Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo
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. , 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. , 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. , Baker P. T. , Baldaccini F. , Ballardin G. , Ballmer S. W. , Banagiri S. , Barayoga J. 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. , Berger B. K. , Bergmann G. , Bernuzzi S. , Bero J. J. , Berry C. P. L. , Bersanetti D. , Bertolini A. , Betzwieser J. , Bhandare R. , Bidler J. , Bilenko I. A. , Bilgili S. A. , Billingsley G. , Birch J. , Birney I. A. , Birnholtz O. , Biscans S. , Biscoveanu S. , Bisht A. , Bitossi M. , Bizouard M. A. , Blackburn J. K. , Blair C. D. , Blair D. G. , Blair R. M. , Bloemen S. , Bode N. , Boer M. , Boetzel Y. , Bogaert G. , Bondu F. , Bonilla E. , Bonnand R. , Booker P. , Boom B. A. , Booth C. D. , Bork R. , Boschi V. , Bose S. , Bossie K. , Bossilkov V. , Bosveld J. , Bouffanais Y. , Bozzi A. , Bradaschia C. , Brady P. R. , Bramley A. , Branchesi M. , Brau J. E. , Briant T. , Briggs J. H. , Brighenti F. , Brillet A. , Brinkmann M. , Brisson V. , Brockill P. , Brooks A. F. , Brown D. D. , Brunett S. , Buikema A. , Bulik T. , Bulten H. J. , Buonanno A. , Buscicchio R. , 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. , Capocasa E. , 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. , Cerretani G. , 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. , Chatziioannou K. , Cheeseboro B. D. , Chen H. Y. , Chen X. , Chen Y. , Cheng H.-P. , Cheong C. K. , Chia H. Y. , Chincarini A. , Chiummo A. , Cho G. , Cho H. S. , Cho M. , Christensen N. , Chu Q. , Chua S. , Chung K. W. , Chung S. , Ciani G. , Ciobanu A. A. , Ciolfi R. , Cipriano F. , Cirone A. , Clara F. , Clark J. A. , Clearwater P. , Cleva F. , Cocchieri C. , Coccia E. , Cohadon P.-F. , Cohen D. , Colgan R. , Colleoni M. , Collette C. G. , Collins C. , Cominsky L. R. , Constancio Jr. M. , Conti L. , Cooper S. J. , Corban P. , Corbitt T. R. , Cordero-Carrión I. , Corley K. R. , Cornish N. , 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. , 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 , Derby J. , Rosa R. De , Rossi C. De , DeSalvo R. , Varona O. de , Dhurandhar S. , Díaz M. C. , Dietrich T. , Fiore L. Di , Giovanni M. Di , Girolamo T. Di , Lieto A. Di , Ding B. , Pace S. Di , Palma I. Di , Renzo F. Di , 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. , Dwyer S. E. , Easter P. J. , Edo T. B. , Edwards M. C. , Effler A. , Ehrens P. , Eichholz J. , Eikenberry S. S. , Eisenmann M. , Eisenstein R. A. , Essick R. C. , Estelles H. , Estevez D. , Etienne Z. B. , Etzel T. , Evans M. , Evans T. M. , Fafone V. , Fair H. , 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. , Ferrini F. , Fidecaro F. , Fiori I. , Fiorucci D. , Fishbach M. , Fisher R. P. , Fishner J. M. , Fitz-Axen M. , Flaminio R. , Fletcher M. , Flynn E. , Fong H. , Font J. A. , Forsyth P. W. F. , Fournier J.-D. , Frasca S. , Frasconi F. , Frei Z. , Freise A. , Frey R. , Frey V. , Fritschel P. , Frolov V. V. , Fulda P. , Fyffe M. , Gabbard H. A. , Gadre B. U. , Gaebel S. M. , Gair J. R. , Gammaitoni L. , Ganija M. R. , Gaonkar S. G. , Garcia A. , 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. , Germain V. , Ghonge S. , Ghosh Abhirup , Ghosh Archisman , Ghosh S. , Giacomazzo B. , Giaime J. A. , Giardina K. D. , Giazotto A. , Gill K. , Giordano G. , Glover L. , Godwin P. , Goetz E. , Goetz R. , Goncharov B. , González G. , Castro J. M. Gonzalez , Gopakumar A. , Gorodetsky M. L. , Gossan S. E. , Gosselin M. , Gouaty R. , Grado A. , Graef C. , Granata M. , Grant A. , Gras S. , Grassia P. , Gray C. , Gray R. , Greco G. , Green A. C. , Green R. , Gretarsson E. M. , Groot P. , Grote H. , Grunewald S. , Gruning P. , Guidi G. M. , Gulati H. K. , Guo Y. , Gupta A. , Gupta M. K. , 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. , Hanson J. , Hardwick T. , Haris K. , Harms J. , Harry G. M. , Harry I. W. , Haster C.