Abstract
| Original language | English |
|---|---|
| Article number | L13 |
| Number of pages | 27 |
| Journal | Astrophysical Journal Letters |
| Volume | 900 |
| Issue number | 1 |
| DOIs | |
| Publication status | Published - 2 Sept 2020 |
Keywords
- astrophysical black holes
- high energy astrophysics
- gravitational collapse
- gravitation
- gravitational wave astronomy
- gravitational wave sources
- LIGO
- stellar mass black holes
- stellar populations
- intermediate-mass black holes
Fingerprint
Dive into the research topics of 'Properties and astrophysical implications of the 150 M binary black hole merger GW190521'. Together they form a unique fingerprint.Cite this
- APA
- Author
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- Standard
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- Vancouver
}
In: Astrophysical Journal Letters, Vol. 900, No. 1, L13, 02.09.2020.
Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
TY - JOUR
T1 - Properties and astrophysical implications of the 150 M binary black hole merger GW190521
AU - Abbott, B. P.
AU - Abbott, R.
AU - Abbott, T. D.
AU - Abraham, S.
AU - Acernese, F.
AU - Ackley, K.
AU - Adams, C.
AU - Adhikari, R. X.
AU - Adya, V. B.
AU - Affeldt, C.
AU - Agathos, M.
AU - Agatsuma, K.
AU - Aggarwal, N.
AU - Aguiar, O. D.
AU - Aiello, L.
AU - Ain, A.
AU - Ajith, P.
AU - Allen, G.
AU - Allocca, A.
AU - Aloy, M. A.
AU - Altin, P. A.
AU - Amato, A.
AU - Anand, S.
AU - Ananyeva, A.
AU - Anderson, S. B.
AU - Anderson, W. G.
AU - Angelova, S. V.
AU - Antier, S.
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AU - Arai, K.
AU - Araya, M. C.
AU - Areeda, J. S.
AU - Arene, M.
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AU - Aronson, S. M.
AU - Ascenzi, S.
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AU - Aston, S. M.
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AU - Aubin, F.
AU - Aufmuth, P.
AU - AultONeal, K.
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AU - Avendano, V.
AU - Avila-Alvarez, A.
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AU - Bader, M. K. M.
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AU - Baird, J.
AU - Baker, P. T.
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AU - Ballardin, G.
AU - Ballmer, S. W.
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AU - Belahcene, I.
AU - Bell, A. S.
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AU - Benjamin, M. G.
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AU - Bidler, J.
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AU - Bilenko, I. A.
AU - Bilgili, S. A.
AU - Billingsley, G.
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AU - Blair, C. D.
AU - Blair, D. G.
AU - Blair, R. M.
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AU - Briggs, J. H.
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AU - Bulik, T.
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AU - Buskulic, D.
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AU - Byer, R. L.
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AU - Chaturvedi, M.
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AU - Chen, X.
AU - Chen, Y.
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AU - Chua, S.
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AU - Cieslar, M.
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AU - Ciolfi, R.
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AU - Cirone, A.
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AU - Clearwater, P.
AU - Cleva, F.
AU - Coccia, E.
AU - Cohadon, P. -F.
AU - Cohen, D.
AU - Colleoni, M.
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AU - Collins, C.
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AU - Constancio, M., Jr.
AU - Conti, L.
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AU - Corban, P.
AU - Corbitt, T. R.
AU - Cordero-Carrion, I.
AU - Corezzi, S.
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AU - Coughlin, S. B.
AU - Coulon, J. -P.
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AU - Couvares, P.
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AU - Cowan, E. E.
AU - Coward, D. M.
AU - Cowart, M. J.
AU - Coyne, D. C.
AU - Coyne, R.
AU - Creighton, J. D. E.
AU - Creighton, T. D.
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AU - Cullen, T. J.
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AU - Cunningham, L.
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AU - Dalya, G.
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AU - Danilishin, S. L.
AU - D'Antonio, S.
AU - Danzmann, K.
AU - Dasgupta, A.
AU - Da Silva Costa, C. F.
AU - Datrier, L. E. H.
AU - Dattilo, V.
AU - Dave, I.
AU - Davier, M.
AU - Davis, D.
AU - Daw, E. J.
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AU - Degallaix, J.
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AU - Deleglise, S.
