We point out that the gravitational-wave event GW150914 observed by the LIGO detectors can be explained by the coalescence of primordial black holes (PBHs). It is found that the expected PBH merger rate would exceed the rate estimated by the LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration if PBHs were the dominant component of dark matter, while it can be made compatible if PBHs constitute a fraction of dark matter. Intriguingly, the abundance of PBHs required to explain the suggested lower bound on the event rate, >2 events Gpc^{-3} yr^{-1}, roughly coincides with the existing upper limit set by the nondetection of the cosmic microwave background spectral distortion. This implies that the proposed PBH scenario may be tested in the not-too-distant future.

This is a review article on the primordial black holes (PBHs), with particular focus on the massive ones ($\gtrsim 10^{15}{\rm g}$) which have not evaporated by the present epoch by the Hawking radiation. By the detections of gravitational waves by LIGO, we have gained a completely novel tool to observationally search for PBHs complementary to the electromagnetic waves. Based on the perspective that gravitational-wave astronomy will make a significant progress in the next decades, a purpose of this article is to give a comprehensive review covering a wide range of topics on PBHs. After discussing PBH formation as well as several inflation models leading to PBH production, we summarize various existing and future observational constraints. We then present topics on formation of PBH binaries, gravitational waves from PBH binaries, various observational tests of PBHs by using gravitational waves.

We constrain the abundance of primordial black holes (PBH) using 2622 microlensing events obtained from 5-years observations of stars in the Galactic bulge by the Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE). The majority of microlensing events display a single or at least continuous population that has a peak around the light curve timescale $t_{\rm E}\simeq 20~{\rm days}$ and a wide distribution over the range $t_{\rm E}\simeq [1, 300]~{\rm days}$, while the data also indicates a second population of 6 ultrashort-timescale events in $t_{\rm E}\simeq [0.1,0.3]~{\rm days}$, which are advocated to be due to free-floating planets. We confirm that the main population of OGLE events can be well modeled by microlensing due to brown dwarfs, main sequence stars and stellar remnants (white dwarfs and neutron stars) in the standard Galactic bulge and disk models for their spatial and velocity distributions. Using the dark matter (DM) model for the Milky Way (MW) halo relative to the Galactic bulge/disk models, we obtain the tightest upper bound on the PBH abundance in the mass range $M_{\rm PBH}\simeq[10^{-6},10^{-3}]M_\odot$ (Earth-Jupiter mass range), if we employ null hypothesis that the OGLE data does not contain any PBH microlensing event. More interestingly, we also show that Earth-mass PBHs can well reproduce the 6 ultrashort-timescale events, without the need of free-floating planets, if the mass fraction of PBH to DM is at a per cent level, which is consistent with other constraints such as the microlensing search for Andromeda galaxy (M31) and the longer timescale OGLE events. Our result gives a hint of PBH existence, and can be confirmed or falsified by microlensing search for stars in M31, because M31 is towards the MW halo direction and should therefore contain a much less number of free-floating planets, even if exist, than the direction to the MW center.

Abstract The Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory (DECIGO) is a future Japanese space mission with a frequency band of 0.1 Hz to 10 Hz. DECIGO aims at the detection of primordial gravitational waves, which could have been produced during the inflationary period right after the birth of the Universe. There are many other scientific objectives of DECIGO, including the direct measurement of the acceleration of the expansion of the Universe, and reliable and accurate predictions of the timing and locations of neutron star/black hole binary coalescences. DECIGO consists of four clusters of observatories placed in heliocentric orbit. Each cluster consists of three spacecraft, which form three Fabry–Pérot Michelson interferometers with an arm length of 1000 km. Three DECIGO clusters will be placed far from each other, and the fourth will be placed in the same position as one of the other three to obtain correlation signals for the detection of primordial gravitational waves. We plan to launch B-DECIGO, which is a scientific pathfinder for DECIGO, before DECIGO in the 2030s to demonstrate the technologies required for DECIGO, as well as to obtain fruitful scientific results to further expand multi-messenger astronomy.