-J. , Haughian K. , Hayes F. J. , Healy J. , Heidmann A. , Heintze M. C. , Heitmann H. , Hello P. , Hemming G. , Hendry M. , Heng I. S. , Hennig J. , Heptonstall A. W. , Vivanco Francisco Hernandez , Heurs M. , Hild S. , Hinderer T. , Hoak D. , 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. , Hreibi A. , Huerta E. A. , Huet D. , Hughey B. , Hulko M. , Husa S. , Huttner S. H. , Huynh-Dinh T. , Idzkowski B. , Iess A. , Ingram C. , Inta R. , Intini G. , Irwin B. , Isa H. N. , Isac J.-M. , Isi M. , Iyer B. R. , Izumi K. , Jacqmin T. , Jadhav S. J. , Jani K. , Janthalur N. N. , Jaranowski P. , Jenkins A. C. , Jiang J. , Johnson D. S. , Jones A. W. , Jones D. I. , 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. , Karvinen K. 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 H. , Khan I. , Khan S. , Khan Z. , Khazanov E. A. , Khursheed M. , Kijbunchoo N. , Kim Chunglee , Kim J. C. , Kim K. , Kim W. , Kim W. S. , Kim Y.-M. , Kimball C. , King E. J. , 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. , Kowalska I. , Kozak D. B. , Kringel V. , Krishnendu N. , Królak A. , Kuehn G. , Kumar A. , Kumar P. , Kumar R. , Kumar S. , Kuo L. , Kutynia A. , Kwang S. , Lackey B. 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. , Leroy N. , Letendre N. , Levin Y. , 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. , Lo R. K. L. , Lockerbie N. A. , 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. , Magaña-Sandoval F. , Zertuche L. Magaña , 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. , Martynov D. V. , Mason K. , Massera E. , Masserot A. , Massinger T. J. , Masso-Reid M. , Mastrogiovanni S. , Matas A. , Matichard F. , Matone L. , Mavalvala N. , Mazumder N. , McCann J. J. , McCarthy R. , McClelland D. E. , McCormick S. , McCuller L. , McGuire S. C. , McIver J. , McManus D. J. , McRae T. , McWilliams S. T. , Meacher D. , Meadors G. D. , Mehmet M. , Mehta A. K. , Meidam J. , Melatos A. , Mendell G. , Mercer R. A. , Mereni L. , Merilh E. L. , Merzougui M. , Meshkov S. , Messenger C. , Messick C. , Metzdorff R. , Meyers P. M. , Miao H. , Michel C. , Middleton H. , Mikhailov E. E. , Milano L. , Miller A. L. , Miller A. , 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. , Montani M. , Moore C. J. , Moraru D. , Moreno G. , Morisaki S. , Mours B. , Mow-Lowry C. M. , Mukherjee Arunava , Mukherjee D. , Mukherjee S. , Mukund N. , Mullavey A. , Munch J. , Muñiz E. A. , Muratore M. , Murray P. G. , Nagar A. , Nardecchia I. , Naticchioni L. , Nayak R. K. , Neilson J. , Nelemans G. , Nelson T. J. N. , Nery M. , Neunzert A. , Ng K. Y. , Ng S. , Nguyen P. , Nichols D. , Nissanke S. , Nocera F. , North C. , Nuttall L. K. , Obergaulinger M. , Oberling J. , O’Brien B. D. , O’Dea G. D. , 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. , Pai A. , Pai S. A. , Palamos J. R. , Palashov O. , Palomba C. , Pal-Singh A. , Pan Huang-Wei , Pang B. , 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. , Pearlstone B. L. , Pedersen C. , Pedraza M. , Pedurand R. , Pele A. , Penn S. , Perez C. J. , Perreca A. , Pfeiffer H. P. , Phelps M. , Phukon K. S. , Piccinni O. J. , Pichot M. , Piergiovanni F. , Pillant G. , Pinard L. , Pirello M. , Pitkin M. , 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. , Privitera S. , Prodi G. A. , Prokhorov L. G. , Puncken O. , Punturo M. , Puppo P. , Pürrer M. , Qi H. , Quetschke V. , Quinonez P. J. , Quintero