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AU - DeMarchi, L. M.
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AU - De Rosa, R.
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AU - Diaz, M. C.
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AU - Di Giorgio, C.
AU - Di Giovanni, F.
AU - Di Giovanni, M.
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AU - Di Pace, S.
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AU - Di Renzo, F.
AU - Divakarla, A. K.
AU - Dmitriev, A.
AU - Doctor, Z.
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AU - Dorrington, I.
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AU - Easter, P. J.
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AU - Edo, T. B.
AU - Effler, A.
AU - Ehrens, P.
AU - Eichholz, J.
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AU - Eisenmann, M.
AU - Eisenstein, R. A.
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AU - Essick, R. C.
AU - Estelles, H.
AU - Estevez, D.
AU - Etienne, Z. B.
AU - Etzel, T.
AU - Evans, M.
AU - Evans, T. M.
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AU - Fairhurst, S.
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AU - Farr, B.
AU - Farr, W. M.
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AU - Fazio, M.
AU - Fee, C.
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AU - Fejer, M. M.
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AU - Fittipaldi, R.
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AU - Frasca, S.
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AU - Frey, R.
AU - Frey, V.
AU - Fritschel, P.
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AU - Gadre, B. U.
AU - Gaebel, S. M.
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AU - Gaonkar, S. G.
AU - Garcia-Quiros, C.
AU - Garufi, F.
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AU - Ghosh, S.
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AU - Gray, R.
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AU - Gupta, A.
AU - Gupta, Anchal
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AU - Gustafson, R.
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AU - Harry, I. W.
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AU - Hayes, F. J.
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AU - Khan, S.
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AU - Kim, J. C.
AU - Kim, K.
AU - Kim, W.
AU - Kim, W. S.
AU - Kim, Y. -M.
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AU - Klika, J. H.
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AU - Koehlenbeck, S. M.
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AU - Korobko, M.
AU - Korth, W. Z.
AU - Kovalam, M.
AU - Kozak, D. B.
AU - Kraemer, C.
AU - Kringel, V.
AU - Krishnendu, N.
AU - Krolak, A.
AU - Krupinski, N.
AU - Kuehn, G.
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AU - Kumar, P.
AU - Kumar, Rahul
AU - Kumar, Rakesh
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AU - Kutynia, A.
AU - Kwang, S.
AU - Lackey, B. D.
AU - Laghi, D.
AU - Lai, K. H.
AU - Lam, T. L.
AU - Landry, M.
AU - Lane, B. B.
AU - Lang, R. N.
AU - Lange, J.
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AU - Lanza, R. K.
AU - Lartaux-Vollard, A.
AU - Lasky, P. D.
AU - Laxen, M.
AU - Lazzarini, A.
AU - Lazzaro, C.
AU - Leaci, P.
AU - Leavey, S.
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AU - Lee, C. H.
AU - Lee, H. K.
AU - Lee, H. M.
AU - Lee, H. W.
AU - Lee, J.
AU - Lee, K.
AU - Lehmann, J.
AU - Lenon, A. K.
AU - Leroy, N.
AU - Letendre, N.
AU - Levin, Y.
AU - Li, A.
AU - Li, J.
AU - Li, K. J. L.
AU - Li, T. G. F.
AU - Li, X.
AU - Lin, F.
AU - Linde, F.
AU - Linker, S. D.
AU - Littenberg, T. B.
AU - Liu, J.
AU - Liu, X.
AU - Llorens-Monteagudo, M.
AU - Lo, R. K. L.
AU - London, L. T.
AU - Longo, A.
AU - Lorenzini, M.
AU - Loriette, V.
AU - Lormand, M.
AU - Losurdo, G.
AU - Lough, J. D.
AU - Lousto, C. O.
AU - Lovelace, G.
AU - Lower, M. E.
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AU - Lumaca, D.
AU - Lundgren, A. P.
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AU - Ma, Y.
AU - Macas, R.
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AU - McGuire, S. C.
AU - McIsaac, C.
AU - McIver, J.
AU - McManus, D. J.
AU - McRae, T.
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AU - Mereni, L.
AU - Merfeld, K.
AU - Merilh, E. L.
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AU - Meshkov, S.
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AU - Messick, C.
AU - Messina, F.
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AU - Miani, A.
