mi>Gpc</q:mi></q:mrow><q:mrow><q:mo>−</q:mo><q:mn>3</q:mn></q:mrow></q:msup><q:mtext> </q:mtext><q:msup><q:mrow><q:mi>yr</q:mi></q:mrow><q:mrow><q:mo>−</q:mo><q:mn>1</q:mn></q:mrow></q:msup></q:mrow></q:math>. Published by the American Physical Society 2020

Keywords

PhysicsLIGOAstrophysicsBlack hole (networking)RedshiftLuminosityGravitational waveBinary numberBinary black holeComputer scienceGalaxyMathematics