English Summary:
The gravitational-wave (GW) detection of GW190521 has provided new insights on the mass distribution of black holes and new constraints for astrophysical formation channels.
This study investigates the implications of independent claims that GW190521 had significant pre-merger eccentricity, focusing on dynamically formed GW190521-like binaries.
The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will be sensitive to GW190521-like binaries if they are circular from an isolated formation channel.
However, GW190521-like binaries that form dynamically may skip the LISA band entirely.
The authors simulate GW190521 analogues formed via post-Newtonian binary-single scattering and find that these binaries may enter the LIGO-Virgo band with significant eccentricity, as suggested by recent studies.
Eccentric GW190521-like binaries motivate the astrophysical science case for a decihertz GW observatory, such as the kilometer-scale version of the Midband Atomic Gravitational-wave Interferometric Sensor (MAGIS).
Politiker
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요약(한글):
GW190521의 광파동 탐지로부터 검정충격장치(검정충격장치)의 질량 분포에 대한 새로운 인사이트와 천문물리학적 형성 채널의 제약을 제공하였습니다.
이 연구는 GW190521에서 독립적으로 발견된 전 합침 이중성 있음에 대한 가정을 집중적으로 고려하여, 검정충격장치 형성의 GW190521와 같은 비нар들을 동적으로 형성한 경우를 조사합니다.
LISA는 GW190521와 같은 비нар들이 독립적인 형성 채널에서 원형이면서 살펴할 수 있습니다.
그러나 GW190521와 같은 비нар들이 동적으로 형성되는 경우 LISA 범위를 건너뛸 수도 있습니다.
저자들은 GW19052<|im_start|> assistant
Technical Terms Explanation:
* Dense stellar environment: A region of space with a high concentration of stars, such as globular clusters or nuclear clusters.
* Hierarchical mergers: The process by which two or more black holes merge to form a larger black hole through a series of smaller mergers.
* Laser Interferometer Space Antenna (LISA): A planned space-based gravitational-wave observatory that will detect and measure gravitational waves in the millihertz frequency range.
* Astrophysical science case: The scientific justification for building or funding a new astronomical observatory or instrument.
* Midband Atomic Gravitational-wave Interferometric Sensor (MAGIS): A proposed kilometer-scale gravitational-wave detector that would operate in the decihertz frequency range.
Related Papers or Resources:
1.
Title: “GW190521: A 23-Solar-Mass Black Hole Binary with Detection Signals Beyond Its Ringdown”
Author/Source: LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration (LVC)
URL: https://arxiv.
org/abs/2010.
53837
2.
Title: “A 23-solar-mass black hole binary with detection signals beyond its ringdown”
Author/Source: LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration (LVC)
URL: https://www.
nature.
com/articles/s41586-020-2937-z

DRAFT VERSION MARCH 17, 2021 Typeset using LATEX twocolumn style in AASTeX62 DYNAMICAL FORMATION SCENARIOS FOR GW190521 AND PROSPECTS FOR DECIHERTZ GRAVITATIONAL-WAVE ASTRONOMY WITH GW190521-LIKE BINARIES A. MIGUEL HOLGADO,1 ALEXIS ORTEGA,1 AND CARL L. RODRIGUEZ1 1McWilliams Center for Cosmology and Department of Physics, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, 15213 ABSTRACT The gravitational-wave (GW) detection of GW190521 has provided new insights on the mass distribution of black holes and new constraints for astrophysical formation channels. With independent claims of GW190521 having significant pre-merger eccentricity, we investigate what this implies for GW190521-like binaries that form dynamically. The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will also be sensitive to GW190521-like binaries if they are circular from an isolated formation channel. However, GW190521-like binaries that form dynamically may skip the LISA band entirely. To this end, we simulate GW190521 analogues that dynamically form via post-Newtonian binary-single scattering. From these scattering experiments, we find that GW190521- like binaries may enter the LIGO-Virgo band with significant eccentricity as suggested by recent studies, though