AU - Miao, H.
AU - Michel, C.
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AU - Mo, G.
AU - Moffa, D.
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AU - Morawski, F.
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AU - Mukherjee, S.
AU - Mukherjee, Subroto
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AU - Mullavey, A.
AU - Munch, J.
AU - Muniz, E. A.
AU - Muratore, M.
AU - Murray, P. G.
AU - Nagar, A.
AU - Nardecchia, I.
AU - Naticchioni, L.
AU - Nayak, R. K.
AU - Neil, B. F.
AU - Neilson, J.
AU - Nelemans, G.
AU - Nelson, T. J. N.
AU - Nery, M.
AU - Neunzert, A.
AU - Nevin, L.
AU - Ng, K. Y.
AU - Ng, S.
AU - Nguyen, C.
AU - Nguyen, P.
AU - Nichols, D.
AU - Nichols, S. A.
AU - Nissanke, S.
AU - Nocera, F.
AU - North, C.
AU - Nuttall, L. K.
AU - Obergaulinger, M.
AU - Oberling, J.
AU - O'Brien, B. D.
AU - Oganesyan, G.
AU - Ogin, G. H.
AU - Oh, J. J.
AU - Oh, S. H.
AU - Ohme, F.
AU - Ohta, H.
AU - Okada, M. A.
AU - Oliver, M.
AU - Oppermann, P.
AU - Oram, Richard J.
AU - O'Reilly, B.
AU - Ormiston, R. G.
AU - Ortega, L. F.
AU - O'Shaughnessy, R.
AU - Ossokine, S.
AU - Ottaway, D. J.
AU - Overmier, H.
AU - Owen, B. J.
AU - Pace, A. E.
AU - Pagano, G.
AU - Page, M. A.
AU - Pagliaroli, G.
AU - Pai, A.
AU - Pai, S. A.
AU - Palamos, J. R.
AU - Palashov, O.
AU - Palomba, C.
AU - Pan, H.
AU - Panda, P. K.
AU - Pang, P. T. H.
AU - Pankow, C.
AU - Pannarale, F.
AU - Pant, B. C.
AU - Paoletti, F.
AU - Paoli, A.
AU - Parida, A.
AU - Parker, W.
AU - Pascucci, D.
AU - Pasqualetti, A.
AU - Passaquieti, R.
AU - Passuello, D.
AU - Patil, M.
AU - Patricelli, B.
AU - Payne, E.
AU - Pearlstone, B. L.
AU - Pechsiri, T. C.
AU - Pedersen, A. J.
AU - Pedraza, M.
AU - Pedurand, R.
AU - Pele, A.
AU - Penn, S.
AU - Perego, A.
AU - Perez, C. J.
AU - Perigois, C.
AU - Perreca, A.
AU - Petermann, J.
AU - Pfeiffer, H. P.
AU - Phelps, M.
AU - Phukon, K. S.
AU - Piccinni, O. J.
AU - Pichot, M.
AU - Piergiovanni, F.
AU - Pierro, V.
AU - Pillant, G.
AU - Pinard, L.
AU - Pinto, I. M.
AU - Pirello, M.
AU - Pitkin, M.
AU - Plastino, W.
AU - Pong, D. Y. T.
AU - Ponrathnam, S.
AU - Popolizio, P.
AU - Porter, E. K.
AU - Powell, J.
AU - Prajapati, A. K.
AU - Prasad, J.
AU - Prasai, K.
AU - Prasanna, R.
AU - Pratten, G.
AU - Prestegard, T.
AU - Principe, M.
AU - Prodi, G. A.
AU - Prokhorov, L.
AU - Punturo, M.
AU - Puppo, P.
AU - Puerrer, M.
AU - Qi, H.
AU - Quetschke, V.
AU - Quinonez, P. J.
AU - Raab, F. J.
AU - Raaijmakers, G.
AU - Radkins, H.
AU - Radulesco, N.
AU - Raffai, P.
AU - Raja, S.
AU - Rajan, C.
AU - Rajbhandari, B.
AU - Rakhmanov, M.
AU - Ramirez, K. E.
AU - Ramos-Buades, A.
AU - Rana, Javed
AU - Rao, K.
AU - Rapagnani, P.
AU - Raymond, V.
AU - Razzano, M.
AU - Read, J.
