Search for Eccentric Binary Black Hole Mergers with Advanced LIGO and Advanced Virgo during Their First and Second Observing Runs
Authors: Abbott B. P. , Abbott R. , Abbott T. D. , Abraham S. , Acernese F. , Ackley K. , Adams C. , Adhikari R. X. , Adya V. B. , Affeldt C. , Agathos M. , Agatsuma K. , Aggarwal N. , Aguiar O. D. , Aiello L. , Ain A. , Ajith P. , Allen G. , Allocca A. , Aloy M. A. , Altin P. A. , Amato A. , Anand S. , Ananyeva A. , Anderson S. B. , Anderson W. G. , Angelova S. V. , Antier S. , Appert S. , Arai K. , Araya M. C. , Areeda J. S. , Arène M. , Arnaud N. , Aronson S. M. , Arun K. G. , Ascenzi S. , Ashton G. , Aston S. M. , Astone P. , Aubin F. , Aufmuth P. , AultONeal K. , Austin C. , Avendano V. , Avila-Alvarez A. , Babak S. , Bacon P. , Badaracco F. , Bader M. K. M. , Bae S. , Baird J. , Baker P. T. , Baldaccini F. , Ballardin G. , Ballmer S. W. , Bals A. , Banagiri S. , Barayoga J. C. , Barbieri C. , Barclay S. E. , Barish B. C. , Barker D. , Barkett K. , Barnum S. , Barone F. , Barr B. , Barsotti L. , Barsuglia M. , Barta D. , Bartlett J. , Bartos I. , Bassiri R. , Basti A. , Bawaj M. , Bayley J. C. , Bazzan M. , Bécsy B. , Bejger M. , Belahcene I. , Bell A. S. , Beniwal D. , Benjamin M. G. , Bergmann G. , Bernuzzi S. , Berry C. P. L. , Bersanetti D. , Bertolini A. , Betzwieser J. , Bhandare R. , Bidler J. , Biggs E. , Bilenko I. A. , Bilgili S. A. , Billingsley G. , Birney R. , Birnholtz O. , Biscans S. , Bischi M. , Biscoveanu S. , Bisht A. , Bitossi M. , Bizouard M. A. , Blackburn J. K. , Blackman J. , Blair C. D. , Blair D. G. , Blair R. M. , Bloemen S. , Bobba F. , Bode N. , Boer M. , Boetzel Y. , Bogaert G. , Bondu F. , Bonnand R. , Booker P. , Boom B. A. , Bork R. , Boschi V. , Bose S. , Bossilkov V. , Bosveld J. , Bouffanais Y. , Bozzi A. , Bradaschia C. , Brady P. R. , Bramley A. , Branchesi M. , Brau J. E. , Breschi M. , Briant T. , Briggs J. H. , Brighenti F. , Brillet A. , Brinkmann M. , Brockill P. , Brooks A. F. , Brooks J. , Brown D. D. , Brunett S. , Buikema A. , Bulik T. , Bulten H. J. , Buonanno A. , Buskulic D. , Buy C. , Byer R. L. , Cabero M. , Cadonati L. , Cagnoli G. , Cahillane C. , Bustillo J. Calderón , Callister T. A. , Calloni E. , Camp J. B. , Campbell W. A. , Canepa M. , Cannon K. C. , Cao H. , Cao J. , Carapella G. , Carbognani F. , Caride S. , Carney M. F. , Carullo G. , Diaz J. Casanueva , Casentini C. , Caudill S. , Cavaglià M. , Cavalier F. , Cavalieri R. , Cella G. , Cerdá-Durán P. , Cesarini E. , Chaibi O. , Chakravarti K. , Chamberlin S. J. , Chan M. , Chao S. , Charlton P. , Chase E. A. , Chassande-Mottin E. , Chatterjee D. , Chaturvedi M. , Cheeseboro B. D. , Chen H. Y. , Chen X. , Chen Y. , Cheng H.-P. , Cheong C. K. , Chia H. Y. , Chiadini F. , Chincarini A. , Chiummo A. , Cho G. , Cho H. S. , Cho M. , Christensen N. , Chu Q. , Chua S. , Chung K. W. , Chung S. , Ciani G. , Cieślar M. , Ciobanu A. A. , Ciolfi R. , Cipriano F. , Cirone A. , Clara F. , Clark J. A. , Clearwater P. , Cleva F. , Coccia E. , Cohadon P.