通过 LIGO 与 Virgo 第三次观测运行对亚太阳质量双星引力波的广泛搜寻

我们利用 LIGO 与 Virgo 天文台的数据，在其第三次观测运行结束前，搜寻由至少一个亚太阳质量组分并合而成的双星所产生的引力波。观测到组分质量低于 $1\,M_{\odot}$ 的并合事件，将是新物理或原初黑洞族群存在的明确信号；这些黑洞也可能对暗物质分布有所贡献。我们的搜寻针对如下双星：主星质量 $M_1$ 在 0.1–100$\,M_{\odot}$ 之间，当 $M_1 < 20\,M_\odot$ 时次星质量 $M_2$ 为 0.1–1$\,M_{\odot}$，当 $M_1 \ge 20\,M_\odot$ 时次星质量为 0.01–1$\,M_{\odot}$。对于 $M_1 < 7\,M_\odot, M_2 > 0.5\,M_\odot$ 的源，还允许其轨道偏心率最高达 $e_{10} \sim 0.3$。该搜寻区域覆盖了从质量相近到极端质量比（最高达 $10^4:1$）的源。我们未发现统计上令人信服的候选事件，因此给出了并合率的新上限；我们的分析为多数 $7\,M_{\odot}< M_1 < 20\,M_{\odot}$ 的亚太阳质量源设定了首批限制，并在 $M_1 > 20\,M_{\odot}$（$M_1 < 7\,M_{\odot}$）时将限制收紧了约 $8\times$ $(1.6\times)$。利用这些限制，在假设单色质量函数的前提下，我们将 1 (0.5)$\,M_{\odot}$ 黑洞的暗物质占比约束在 0.3 (0.7)$\%$ 以下。由于原初黑洞在单个源视界距离之外的并合率很高，我们还利用未观测到随机背景这一事实作为补充探测手段来限制暗物质占比。我们发现，尽管这些限制总体上弱于直接搜寻所得，但在 $0.1 \,M_{\odot}$ 处已变得可比。