AU - Regimbau, T.
AU - Rei, L.
AU - Reid, S.
AU - Reitze, D. H.
AU - Rettegno, P.
AU - Ricci, F.
AU - Richardson, C. J.
AU - Richardson, J. W.
AU - Ricker, P. M.
AU - Riemenschneider, G.
AU - Riles, K.
AU - Rizzo, M.
AU - Robertson, N. A.
AU - Robinet, F.
AU - Rocchi, A.
AU - Rolland, L.
AU - Rollins, J. G.
AU - Roma, V. J.
AU - Romanelli, M.
AU - Romano, R.
AU - Romel, C. L.
AU - Romie, J. H.
AU - Rose, C. A.
AU - Rose, D.
AU - Rose, K.
AU - Rosinska, D.
AU - Rosofsky, S. G.
AU - Ross, M. P.
AU - Rowan, S.
AU - Ruediger, A.
AU - Ruggi, P.
AU - Rutins, G.
AU - Ryan, K.
AU - Sachdev, S.
AU - Sadecki, T.
AU - Sakellariadou, M.
AU - Salafia, O. S.
AU - Salconi, L.
AU - Saleem, M.
AU - Samajdar, A.
AU - Sammut, L.
AU - Sanchez, E. J.
AU - Sanchez, L. E.
AU - Sanchis-Gual, N.
AU - Sanders, J. R.
AU - Santiago, K. A.
AU - Santos, E.
AU - Sarin, N.
AU - Sassolas, B.
AU - Saulson, P. R.
AU - Sauter, O.
AU - Savage, R. L.
AU - Schale, P.
AU - Scheel, M.
AU - Scheuer, J.
AU - Schmidt, P.
AU - Schnabel, R.
AU - Schofield, R. M. S.
AU - Schoenbeck, A.
AU - Schreiber, E.
AU - Schulte, B. W.
AU - Schutz, B. F.
AU - Scott, J.
AU - Scott, S. M.
AU - Seidel, E.
AU - Sellers, D.
AU - Sengupta, A. S.
AU - Sennett, N.
AU - Sentenac, D.
AU - Sequino, V.
AU - Sergeev, A.
AU - Setyawati, Y.
AU - Shaddock, D. A.
AU - Shaffer, T.
AU - Shahriar, M. S.
AU - Shaner, M. B.
AU - Sharma, A.
AU - Sharma, P.
AU - Shawhan, P.
AU - Shen, H.
AU - Shink, R.
AU - Shoemaker, D. H.
AU - Shoemaker, D. M.
AU - Shukla, K.
AU - ShyamSundar, S.
AU - Siellez, K.
AU - Sieniawska, M.
AU - Sigg, D.
AU - Singer, L. P.
AU - Singh, D.
AU - Singh, N.
AU - Singhal, A.
AU - Sintes, A. M.
AU - Sitmukhambetov, S.
AU - Skliris, V.
AU - Slagmolen, B. J. J.
AU - Slaven-Blair, T. J.
AU - Smith, J. R.
AU - Smith, R. J. E.
AU - Somala, S.
AU - Son, E. J.
AU - Soni, S.
AU - Sorazu, B.
AU - Sorrentino, F.
AU - Souradeep, T.
AU - Sowell, E.
AU - Spencer, A. P.
AU - Spera, M.
AU - Srivastava, A. K.
AU - Srivastava, V.
AU - Staats, K.
AU - Stachie, C.
AU - Standke, M.
AU - Steer, D. A.
AU - Steinke, M.
AU - Steinlechner, J.
AU - Steinlechner, S.
AU - Steinmeyer, D.
AU - Stevenson, S. P.
AU - Stocks, D.
AU - Stone, R.
AU - Stops, D. J.
AU - Strain, K. A.
AU - Stratta, G.
AU - Strigin, S. E.
AU - Strunk, A.
AU - Sturani, R.
AU - Stuver, A. L.
AU - Sudhir, V.
AU - Summerscales, T. Z.
AU - Sun, L.
AU - Sunil, S.
AU - Sur, A.
AU - Suresh, J.
AU - Sutton, P. J.
AU - Swinkels, B. L.
AU - Szczepanczyk, M. J.
AU - Tacca, M.
AU - Tait, S. C.
AU - Talbot, C.