-F. , Cohen D. , Colleoni M. , Collette C. G. , Collins C. , Colpi M. , Cominsky L. R. , Constancio Jr. M. , Conti L. , Cooper S. J. , Corban P. , Corbitt T. R. , Cordero-Carrión I. , Corezzi S. , Corley K. R. , Cornish N. , Corre D. , Corsi A. , Cortese S. , Costa C. A. , Cotesta R. , Coughlin M. W. , Coughlin S. B. , Coulon J.-P. , Countryman S. T. , Couvares P. , Covas P. B. , Cowan E. E. , Coward D. M. , Cowart M. J. , Coyne D. C. , Coyne R. , Creighton J. D. E. , Creighton T. D. , Cripe J. , Croquette M. , Crowder S. G. , Cullen T. J. , Cumming A. , Cunningham L. , Cuoco E. , Canton T. Dal , Dálya G. , D’Angelo B. , Danilishin S. L. , D’Antonio S. , Danzmann K. , Dasgupta A. , Costa C. F. Da Silva , Datrier L. E. H. , Dattilo V. , Dave I. , Davier M. , Davis D. , Daw E. J. , DeBra D. , Deenadayalan M. , Degallaix J. , Laurentis M. De , Deléglise S. , Pozzo W. Del , DeMarchi L. M. , Demos N. , Dent T. , Pietri R. De , Rosa R. De , Rossi C. De , DeSalvo R. , Varona O. de , Dhurandhar S. , Díaz M. C. , Dietrich T. , Fiore L. Di , DiFronzo C. , Giorgio C. Di , Giovanni F. Di , Giovanni M. Di , Girolamo T. Di , Lieto A. Di , Ding B. , Pace S. Di , Palma I. Di , Renzo F. Di , Divakarla A. K. , Dmitriev A. , Doctor Z. , Donovan F. , Dooley K. L. , Doravari S. , Dorrington I. , Downes T. P. , Drago M. , Driggers J. C. , Du Z. , Ducoin J.-G. , Dupej P. , Durante O. , Dwyer S. E. , Easter P. J. , Eddolls G. , Edo T. B. , Effler A. , Ehrens P. , Eichholz J. , Eikenberry S. S. , Eisenmann M. , Eisenstein R. A. , Errico L. , Essick R. C. , Estelles H. , Estevez D. , Etienne Z. B. , Etzel T. , Evans M. , Evans T. M. , Fafone V. , Fairhurst S. , Fan X. , Farinon S. , Farr B. , Farr W. M. , Fauchon-Jones E. J. , Favata M. , Fays M. , Fazio M. , Fee C. , Feicht J. , Fejer M. M. , Feng F. , Fernandez-Galiana A. , Ferrante I. , Ferreira E. C. , Ferreira T. A. , Fidecaro F. , Fiori I. , Fiorucci D. , Fishbach M. , Fisher R. P. , Fishner J. M. , Fittipaldi R. , Fitz-Axen M. , Fiumara V. , Flaminio R. , Fletcher M. , Floden E. , Flynn E. , Fong H. , Font J. A. , Forsyth P. W. F. , Fournier J.-D. , Vivanco Francisco Hernandez , Frasca S. , Frasconi F. , Frei Z. , Freise A. , Frey R. , Frey V. , Fritschel P. , Frolov V. V. , Fronzè G. , Fulda P. , Fyffe M. , Gabbard H. A. , Gadre B. U. , Gaebel S. M. , Gair J. R. , Gammaitoni L. , Gaonkar S. G. , García-Quirós C. , Garufi F. , Gateley B. , Gaudio S. , Gaur G. , Gayathri V. , Gemme G. , Genin E. , Gennai A. , George D. , George J. , Gergely L. , Ghonge S. , Ghosh Abhirup , Ghosh Archisman , Ghosh S. , Giacomazzo B. , Giaime J. A. , Giardina K. D. , Gibson D. R. , Gill K. , Glover L. , Gniesmer J. , Godwin P. , Goetz E. , Goetz R. , Goncharov B. , González G. , Castro J. M. Gonzalez , Gopakumar A. , Gossan S. E. , Gosselin M. , Gouaty R. , Grace B. , Grado A. , Granata