well below an eccentricity of e10Hz ≲0.7. Eccentric GW190521-like binaries further motivate the astrophys- ical science case for a decihertz GW observatory, such as the kilometer-scale version of the Midband Atomic Gravitational-wave Interferometric Sensor (MAGIS). We carry out a Fisher analysis to estimate how well the eccentricity of GW190521-like binaries can be constrained with such a decihertz detector. These eccentricity constraints would also provide additional insights into the possible environments that GW190521-like binaries form in. Keywords: gravitational waves — binaries: black holes 1. INTRODUCTION The gravitational-wave (GW) detection of GW190521 from the LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collab- oration (LVC) is the most black-hole (BH) merger observed so far (LVC 2020a). This event marks a new milestone for GW astrophysics by revealing new insights into the mass dis- tribution of BHs (LVC 2020b). The unusually high masses of GW190521, whose primary component lies within the “upper mass gap” of BHs, strongly suggest that the binary formed via dynamical encounters in a dense stellar environ- ment (e.g., Abbott et al. 2020; Kimball et al. 2020; Fragione et al. 2020; Liu & Lai 2020; Gondán & Kocsis 2020; Se- cunda et al. 2020; Kremer et al. 2020; Renzo et al. 2020), where the hierarchical mergers of BHs or stars can produce objects more massive than those formed from the collapse of isolated stars. While the presence of a BH in the mass gap is strong evidence for a dynamical formation scenario, it is not con- clusive. It is possible (i.e., not ruled out) that GW190521 could have formed from isolated stellar binaries (Belczyn- Corresponding author: A. Miguel Holgado mholgado@andrew.cmu.edu ski 2020; Costa et al. 2020; Renzo et al. 2020; Tanikawa et al. 2020) or within gas-rich environments (e.g., Roupas & Kazanas 2019; Rice & Zhang 2020; Safarzadeh & Haiman 2020; Toubiana et al. 2020) where the GW signal itself may be affected by the accretion and external torques (e.g., Ba- rausse et al. 2014; Holgado & Ricker 2019; Caputo et al. 2020). BH masses, however, are…

2021 년 3 월 17 일 드래프트 버전 Aastex62에서 라텍스 Twocolumn 스타일을 사용한 조판 세트 GW190521에 대한 역동적 인 형성 시나리오 및 GW190521- 유사 바이너리를 사용한 Decihertz 중력 파 천문학에 대한 전망 A.
Miguel Holgado, 1 Alexis Ortega, 1 및 Carl L.
Rodriguez1 1mcwilms Center of Center of Center of Center of Center of Center of Center of Center of Center of Center.
Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, 15213 GW190521의 중력 파 (GW) 탐지는 천체 물리적 형성 채널을위한 블랙홀의 대량 분포와 새로운 제약 조건에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다.
Merger 이전의 편심이 상당한 GW190521에 대한 독립적 인 주장으로, 우리는 이것이 역동적으로 형성되는 GW190521과 같은 바이너리에 대해 무엇을 의미하는지 조사합니다.
레이저 간섭계 공간 안테나 (LISA)는 고립 된 형성 채널에서 원형 인 경우 GW190521- 유사 바이너리에 민감합니다.
그러나 동적으로 형성되는 GW190521과 같은 바이너리는 LISA 밴드를 완전히 건너 뛸 수 있습니다.
이를 위해, 우리는 뉴턴 이진 이진 단일 산란을 통해 동적으로 형성되는 GW190521 아날로그를 시뮬레이션합니다.
이러한 산란 실험으로부터, 우리는 GW190521- 유사한 바이너리가 최근 연구에서 제안한 바와 같이 유의 한 편심을 갖는 Ligo-Virgo 대역에 들어갈 수 있지만 E10Hz ≲0.7의 편심보다 훨씬 낮습니다.
편심 GW190521- 유사 바이너리는 미드 밴드 원자 중력파 간섭계 센서 (MAGIS)의 킬로미터 규모 버전과 같은 데시 시트 GW 전망대에 대한 천체 물리학 과학 사례에 더 동기를 부여합니다.
우리는 GW190521- 유사 바이너리의 편심이 그러한 Decihertz 검출기로 제한 될 수 있는지 추정하기 위해 Fisher 분석을 수행합니다.
이러한 편심 제약 조건은 GW190521- 유사 바이너리가 형성되는 가능한 환경에 대한 추가 통찰력을 제공합니다.
키워드 : 중력파-바이너리 : 블랙홀 1.
소개 GW190521의 중력파 (GW) 탐지는 Ligo Scienti ite Solg Colaboration (Birgo Collab- Oration) (LVC)에서 GW190521을 탐지합니다.
합병은 지금까지 관찰되었습니다 (LVC 2020A).
이 행사는 BHS의 대량 분해에 대한 새로운 통찰력을 공개함으로써 GW 천체 물리학에 대한 새로운 이정표를 나타냅니다 (LVC 2020b).
1 차 성분의 비정상적으로 높은 질량은 BHS의 “상위 질량 갭”에있는 GW190521의 비정상적인 질량은 조밀 한 환경에서 역동적 인 만남을 통해 이진이 형성되었음을 강력하게 제안한다 (예 : Abbott et al.
2020; Kimball et al.
2020; Contrione et al.
2020; Liu & Lai 2020; Cunda et al.
2020; 질량 갭에서 BH의 존재는 역동적 인 형성 시나리오에 대한 강력한 증거이지만, 그것은 중요하지 않습니다.
GW190521이 고립 된 별이 바이너리 (Belczyn- 해당 저자 : A.
miguel holgado mholgado@andrew.cmu.edu ski 2020; Costa et al.
2020; Renzo et al.
2020; Tanikawa et al.
Kazanas 2019; 그러나 BH 대중은 …