Constraints on cosmic strings using data from the third Advanced LIGO–Virgo observing run

Abbott, R. et al. (2021) Constraints on cosmic strings using data from the third Advanced LIGO–Virgo observing run. Physical Review Letters, 126(24), 241102. (doi: 10.1103/PhysRevLett.126.241102)

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Abstract

We search for gravitational-wave signals produced by cosmic strings in the Advanced LIGO and Virgo full O3 data set. Search results are presented for gravitational waves produced by cosmic string loop features such as cusps, kinks and, for the first time, kink-kink collisions. A template-based search for short-duration transient signals does not yield a detection. We also use the stochastic gravitational-wave background energy density upper limits derived from the O3 data to constrain the cosmic string tension, G\mu, as a function of the number of kinks, or the number of cusps, for two cosmic string loop distribution models. Additionally, we develop and test a third model which interpolates between these two models. Our results improve upon the previous LIGO-Virgo constraints on G\mu by one to two orders of magnitude depending on the model which is tested. In particular, for the one-loop distribution model, we set the most competitive constraints to date, G\mu \lesssim 4 \times 10^{-15}. In the case of cosmic strings formed at the end of inflation in the context of Grand Unified Theories, these results challenge simple inflationary models.

Item Type:Articles
Keywords:Cosmic strings, 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 Messenger, Dr Christopher and Toland, Mr Karl and Hayes, Mr Fergus and Hammond, Professor Giles and Cummings, Ms Rebecca and Gabbard, Hunter Arthur and Tait, Mr Simon and Scott, Dr Jamie and Martin, Dr Iain and Robertson, Professor Norna and Mukherjee, Dr Arunava 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 McGhee, Graeme 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., Asada, H., Asali, Y., Ashton, G., Aso, Y., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., Auclair, P., 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 > School of Physics and Astronomy
Research Group:Institute for Gravitational Research
Journal Name:Physical Review Letters
Publisher:American Physical Society
ISSN:0031-9007
ISSN (Online):1079-7114
Published Online:16 June 2021
Copyright Holders:Copyright © 2021 American Physical Society
First Published:First published in Physical Review Letters 126(24): 241102
Publisher Policy:Reproduced in accordance with the publisher copyright policy
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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