M. , Grant A. , Gras S. , Grassia P. , Gray C. , Gray R. , Greco G. , Green A. C. , Green R. , Gretarsson E. M. , Grimaldi A. , Grimm S. J. , Groot P. , Grote H. , Grunewald S. , Gruning P. , Guidi G. M. , Gulati H. K. , Guo Y. , Gupta A. , Gupta Anchal , Gupta P. , Gustafson E. K. , Gustafson R. , Haegel L. , Halim O. , Hall B. R. , Hall E. D. , Hamilton E. Z. , Hammond G. , Haney M. , Hanke M. M. , Hanks J. , Hanna C. , Hannam M. D. , Hannuksela O. A. , Hansen T. J. , Hanson J. , Harder T. , Hardwick T. , Haris K. , Harms J. , Harry G. M. , Harry I. W. , Hasskew R. K. , Haster C. J. , Haughian K. , Hayes F. J. , Healy J. , Heidmann A. , Heintze M. C. , Heitmann H. , Hellman F. , Hello P. , Hemming G. , Hendry M. , Heng I. S. , Hennig J. , Heurs M. , Hild S. , Hinderer T. , Hochheim S. , Hofman D. , Holgado A. M. , Holland N. A. , Holt K. , Holz D. E. , Hopkins P. , Horst C. , Hough J. , Howell E. J. , Hoy C. G. , Huang Y. , Hübner M. T. , Huerta E. A. , Huet D. , Hughey B. , Hui V. , Husa S. , Huttner S. H. , Huynh-Dinh T. , Idzkowski B. , Iess A. , Inchauspe H. , Ingram C. , Inta R. , Intini G. , Irwin B. , Isa H. N. , Isac J.-M. , Isi M. , Iyer B. R. , Jacqmin T. , Jadhav S. J. , Jani K. , Janthalur N. N. , Jaranowski P. , Jariwala D. , Jenkins A. C. , Jiang J. , Johnson D. S. , Jones A. W. , Jones D. I. , Jones J. D. , Jones R. , Jonker R. J. G. , Ju L. , Junker J. , Kalaghatgi C. V. , Kalogera V. , Kamai B. , Kandhasamy S. , Kang G. , Kanner J. B. , Kapadia S. J. , Karki S. , Kashyap R. , Kasprzack M. , Katsanevas S. , Katsavounidis E. , Katzman W. , Kaufer S. , Kawabe K. , Keerthana N. V. , Kéfélian F. , Keitel D. , Kennedy R. , Key J. S. , Khalili F. Y. , Khan I. , Khan S. , Khazanov E. A. , Khetan N. , Khursheed M. , Kijbunchoo N. , Kim Chunglee , Kim J. C. , Kim K. , Kim W. , Kim W. S. , Kim Y.-M. , Kimball C. , King P. J. , Kinley-Hanlon M. , Kirchhoff R. , Kissel J. S. , Kleybolte L. , Klika J. H. , Klimenko S. , Knowles T. D. , Koch P. , Koehlenbeck S. M. , Koekoek G. , Koley S. , Kondrashov V. , Kontos A. , Koper N. , Korobko M. , Korth W. Z. , Kovalam M. , Kozak D. B. , Krämer C. , Kringel V. , Krishnendu N. , Królak A. , Krupinski N. , Kuehn G. , Kumar A. , Kumar P. , Kumar Rahul , Kumar Rakesh , Kuo L. , Kutynia A. , Kwang S. , Lackey B. D. , Laghi D. , Lai K. H. , Lam T. L. , Landry M. , Lane B. B. , Lang R. N. , Lange J. , Lantz B. , Lanza R. K. , Lartaux-Vollard A. , Lasky P. D. , Laxen M. , Lazzarini A. , Lazzaro C. , Leaci P. , Leavey S. , Lecoeuche Y. K. , Lee C. H. , Lee H. K. , Lee H. M. , Lee H. W. , Lee J. , Lee K. , Lehmann J. , Lenon A. K. , Leroy N. , Letendre N. , Levin Y. , Li A. , Li J. , Li K. J. L. , Li T. G. F. , Li X. , Lin F. , Linde F. , Linker S. D. , Littenberg T. B. , Liu J. , Liu X. , Llorens-Monteagudo M. , Lo R. K. L. , London L. T. , Longo A. , Lorenzini M. , Loriette V. , Lormand M. , Losurdo G. , Lough J. D. , Lousto C. O. , Lovelace