AU - Tanner, D. B.
AU - Tao, D.
AU - Tapai, M.
AU - Tapia, A.
AU - Tasson, J. D.
AU - Taylor, R.
AU - Tenorio, R.
AU - Terkowski, L.
AU - Thomas, M.
AU - Thomas, P.
AU - Thondapu, S. R.
AU - Thorne, K. A.
AU - Thrane, E.
AU - Tiwari, Shubhanshu
AU - Tiwari, Srishti
AU - Tiwari, V.
AU - Toland, K.
AU - Tonelli, M.
AU - Tornasi, Z.
AU - Torres-Forne, A.
AU - Torrie, C. I.
AU - Toeyrae, D.
AU - Travasso, F.
AU - Traylor, G.
AU - Tringali, M. C.
AU - Tripathee, A.
AU - Trovato, A.
AU - Trozzo, L.
AU - Tsang, K. W.
AU - Tse, M.
AU - Tso, R.
AU - Tsukada, L.
AU - Tsuna, D.
AU - Tsutsui, T.
AU - Tuyenbayev, D.
AU - Ueno, K.
AU - Ugolini, D.
AU - Unnikrishnan, C. S.
AU - Urban, A. L.
AU - Usman, S. A.
AU - Vahlbruch, H.
AU - Vajente, G.
AU - Valdes, G.
AU - Valentini, M.
AU - van Bakel, N.
AU - van Beuzekom, M.
AU - van den Brand, J. F. J.
AU - Van Den Broeck, C.
AU - Vander-Hyde, D. C.
AU - van der Schaaf, L.
AU - VanHeijningen, J. V.
AU - van Veggel, A. A.
AU - Vardaro, M.
AU - Varma, V.
AU - Vass, S.
AU - Vasuth, M.
AU - Vecchio, A.
AU - Vedovato, G.
AU - Veitch, J.
AU - Veitch, P. J.
AU - Venkateswara, K.
AU - Venugopalan, G.
AU - Verkindt, D.
AU - Vetrano, F.
AU - Vicere, A.
AU - Viets, A. D.
AU - Vinciguerra, S.
AU - Vine, D. J.
AU - Vinet, J. -Y.
AU - Vitale, S.
AU - Vo, T.
AU - Vocca, H.
AU - Vorvick, C.
AU - Vyatchanin, S. P.
AU - Wade, A. R.
AU - Wade, L. E.
AU - Wade, M.
AU - Walet, R.
AU - Walker, M.
AU - Wallace, L.
AU - Walsh, S.
AU - Wang, H.
AU - Wang, J. Z.
AU - Wang, S.
AU - Wang, W. H.
AU - Wang, Y. F.
AU - Ward, R. L.
AU - Warden, Z. A.
AU - Warner, J.
AU - Was, M.
AU - Watchi, J.
AU - Weaver, B.
AU - Wei, L. -W.
AU - Weinert, M.
AU - Weinstein, A. J.
AU - Weiss, R.
AU - Wellmann, F.
AU - Wen, L.
AU - Wessel, K.
AU - Wessels, P.
AU - Westhouse, J. W.
AU - Wette, K.
AU - Whelan, J. T.
AU - Whiting, B. F.
AU - Whittle, C.
AU - Wilken, D. M.
AU - Williams, D.
AU - Williamson, A. R.
AU - Willis, J. L.
AU - Willke, B.
AU - Winkler, W.
AU - Wipf, C. C.
AU - Wittel, H.
AU - Woan, G.
AU - Woehler, J.
AU - Wofford, J. K.
AU - Wright, J. L.
AU - Wu, D. S.
AU - Wysocki, D. M.
AU - Xiao, S.
AU - Xu, R.
AU - Yamamoto, H.
AU - Yancey, C. C.
AU - Yang, L.
AU - Yang, Y.
AU - Yang, Z.
AU - Yap, M. J.
AU - Yazback, M.
AU - Yeeles, D. W.
AU - Yu, Hang
AU - Yu, Haocun
AU - Yuen, S. H. R.
AU - Zadrozny, A.
AU - Zadrozny, A.
AU - Zanolin, M.
AU - Zelenova, T.
AU - Zendri, J. -P.
AU - Zevin, M.
AU - Zhang, J.
AU - Zhang, L.
