Diving below the spin-down limit: constraints on gravitational waves from the energetic young pulsar PSR J0537-6910

Abbott, R. et al. (2021) Diving below the spin-down limit: constraints on gravitational waves from the energetic young pulsar PSR J0537-6910. Astrophysical Journal Letters, 913(2), L27. (doi: 10.3847/2041-8213/abffcd)

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Abstract

We present a search for quasi-monochromatic gravitational-wave signals from the young, energetic X-ray pulsar PSR J0537−6910 using data from the second and third observing runs of LIGO and Virgo. The search is enabled by a contemporaneous timing ephemeris obtained using Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) data. The NICER ephemeris has also been extended through 2020 October and includes three new glitches. PSR J0537−6910 has the largest spin-down luminosity of any pulsar and exhibits fRequent and strong glitches. Analyses of its long-term and interglitch braking indices provide intriguing evidence that its spin-down energy budget may include gravitational-wave emission from a time-varying mass quadrupole moment. Its 62 Hz rotation frequency also puts its possible gravitational-wave emission in the most sensitive band of the LIGO/Virgo detectors. Motivated by these considerations, we search for gravitational-wave emission at both once and twice the rotation frequency from PSR J0537−6910. We find no signal, however, and report upper limits. Assuming a rigidly rotating triaxial star, our constraints reach below the gravitational-wave spin-down limit for this star for the first time by more than a factor of 2 and limit gravitational waves from the l = m = 2 mode to account for less than 14% of the spin-down energy budget. The fiducial equatorial ellipticity is constrained to less than about 3 ×10−5, which is the third best constraint for any young pulsar.

Item Type:Articles
Keywords:Gravitational waves.
Status:Published
Refereed:Yes
Glasgow Author(s) Enlighten ID:Grant, Mr Alastair and Spencer, Mr Andrew and Masso Reid, Ms Mariela and Williams, Mr Daniel and Barr, Dr Bryan and Sorazu Lucio, Dr Borja and Veitch, Dr John and Linley, Mr Jethro and Kinley-Hanlon, Maya Marie Antoinette and Heng, Professor Ik Siong and Dupej, Peter and Briggs, Mr Joseph and Hendry, Professor Martin and Rowan, Professor Sheila and Gray, Ms Rachel and Datrier, Ms Laurence and Hough, Professor James and Huttner, Dr Sabina and De Lillo, Nicola and Barton, Dr Mark and Toland, Mr Karl and Hayes, Mr Fergus and Hammond, Professor Giles and Cummings, Ms Rebecca and Tait, Mr Simon and Scott, Dr Jamie and Martin, Dr Iain and Robertson, Professor Norna and Mukherjee, Dr Arunava and Gabbard, Mr Hunter and Cumming, Dr Alan and Williams, Mr Michael and Woan, Professor Graham and Callaghan, Mr Jack and Bayley, Mr Joseph and Strain, Professor Kenneth and Jones, Mr Russell and Eddolls, Graeme and Haughian, Dr Karen and Murray, Dr Peter
Authors: Abbott, R., Abbott, T. D., Abraham, S., Acernese, F., Ackley, K., Adams, A., Adams, C., Adhikari, R. X., Adya, V. B., Affeldt, C., Agarwal, D., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Akutsu, T., Aleman, K. M., Allen, G., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Anand, S., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Ando, M., Angelova, S. V., Ansoldi, S., Antelis, J. M., Antier, S., Appert, S., Arai, K., Arai, K., Arai, Y., Araki, S., Araya, A., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Aritomi, N., Arnaud, N., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asada, H., Asali, Y., Ashton, G., Aso, Y., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., Aufmuth, P., AultONeal, K., Austin, C., Babak, S., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Bae, S., Bae, Y., Baer, A. M., Bagnasco, S., Bai, Y., Baiotti, L., Baird, J., Bajpai, R., Ball, M., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Bals, M., Balsamo, A., Baltus, G., Banagiri, S., Bankar, D., Bankar, R. S., Barayoga, J. 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Subjects:Q Science > QB Astronomy
Q Science > QC Physics
College/School:College of Science and Engineering
College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy
Research Group:Institute for Gravitational Research
Journal Name:Astrophysical Journal Letters
ISSN:2041-8205
ISSN (Online):2041-8213
Copyright Holders:Copyright © 2021 IOP Publishing
First Published:First published in Astrophysical Journal Letters 913(2): L27
Publisher Policy:Reproduced in accordance with the copyright policy of the publisher
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310743Investigations in Gravitational Radiation: 1-year extensionSheila RowanScience and Technology Facilities Council (STFC)ST/V001736/1P&S - Physics & Astronomy
309290Advanced LIGO Operations SupportKenneth StrainScience and Technology Facilities Council (STFC)ST/V001019/1P&S - Physics & Astronomy