G. , Lower M. E. , Lück H. , Lumaca D. , Lundgren A. P. , Lynch R. , Ma Y. , Macas R. , Macfoy S. , MacInnis M. , Macleod D. M. , Macquet A. , Hernandez I. Magaña , Magaña-Sandoval F. , Magee R. M. , Majorana E. , Maksimovic I. , Malik A. , Man N. , Mandic V. , Mangano V. , Mansell G. L. , Manske M. , Mantovani M. , Mapelli M. , Marchesoni F. , Marion F. , Márka S. , Márka Z. , Markakis C. , Markosyan A. S. , Markowitz A. , Maros E. , Marquina A. , Marsat S. , Martelli F. , Martin I. W. , Martin R. M. , Martinez V. , Martynov D. V. , Masalehdan H. , Mason K. , Massera E. , Masserot A. , Massinger T. J. , Masso-Reid M. , Mastrogiovanni S. , Matas A. , Matichard F. , Matone L. , Mavalvala N. , McCann J. J. , McCarthy R. , McClelland D. E. , McCormick S. , McCuller L. , McGuire S. C. , McIsaac C. , McIver J. , McManus D. J. , McRae T. , McWilliams S. T. , Meacher D. , Meadors G. D. , Mehmet M. , Mehta A. K. , Meidam J. , Villa E. Mejuto , Melatos A. , Mendell G. , Mercer R. A. , Mereni L. , Merfeld K. , Merilh E. L. , Merzougui M. , Meshkov S. , Messenger C. , Messick C. , Messina F. , Metzdorff R. , Meyers P. M. , Meylahn F. , Miani A. , Miao H. , Michel C. , Middleton H. , Milano L. , Miller A. L. , Millhouse M. , Mills J. C. , Milovich-Goff M. C. , Minazzoli O. , Minenkov Y. , Mishkin A. , Mishra C. , Mistry T. , Mitra S. , Mitrofanov V. P. , Mitselmakher G. , Mittleman R. , Mo G. , Moffa D. , Mogushi K. , Mohapatra S. R. P. , Molina-Ruiz M. , Mondin M. , Montani M. , Moore C. J. , Moraru D. , Morawski F. , Moreno G. , Morisaki S. , Mours B. , Mow-Lowry C. M. , Muciaccia F. , Mukherjee Arunava , Mukherjee D. , Mukherjee S. , Mukherjee Subroto , Mukund N. , Mullavey A. , Munch J. , Muñiz E. A. , Muratore M. , Murray P. G. , Nardecchia I. , Naticchioni L. , Nayak R. K. , Neil B. F. , Neilson J. , Nelemans G. , Nelson T. J. N. , Nery M. , Neunzert A. , Nevin L. , Ng K. Y. , Ng S. , Nguyen C. , Nguyen P. , Nichols D. , Nichols S. A. , Nissanke S. , Nocera F. , North C. , Nuttall L. K. , Obergaulinger M. , Oberling J. , O’Brien B. D. , Oganesyan G. , Ogin G. H. , Oh J. J. , Oh S. H. , Ohme F. , Ohta H. , Okada M. A. , Oliver M. , Oppermann P. , Oram Richard J. , O’Reilly B. , Ormiston R. G. , Ortega L. F. , O’Shaughnessy R. , Ossokine S. , Ottaway D. J. , Overmier H. , Owen B. J. , Pace A. E. , Pagano G. , Page M. A. , Pagliaroli G. , Pai A. , Pai S. A. , Palamos J. R. , Palashov O. , Palomba C. , Pan H. , Panda P. K. , Pang P. T. H. , Pankow C. , Pannarale F. , Pant B. C. , Paoletti F. , Paoli A. , Parida A. , Parker W. , Pascucci D. , Pasqualetti A. , Passaquieti R. , Passuello D. , Patil M. , Patricelli B. , Payne E. , Pearlstone B. L. , Pechsiri T. C. , Pedersen A. J. , Pedraza M. , Pedurand R. , Pele A. , Penn S. , Perego A. , Perez C. J. , Périgois C. , Perreca A. , Petermann J. , Pfeiffer H. P. , Phelps M. , Phukon K. S. , Piccinni O. J. , Pichot M. , Piergiovanni F. , Pierro V. , Pillant