Year: 2025
Type: preprint
Abstract: We detail the population properties of merging compact objects using 158 mergers from the cumulative Gravitational-Wave Transient Catalog 4.0, which includes three types of binary mergers: binary neutron star, neutron star--black hole binary, and binary black hole mergers. We resolve multiple over- and under-densities in the black hole mass distribution: features persist at primary masses of $10\,M_\odot$ and $35\,M_\odot$ with a possible third feature at $\sim 20\,M_\odot$. These are departures from an otherwise power-law-like continuum that steepens above $35\,M_\odot$. Binary black holes with primary masses near $10\,M_\odot$ are more likely to have less massive secondaries, with a mass ratio distribution peaking at $q = 0.74^{+0.13}_{-0.13}$, potentially a signature of stable mass transfer during binary evolution. Black hole spins are inferred to be non-extremal, with 90\% of black holes having $χ< 0.57$, and preferentially aligned with binary orbits, implying many merging binaries form in isolation. However, we find a significant fraction, 0.24-0.42, of binaries have negative effective inspiral spins, suggesting many could be formed dynamically in gas-free environments. We find evidence for correlation between effective inspiral spin and mass ratio, though it is unclear if this is driven by variation in the mode of the distribution or the width. (Abridged)
Source: arXiv (Cornell University)
Authors: The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration, Abac, A. G., Abouelfettouh, I., Acernese, F., Ackley, K., Adamcewicz, C., Adhicary, S., Adhikari, D., Adhikari, N., Adhikari, R. X., Adkins, V. K., Afroz, S., Agarwal, D., Agathos, M., Abchouyeh, M. Aghaei, Aguiar, O. D., Ahmadzadeh, S., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Akutsu, T., Albanesi, S., Alfaidi, R. A., Al-Jodah, A., Alléné, C., Allocca, A., Al-Shammari, S., Altin, P. A., Alvarez-Lopez, S., Amarasinghe, O., Amato, A., Amra, C., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Andia, M., Ando, M., Andrade, T., Andrés-Carcasona, M., Andrić, T., Anglin, J., Ansoldi, S., Antelis, J. M., Antier, S., Aoumi, M., Appavuravther, E. Z., Appert, S., Apple, S. K., Arai, K., Araya, A., Araya, M. C., Sedda, M. Arca, Areeda, J. S., Argianas, L., Aritomi, N., Armato, F., Armstrong, S., Arnaud, N., Arogeti, M., Aronson, S. M., Arun, K. G., Ashton, G., Aso, Y., Assiduo, M., Melo, S. Assis de Souza, Aston, S. M., Astone, P., Attadio, F., Aubin, F., AultONeal, K., Avallone, G., Babak, S., Badaracco, F., Badger, C., Bae, S., Bagnasco, S., Bagui, E., Baiotti, L., Bajpai, R., Baka, T., Baker, T., Ball, M., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Banagiri, S., Banerjee, B., Bankar, D., Baptiste, T. M., Baral, P., Barayoga, J. C., Barish, B. C., Barker, D., Barman, N., Barneo, P., Barone, F., Barr, B., Barsotti, L., Barsuglia, M., Barta, D., Bartoletti, A. M., Barton, M. A., Bartos, I., Basak, S., Basalaev, A., Bassiri, R., Basti, A., Bates, D. E., Bawaj, M., Baxi, P., Bayley, J. C., Baylor, A. C., Baynard