AU - Zhang, T.
AU - Zhao, C.
AU - Zhao, G.
AU - Zhou, M.
AU - Zhou, Z.
AU - Zhu, X. J.
AU - Zimmerman, A. B.
AU - Zucker, M. E.
AU - Zweizig, J.
PY - 2020/9/2
Y1 - 2020/9/2
N2 - The gravitational-wave signal GW190521 is consistent with a binary black hole (BBH) merger source at redshift 0.8 with unusually high component masses, ${85}_{-14}^{+21}$ M ⊙ and ${66}_{-18}^{+17}$ M ⊙, compared to previously reported events, and shows mild evidence for spin-induced orbital precession. The primary falls in the mass gap predicted by (pulsational) pair-instability supernova theory, in the approximate range 65–120 M ⊙. The probability that at least one of the black holes in GW190521 is in that range is 99.0%. The final mass of the merger (${142}_{-16}^{+28}$ M ⊙) classifies it as an intermediate-mass black hole. Under the assumption of a quasi-circular BBH coalescence, we detail the physical properties of GW190521's source binary and its post-merger remnant, including component masses and spin vectors. Three different waveform models, as well as direct comparison to numerical solutions of general relativity, yield consistent estimates of these properties. Tests of strong-field general relativity targeting the merger-ringdown stages of the coalescence indicate consistency of the observed signal with theoretical predictions. We estimate the merger rate of similar systems to be ${0.13}_{-0.11}^{+0.30}\,{{\rm{Gpc}}}^{-3}\,{{\rm{yr}}}^{-1}$. We discuss the astrophysical implications of GW190521 for stellar collapse and for the possible formation of black holes in the pair-instability mass gap through various channels: via (multiple) stellar coalescences, or via hierarchical mergers of lower-mass black holes in star clusters or in active galactic nuclei. We find it to be unlikely that GW190521 is a strongly lensed signal of a lower-mass black hole binary merger. We also discuss more exotic possible sources for GW190521, including a highly eccentric black hole binary, or a primordial black hole binary.
AB - The gravitational-wave signal GW190521 is consistent with a binary black hole (BBH) merger source at redshift 0.8 with unusually high component masses, ${85}_{-14}^{+21}$ M ⊙ and ${66}_{-18}^{+17}$ M ⊙, compared to previously reported events, and shows mild evidence for spin-induced orbital precession. The primary falls in the mass gap predicted by (pulsational) pair-instability supernova theory, in the approximate range 65–120 M ⊙. The probability that at least one of the black holes in GW190521 is in that range is 99.0%. The final mass of the merger (${142}_{-16}^{+28}$ M ⊙) classifies it as an intermediate-mass black hole. Under the assumption of a quasi-circular BBH coalescence, we detail the physical properties of GW190521's source binary and its post-merger remnant, including component masses and spin vectors. Three different waveform models, as well as direct comparison to numerical solutions of general relativity, yield consistent estimates of these properties. Tests of strong-field general relativity targeting the merger-ringdown stages of the coalescence indicate consistency of the observed signal with theoretical predictions. We estimate the merger rate of similar systems to be ${0.13}_{-0.11}^{+0.30}\,{{\rm{Gpc}}}^{-3}\,{{\rm{yr}}}^{-1}$. We discuss the astrophysical implications of GW190521 for stellar collapse and for the possible formation of black holes in the pair-instability mass gap through various channels: via (multiple) stellar coalescences, or via hierarchical mergers of lower-mass black holes in star clusters or in active galactic nuclei. We find it to be unlikely that GW190521 is a strongly lensed signal of a lower-mass black hole binary merger. We also discuss more exotic possible sources for GW190521, including a highly eccentric black hole binary, or a primordial black hole binary.
KW - astrophysical black holes
KW - high energy astrophysics
KW - gravitational collapse
KW - gravitation
KW - gravitational wave astronomy
KW - gravitational wave sources
KW - LIGO
KW - stellar mass black holes
KW - stellar populations
KW - intermediate-mass black holes
U2 - 10.3847/2041-8213/aba493
DO - 10.3847/2041-8213/aba493
M3 - Article
SN - 2041-8205
VL - 900
JO - Astrophysical Journal Letters
JF - Astrophysical Journal Letters
IS - 1
M1 - L13
ER -