G. , Pinard L. , Pinto I. M. , Pirello M. , Pitkin M. , Plastino W. , Poggiani R. , Pong D. Y. T. , Ponrathnam S. , Popolizio P. , Porter E. K. , Powell J. , Prajapati A. K. , Prasad J. , Prasai K. , Prasanna R. , Pratten G. , Prestegard T. , Principe M. , Prodi G. A. , Prokhorov L. , Punturo M. , Puppo P. , Pürrer M. , Qi H. , Quetschke V. , Quinonez P. J. , Raab F. J. , Raaijmakers G. , Radkins H. , Radulesco N. , Raffai P. , Raja S. , Rajan C. , Rajbhandari B. , Rakhmanov M. , Ramirez K. E. , Ramos-Buades A. , Rana Javed , Rao K. , Rapagnani P. , Raymond V. , Razzano M. , Read J. , Regimbau T. , Rei L. , Reid S. , Reitze D. H. , Rettegno P. , Ricci F. , Richardson C. J. , Richardson J. W. , Ricker P. M. , Riemenschneider G. , Riles K. , Rizzo M. , Robertson N. A. , Robinet F. , Rocchi A. , Rolland L. , Rollins J. G. , Roma V. J. , Romanelli M. , Romano R. , Romel C. L. , Romie J. H. , Rose C. A. , Rose D. , Rose K. , Rosińska D. , Rosofsky S. G. , Ross M. P. , Rowan S. , Rüdiger A. , Ruggi P. , Rutins G. , Ryan K. , Sachdev S. , Sadecki T. , Sakellariadou M. , Salafia O. S. , Salconi L. , Saleem M. , Samajdar A. , Sammut L. , Sanchez E. J. , Sanchez L. E. , Sanchis-Gual N. , Sanders J. R. , Santiago K. A. , Santos E. , Sarin N. , Sassolas B. , Sauter O. , Savage R. L. , Schale P. , Scheel M. , Scheuer J. , Schmidt P. , Schnabel R. , Schofield R. M. S. , Schönbeck A. , Schreiber E. , Schulte B. W. , Schutz B. F. , Scott J. , Scott S. M. , Seidel E. , Sellers D. , Sengupta A. S. , Sennett N. , Sentenac D. , Sequino V. , Sergeev A. , Setyawati Y. , Shaddock D. A. , Shaffer T. , Shahriar M. S. , Shaner M. B. , Sharma A. , Sharma P. , Shawhan P. , Shen H. , Shink R. , Shoemaker D. H. , Shoemaker D. M. , Shukla K. , ShyamSundar S. , Siellez K. , Sieniawska M. , Sigg D. , Singer L. P. , Singh D. , Singh N. , Singhal A. , Sintes A. M. , Sitmukhambetov S. , Skliris V. , Slagmolen B. J. J. , Slaven-Blair T. J. , Smith J. R. , Smith R. J. E. , Somala S. , Son E. J. , Soni S. , Sorazu B. , Sorrentino F. , Souradeep T. , Sowell E. , Spencer A. P. , Spera M. , Srivastava A. K. , Srivastava V. , Staats K. , Stachie C. , Standke M. , Steer D. A. , Steinke M. , Steinlechner J. , Steinlechner S. , Steinmeyer D. , Stevenson S. P. , Stocks D. , Stone R. , Stops D. J. , Strain K. A. , Stratta G. , Strigin S. E. , Strunk A. , Sturani R. , Stuver A. L. , Sudhir V. , Summerscales T. Z. , Sun L. , Sunil S. , Sur A. , Suresh J. , Sutton P. J. , Swinkels B. L. , Szczepańczyk M. J. , Tacca M. , Tait S. C. , Talbot C. , Tanner D. B. , Tao D. , Tápai M. , Tapia A. , Tasson J. D. , Taylor R. , Tenorio R. , Terkowski L. , Thomas M. , Thomas P. , Thondapu S. R. , Thorne K. A. , Thrane E. , Tiwari Shubhanshu , Tiwari Srishti , Tiwari V. , Toland K. , Tonelli M. , Tornasi Z. , Torres-Forné A. , Torrie C. I. , Töyrä D. , Travasso F. , Traylor G. , Tringali M. C. , Tripathee A. , Trovato A. , Trozzo L. , Tsang K. W. , Tse