弥合啁啾质量间隙：利用LIGO O4ab数据搜索旋进超致密双星产生的引力波
Bridging the chirp-mass gap: searching for gravitational waves from inspiraling subsolar-mass ultra-compact binaries using LIGO O4ab data
- International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific (ICTP-AP), University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（国际理论物理中心亚太分 centre（ICTP-AP），中国科学院大学）
- Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe, University of Chinese Academy of Sciences（太极引力波宇宙实验室，中国科学院大学）
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AI总结：
本研究利用LIGO O4ab数据和BinaryGFH-v2时频方法，搜索啁啾质量$10^{-2}$--$10^{-1}\\,M_\odot$的超致密双星旋进，未发现显著候选体，并首次在该质量范围设定并合率密度及原初黑洞占比上限。
AI中文摘要：
针对亚太阳质量致密双星的引力波搜索，在长时搜索可触及的行星质量区间与常规致密双星分析所探测的较高质量区间之间留下了一个空白。我们通过搜索LIGO O4ab数据中啁啾质量为$10^{-2}$--$10^{-1}\\,M_\odot$的超致密双星旋进来弥合这一空白。利用统计稳健的BinaryGFH-v2方法，这是一种搜索持续数分钟至数小时的快速演化旋进的时频技术，我们以仅约350 CPU小时的算力覆盖了这一此前具有挑战性的参数空间，未发现显著候选体。因此，我们设定了双星并合率密度的90%置信度上限，首次在该啁啾质量范围内提供了引力波约束。假设早期宇宙中形成的原初黑洞双星没有双星抑制（$f_{\rm sup}=1$），这些结果首次对该质量范围内的原初黑洞暗物质占比提供了引力波约束，对于分量质量为$10^{-2}$--$10^{-1}\\,M_\odot$的等质量双星以及主星质量$m_1=2.5\\,M_\odot$、次星质量$m_2=3\times10^{-4}$--$10^{-2}\\,M_\odot$的不对称双星，给出了$f_{\rm PBH}<1$的上限。
英文摘要：
Gravitational-wave searches for subsolar-mass compact binaries have left a gap between the planetary-mass regime accessible to long-duration searches and the higher masses probed by conventional compact-binary analyses. We close this gap by searching for the inspiral of ultra-compact binaries with chirp masses $10^{-2}$--$10^{-1}\,M_\odot$ in LIGO O4ab data. Using the statistically robust BinaryGFH-v2 method, a time-frequency technique to search for rapidly evolving inspirals lasting minutes to hours, we cover this previously challenging parameter space with a computational cost of only $\sim 350$ CPU-hours, and find no significant candidates. We thus set 90\% confidence upper limits on the binary merger-rate density, providing the first gravitational-wave constraints across this chirp-mass range. Assuming that primordial-black-hole binaries formed in the early Universe with no binary suppression ($f_{\rm sup}=1$), these results provide the first gravitational-wave constraints on the primordial-black-hole \dmh fraction in this mass range, yielding upper limits with $f_{\rm PBH}<1$ for equal-mass binaries with component masses $10^{-2}$--$10^{-1}\,M_\odot$ and asymmetric binaries with secondary masses $m_2=3\times10^{-4}$--$10^{-2}\,M_\odot$ for a primary mass $m_1=2.5\,M_\odot$.