II, P. A., Bazzan, M., Bedakihale, V. M., Beirnaert, F., Bejger, M., Belardinelli, D., Bell, A. S., Bellie, D. S., Bellizzi, L., Beltran-Martinez, D., Benoit, W., Bentara, I., Bentley, J. D., Yaala, M. Ben, Bera, S., Bergamin, F., Berger, B. K., Bernuzzi, S., Beroiz, M., Berry, C. P. L., Bersanetti, D., Bertolini, A., Betzwieser, J., Beveridge, D., Bevilacqua, G., Bevins, N., Bhandare, R., Bhatt, R., Bhattacharjee, D., Bhaumik, S., Bhowmick, S., Biancalana, V., Bianchi, A., Bilenko, I. A., Billingsley, G., Binetti, A., Bini, S., Binu, C., Birnholtz, O., Biscoveanu, S., Bisht, A., Bitossi, M., Bizouard, M. -A., Blaber, S., Blackburn, J. K., Blagg, L. A., Blair, C. D., Blair, D. G., Bobba, F., Bode, N., Boileau, G., Boldrini, M., Bolingbroke, G. N., Bolliand, A., Bonavena, L. D., Bondarescu, R., Bondu, F., Bonilla, E., Bonilla, M. S., Bonino, A., Bonnand, R., Booker, P., Borchers, A., Borhanian, S., Boschi, V., Bose, S., Bossilkov, V., Boudon, A., Bozzi, A., Bradaschia, C., Brady, P. R., Branch, A., Branchesi, M., Braun, I., Briant, T., Brillet, A., Brinkmann, M., Brockill, P., Brockmueller, E., Brooks, A. F., Brown, B. C., Brown, D. D., Brozzetti, M. 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C., Davis, P., Dax, M., De Bolle, J., Deenadayalan, M., Degallaix, J., De Laurentis, M., Deléglise, S., De Lillo, F., Dell'Aquila, D., Della Valle, F., Del Pozzo, W., De Marco, F., Demasi, G., De Matteis, F., D'Emilio, V., Demos, N., Dent, T., Depasse, A., DePergola, N., De Pietri, R., De Rosa, R., De Rossi, C., Desai, M., DeSalvo, R., DeSimone, A., De Simone, R., Dhani, A., Diab, R., Díaz, M. C., Di Cesare, M., Dideron, G., Didio, N. A., Dietrich, T., Di Fiore, L., Di Fronzo, C., Di Giovanni, M., Di Girolamo, T., Diksha, D., Di Michele, A., Ding, J., Di Pace, S., Di Palma, I., Di Renzo, F., Divyajyoti, Dmitriev, A., Doctor, Z., Doerksen, N., Dohmen, E., Dominguez, D., D'Onofrio, L., Donovan, F., Dooley, K. L., Dooney, T., Doravari, S., Dorosh, O., Drago, M., Driggers, J. C., Ducoin, J. -G., Dunn, L., Dupletsa, U., D'Urso, D., Duval, H., Dwyer, S. E., Eassa, C., Ebersold, M., Eckhardt, T., Eddolls, G., Edelman, B., Edo, T. B., Edy, O., Effler, A., Eichholz, J., Einsle, H., Eisenmann, M., Eisenstein, R. A., Ejlli, A., Emma, M., Endo, K., Enficiaud, R., Engl, A. J., Errico, L., Espinosa, R., Esposito, M., Essick, R. C., Estellés, H., Etzel, T., Evans, M., Evstafyeva, T., Ewing, B. E., Ezquiaga, J. M., Fabrizi, F., Faedi, F., Fafone, V., Fairhurst, S., Farah, A. M., Farr, B., Farr, W. M., Favaro, G., Favata, M., Fays, M., Fazio, M., Feicht, J., Fejer, M. M., Felicetti, R., Fenyvesi, E., Ferguson, D. L., Fernandes, T., Fernando, A., Fernando, D., Ferraiuolo, S., Ferrante, I., Ferreira, T. A., Fidecaro, F., Figura, P., Fiori, A., Fiori, I., Fishbach, M., Fisher, R. P., Fittipaldi, R., Fiumara, V., Flaminio, R., Fleischer, S. M., Fleming, L. S., Floden, E., Fong, H., Font, J. A., Foo, C., Fornal, B., Forsyth, P. W. F., Franceschetti, K., Franchini, N., Frasca, S., Frasconi, F., Mascioli, A. Frattale, Frei, Z., Freise, A., Freitas, O., Frey, R., Frischhertz, W., Fritschel, P., Frolov, V. V., Fronzé, G. 