M. , Tso R. , Tsukada L. , Tsuna D. , Tsutsui T. , Tuyenbayev D. , Ueno K. , Ugolini D. , Unnikrishnan C. S. , Urban A. L. , Usman S. A. , Vahlbruch H. , Vajente G. , Valdes G. , Valentini M. , Bakel N. van , Beuzekom M. van , Brand J. F. J. van den , Broeck C. Van Den , Vander-Hyde D. C. , Schaaf L. van der , VanHeijningen J. V. , Veggel A. A. van , Vardaro M. , Varma V. , Vass S. , Vasúth M. , Vecchio A. , Vedovato G. , Veitch J. , Veitch P. J. , Venkateswara K. , Venugopalan G. , Verkindt D. , Vetrano F. , Viceré A. , Viets A. D. , Vinciguerra S. , Vine D. J. , Vinet J.-Y. , Vitale S. , Vo T. , Vocca H. , Vorvick C. , Vyatchanin S. P. , Wade A. R. , Wade L. E. , Wade M. , Walet R. , Walker M. , Wallace L. , Walsh S. , Wang H. , Wang J. Z. , Wang S. , Wang W. H. , Wang Y. F. , Ward R. L. , Warden Z. A. , Warner J. , Was M. , Watchi J. , Weaver B. , Wei L.-W. , Weinert M. , Weinstein A. J. , Weiss R. , Wellmann F. , Wen L. , Wessel E. K. , Weßels P. , Westhouse J. W. , Wette K. , Whelan J. T. , Whiting B. F. , Whittle C. , Wilken D. M. , Williams D. , Williamson A. R. , Willis J. L. , Willke B. , Winkler W. , Wipf C. C. , Wittel H. , Woan G. , Woehler J. , Wofford J. K. , Wright J. L. , Wu D. S. , Wysocki D. M. , Xiao S. , Xu R. , Yamamoto H. , Yancey C. C. , Yang L. , Yang Y. , Yang Z. , Yap M. J. , Yazback M. , Yeeles D. W. , Yu Hang , Yu Haocun , Yuen S. H. R. , Zadrożny A. K. , Zadrożny A. , Zanolin M. , Zelenova T. , Zendri J.-P. , Zevin M. , Zhang J. , Zhang L. , Zhang T. , Zhao C. , Zhao G. , Zhou M. , Zhou Z. , Zhu X. J. , Zucker M. E. , Zweizig J. ,   (The LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration), Salemi F. 
Published: October 2019

Abstract
When formed through dynamical interactions, stellar-mass binary black holes (BBHs) may retain eccentric orbits (e > 0.1 at 10 Hz) detectable by ground-based gravitational-wave detectors. Eccentricity can therefore be used to differentiate dynamically formed binaries from isolated BBH mergers. Current template-based gravitational-wave searches do not use waveform models associated with eccentric orbits, rendering the search less efficient for eccentric binary systems. Here we present the results of a search for BBH mergers that inspiral in eccentric orbits using data from the first and second observing runs (O1 and O2) of Advanced LIGO and Advanced Virgo. We carried out the search with the coherent WaveBurst algorithm, which uses minimal assumptions on the signal morphology and does not rely on binary waveform templates. We show that it is sensitive to binary mergers with a detection range that is weakly dependent on eccentricity for all bound systems. Our search did not identify any new binary merger candidates. We interpret these results in light of eccentric binary formation models. We rule out formation channels with rates ≳100 Gpc−3 yr−1 for e > 0.1, assuming a black hole mass spectrum with a power-law index ≲2.