E. A. , Quitzow-James R. , Raab F. J. , Radkins H. , Radulescu 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. , Ren W. , Ricci F. , Richardson C. J. , Richardson J. W. , Ricker P. M. , Riles K. , Rizzo M. , Robertson N. A. , Robie R. , Robinet F. , Rocchi A. , Rolland L. , Rollins J. G. , Roma V. J. , Romanelli M. , Romano R. , Romel C. L. , Romie J. H. , 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. , Sandberg V. , Sanders J. R. , Santiago K. A. , Sarin N. , Sassolas B. , Sathyaprakash B. S. , Saulson P. R. , 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. , Schwalbe S. G. , 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. , Shao L. , Sharma P. , Shawhan P. , Shen H. , Shink R. , Shoemaker D. H. , Shoemaker D. M. , ShyamSundar S. , Siellez K. , Sieniawska M. , Sigg D. , Silva A. D. , Singer L. P. , 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. , 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. , Suresh J. , Sutton P. J. , Swinkels B. L. , Szczepańczyk M. J. , Tacca M. , Tait S. C. , Talbot C. , Talukder D. , Tanner D. B. , Tápai M. , Taracchini A. , Tasson J. D. , Taylor R. , Thies F. , 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. , Trovato A. , Trozzo L. , Trudeau R. , Tsang K. W. , Tse M. , Tso R. , Tsukada L. , Tsuna D. , Tuyenbayev D. , Ueno K. , Ugolini D. , Unnikrishnan C. S. , Urban A. L. , Usman S. A. , Vahlbruch H. , Vajente G. , Valdes G. , Bakel N. van , Beuzekom M. van , Brand J. F. J. van den , Broeck C. Van Den , Vander-Hyde D. C. , Schaaf L. van der , Heijningen J. V. van , 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. , 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 G. , Wang H. , Wang J. Z. , 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. , Wimmer M. H. , Winkler W. , Wipf C. C. , Wittel H. , Woan G. , Woehler J. , Wofford J. K. , Worden J. , Wright J. L. , Wu D. S. , Wysocki D. M. , Xiao L. , Yamamoto H. , Yancey C. C. , Yang L. , Yap M. J. , Yazback M. , Yeeles D. W. , Yu Hang , Yu Haocun , Yuen S. H. R. , Yvert M. , Zadrożny A. K. , Zanolin M. , Zelenova T. , Zendri J.-P. , Zevin M. , Zhang J. , Zhang L. , Zhang T. , Zhao C. , Zhou M. , Zhou Z. , Zhu X. J. , Zimmerman A. B. , Zlochower Y. , Zucker M. E. , Zweizig J. ,   The LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration
Published: September 2019

Abstract
We present results on the mass, spin, and redshift distributions with phenomenological population models using the 10 binary black hole (BBH) mergers detected in the first and second observing runs completed by Advanced LIGO and Advanced Virgo. We constrain properties of the BBH mass spectrum using models with a range of parameterizations of the BBH mass and spin distributions. We find that the mass distribution of the more massive BH in such binaries is well approximated by models with no more than 1% of BHs more massive than 45

M

⊙

and a power-law index of α =

1.3

−
1.7

+
1.4

(90% credibility). We also show that BBHs are unlikely to be composed of BHs with large spins aligned to the orbital angular momentum. Modeling the evolution of the BBH merger rate with redshift, we show that it is flat or increasing with redshift with 93% probability. Marginalizing over uncertainties in the BBH population, we find robust estimates of the BBH merger rate density of R =

53.2

−
28.2

+
55.8

Gpc−3 yr−1 (90% credibility). As the BBH catalog grows in future observing runs, we expect that uncertainties in the population model parameters will shrink, potentially providing insights into the formation of BHs via supernovae, binary interactions of massive stars, stellar cluster dynamics, and the formation history of BHs across cosmic time.