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L., Plastino, W., Plunkett, C., Poggiani, R., Polini, E., Pompili, L., Poon, J., Porcelli, E., Porter, E. K., Posnansky, C., Poulton, R., Powell, J., Pracchia, M., Pradhan, B. K., Pradier, T., Prajapati, A. K., Prasai, K., Prasanna, R., Prasia, P., Pratten, G., Principe, G., Principe, M., Prodi, G. A., Prokhorov, L., Prosperi, P., Prosposito, P., Providence, A. C., Puecher, A., Pullin, J., Punturo, M., Puppo, P., Pürrer, M., Qi, H., Qin, J., Quéméner, G., Quetschke, V., Quinonez, P. J., Rainho, I., Raja, S., Rajan, C., Rajbhandari, B., Ramirez, K. E., Vidal, F. A. Ramis, Ramos-Buades, A., Rana, D., Ranjan, S., Ransom, K., Rapagnani, P., Ratto, B., Ray, A., Raymond, V., Razzano, M., Read, J., Payo, M. Recaman, Regimbau, T., Rei, L., Reid, S., Reitze, D. H., Relton, P., Renzini, A. I., Revenu, B., Reyes, R., Rezaei, A. S., Ricci, F., Ricci, M., Ricciardone, A., Richardson, J. W., Richardson, M., Rijal, A., Riles, K., Riley, H. K., Rinaldi, S., Rittmeyer, J., Robertson, C., Robinet, F., Robinson, M., Rocchi, A., Rolland, L., Rollins, J. G., Romano, A. E., Romano, R., Romero, A., Romero-Shaw, I. M., Romie, J. H., Ronchini, S., Roocke, T. J., Rosa, L., Rosauer, T. J., Rose, C. A., Rosińska, D., Ross, M. P., Rossello-Sastre, M., Rowan, S., Roy, S., Roy, S. K., Rozza, D., Ruggi, P., Ruhama, N., Morales, E. Ruiz, Ruiz-Rocha, K., Sachdev, S., Sadecki, T., Sadiq, J., Saffarieh, P., Safi-Harb, S., Sah, M. R., Saha, S., Sainrat, T., Menon, S. Sajith, Sakai, K., Sakellariadou, M., Sakon, S., Salafia, O. S., Salces-Carcoba, F., Salconi, L., Saleem, M., Salemi, F., Sallé, M., Salunkhe, S. U., Salvador, S., Samajdar, A., Sanchez, A., Sanchez, E. J., Sanchez, J. H., Sanchez, L. E., Sanchis-Gual, N., Sanders, J. R., Sänger, E. M., Santoliquido, F., Sarandrea, F., Saravanan, T. R., Sarin, N., Sarkar, P., Sasaoka, S., Sasli, A., Sassi, P., Sassolas, B., Sathyaprakash, B. S., Sato, R., Sato, Y., Sauter, O., Savage, R. L., Sawada, T., Sawant, H. L., Sayah, S., Scacco, V., Schaetzl, D., Scheel, M., Schiebelbein, A., Schiworski, M. G., Schmidt, P., Schmidt, S., Schnabel, R., Schneewind, M., Schofield, R. M. S., Schouteden, K., Schulte, B. W., Schutz, B. F., Schwartz, E., Scialpi, M., Scott, J., Scott, S. M., Sedas, R. M., Seetharamu, T. C., Seglar-Arroyo, M., Sekiguchi, Y., Sellers, D., Sengupta, A. S., Sentenac, D., Seo, E. G., Seo, J. W., Sequino, V., Serra, M., Servignat, G., Sevrin, A., Shaffer, T., Shah, U. S., Shahriar, M. S., Shaikh, M. A., Shao, L., Sharma, A. K., Sharma, P., Chaudhary, S. Sharma, Shaw, M. R., Shawhan, P., Shcheblanov, N. S., Shikano, Y., Shikauchi, M., Shimode, K., Shinkai, H., Shiota, J., Shirke, S., Shoemaker, D. H., Shoemaker, D. M., Short, R. W., ShyamSundar, S., Sider, A., Siegel, H., Sigg, D., Silenzi, L., Simmonds, M., Singer, L. P., Singh, A., Singh, D., Singh, M. K., Singh, N., Singh, S., Singha, A., Sintes, A. M., Sipala, V., Skliris, V., Slagmolen, B. J. J., Slater, D. A., Slaven-Blair, T. J., Smetana, J., Smith, J. R., Smith, L., Smith, R. J. E., Smith, W. J., Somiya, K., Song, I., Soni, K., Soni, S., Sordini, V., Sorrentino, F., Sotani, H., Southgate, A., Spada, F., Spagnuolo, V., Spencer, A. P., Spera, M., Spinicelli, P., Sprague, C. A., Srivastava, A. K., Stachurski, F., Steer, D. A., Steinle, N., Steinlechner, J., Steinlechner, S., Stergioulas, N., Stevens, P., Stevenson, S. P., Stolzi, F., StPierre, M., Stratta, G., Strong, M. D., Strunk, A., Sturani, R., Stuver, A. L., Suchenek, M., Sudhagar, S., Sueltmann, N., Suleiman, L., Sullivan, K. D., Sun, J., Sun, L., Sunil, S., Suresh, J., Sutton, B. J., Sutton, P. J., Suzuki, T., Suzuki, Y., Swinkels, B. L., Syx, A., Szczepańczyk, M. J., Szewczyk, P., Tacca, M., Tagoshi, H., Tait, S. C., Takahashi, H., Takahashi, R., Takamori, A., Takase, T., Takatani, K., Takeda, H., Takeshita, K., Talbot, C., Tamaki, M., Tamanini, N., Tanabe, D., Tanaka, K., Tanaka, S. J., Tanaka, T., Tang, D., Tanioka, S., Tanner, D. B., Tanner, W., Tao, L., Tapia, R. D., Martín, E. N. Tapia San, Tarafder, R., Taranto, C., Taruya, A., Tasson, J. D., Tau, J. G., Tenorio, R., Themann, H., Theodoropoulos, A., Thirugnanasambandam, M. P., Thomas, L. M., Thomas, M., Thomas, P., Thompson, J. E., Thondapu, S. R., Thorne, K. A., Thrane, E., Tissino, J., Tiwari, A., Tiwari, P., Tiwari, S., Tiwari, V., Todd, M. R., Toivonen, A. M., Toland, K., Tolley, A. E., Tomaru, T., Tomita, K., Tommasini, V., Tomura, T., Tong, H., Tong-Yu, C., Toriyama, A., Toropov, N., Torres-Forné, A., Torrie, C. I., Toscani, M., Melo, I. Tosta e, Tournefier, E., Nery, M. Trad, Trapananti, A., Travasso, F., Traylor, G., Trejo, C., Trevor, M., Tringali, M. C., Tripathee, A., Troian, G., Trovato, A., Trozzo, L., Trudeau, R. J., Tsang, T. T. L., Tsuchida, S., Tsukada, L., Turbang, K., Turconi, M., Turski, C., Ubach, H., Uchikata, N., Uchiyama, T., Udall, R. P., Uehara, T., Uematsu, M., Ueno, S., Undheim, V., Ushiba, T., Vacatello, M., Vahlbruch, H., Vajente, G., Vajpeyi, A., Valdes, G., Valencia, J., Valentini, A. F., Valentini, M., Vallejo-Peña, S. A., Vallero, S., Valsan, V., van Bakel, N., van Beuzekom, M., van Dael, M., Brand, J. F. J. van den, Broeck, C. Van Den, Vander-Hyde, D. C., van der Sluys, M., Van de Walle, A., van Dongen, J., Vandra, K., van Haevermaet, H., van Heijningen, J. V., Van Hove, P., Vanier, J., VanKeuren, M., Vanosky, J., van Putten, M. H. P. M., Van Ranst, Z., van Remortel, N., Vardaro, M., Vargas, A. F., Varghese, J. J., Varma, V., Vazquez, A. N., Vecchio, A., Vedovato, G., Veitch, J., Veitch, P. J., Venikoudis, S., Venneberg, J., Verdier, P., Vereecken, M., Verkindt, D., Verma, B., Verma, P., Verma, Y., Vermeulen, S. M., Vetrano, F., Veutro, A., Vibhute, A. M., Viceré, A., Vidyant, S., Viets, A. D., Vijaykumar, A., Vilkha, A., Villa-Ortega, V., Vincent, E. T., Vinet, J. -Y., Viret, S., Virtuoso, A., Vitale, S., Vives, A., Vocca, H., Voigt, D., von Reis, E. R. G., von Wrangel, J. S. A., Vujeva, L., Vyatchanin, S. P., Wack, J., Wade, L. E., Wade, M., Wagner, K. J., Wajid, A., Walker, M., Wallace, G. S., Wallace, L., Wang, E. J., Wang, H., Wang, J. Z., Wang, W. H., Wang, Y. F., Wang, Z., Waratkar, G., Warner, J., Was, M., Washimi, T., Washington, N. Y., Watarai, D., Wayt, K. E., Weaver, B. R., Weaver, B., Weaving, C. R., Webster, S. A., Weickhardt, N. L., Weinert, M., Weinstein, A. J., Weiss, R., Wellmann, F., Wen, L., Weßels, P., Wette, K., Whelan, J. T., Whiting, B. F., Whittle, C., Wickens, E. G., Wildberger, J. B., Wilken, D., Willadsen, D. J., Willetts, K., Williams, D., Williams, M. J., Williams, N. S., Willis, J. L., Willke, B., Wils, M., Winborn, C. W., Winterflood, J., Wipf, C. C., Woan, G., Woehler, J., Wolfe, N. E., Wong, H. T., Wong, I. C. F., Wright, J. L., Wright, M., Wu, C., Wu, D. S., Wu, H., Wu, T. Y., Wuchner, E., Wysocki, D. M., Xu, V. A., Xu, Y., Yadav, N., Yamamoto, H., Yamamoto, K., Yamamoto, T. S., Yamamoto, T., Yamamura, S., Yamazaki, R., Yan, T., Yang, F. W., Yang, F., Yang, K. Z., Yang, Y., Yarbrough, Z., Yasui, H., Yeh, S. -W., Yelikar, A. B., Yin, X., Yokoyama, J., Yokozawa, T., Yoo, J., Yu, H., Yuan, S., Yuzurihara, H., Zadrożny, A., Zanolin, M., Zeeshan, M., Zelenova, T., Zendri, J. -P., Zeoli, M., Zerrad, M., Zevin, M., Zhang, A. C., Zhang, L., Zhang, R., Zhang, T., Zhang, Y., Zhao, C., Zhao, Yue, Zhao, Yuhang, Zheng, Y., Zhong, H., Zhou, R., Zhu, X. -J., Zhu, Z. -H., Zimmerman, A. B., Zucker, M. E., Zweizig, J.
Language: English
Subfield: Astronomy and Astrophysics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
Funders: National Science Foundation, U.S. Department of Energy, Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, Centres de Recerca de Catalunya, Institut des Origines de Lyon, Leverhulme Trust, Scottish Funding Council, Scottish Universities Physics Alliance, European Commission, National Research Foundation, Council of Scientific and Industrial Research, India, Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung, National Natural Science Foundation of China, Academia Sinica, Fundacja na rzecz Nauki Polskiej, Fonds De La Recherche Scientifique - FNRS, Generalitat de Catalunya, Fonds Wetenschappelijk Onderzoek, Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, Generalitat Valenciana, Hungarian Scientific Research Fund, Korea Institute of Science and Technology Information, Korea Astronomy and Space Science Institute, National Research Foundation of Korea, Israel Science Foundation, Conseil Régional, Île-de-France, Ministry of Education, India, Centre National de la Recherche Scientifique, National Astronomical Observatory of Japan, Russian Science Foundation, Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Hivatal, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Ministry of Science and ICT, South Korea, ICTP South American Institute for Fundamental Research, Narodowa Agencja Wymiany Akademickiej, National Science and Technology Council, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Science and Technology Facilities Council, Japan Society for the Promotion of Science, Science and Engineering Research Board, European Regional Development Fund, Agencia Estatal de Investigación, Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, National Research, Development and Innovation Office, Great Southern Development Commission, Government of Western Australia, European Social Fund
Awards: G1033667210, G1047231290, G1063769543, G1204740081, G12788915, G1458792852, G1907708792, G207645610, G3984162807, G4014941212, Detection of gravitational waves with a cryogenic interferometer, G5793006848, G5922099756, Calibration Standard and High-Precision Data Analysis toward the Observational Era of Gravitational Waves, G7259685644, G7306082014, G842060473, G8431719150, G8541542807, G8568794117, Inclusive study on gravitational-wave astrophysics
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