Abbott, R. et al. (2021) Tests of general relativity with binary black holes from the second LIGO-Virgo gravitational-wave transient catalog. Physical Review D, 103(12), 122002. (doi: 10.1103/PhysRevD.103.122002)
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Text
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Abstract
Gravitational waves enable tests of general relativity in the highly dynamical and strong-field regime. Using events detected by LIGO-Virgo up to 1 October 2019, we evaluate the consistency of the data with predictions from the theory. We first establish that residuals from the best-fit waveform are consistent with detector noise, and that the low- and high-frequency parts of the signals are in agreement. We then consider parametrized modifications to the waveform by varying post-Newtonian and phenomenological coefficients, improving past constraints by factors of {\sim2}; we also find consistency with Kerr black holes when we specifically target signatures of the spin-induced quadrupole moment. Looking for gravitational-wave dispersion, we tighten constraints on Lorentz-violating coefficients by a factor of {\sim}2.6 and bound the mass of the graviton to m_g \leq 1.76 \times 10^{-23} \mathrm{eV}/c^2 with 90% credibility. We also analyze the properties of the merger remnants by measuring ringdown frequencies and damping times, constraining fractional deviations away from the Kerr frequency to \delta \hat{f}_{220} = 0.03^{+0.38}_{-0.35} for the fundamental quadrupolar mode, and \delta \hat{f}_{221} = 0.04^{+0.27}_{-0.32} for the first overtone; additionally, we find no evidence for postmerger echoes. Finally, we determine that our data are consistent with tensorial polarizations through a template-independent method. When possible, we assess the validity of general relativity based on collections of events analyzed jointly. We find no evidence for new physics beyond general relativity, for black hole mimickers, or for any unaccounted systematics.
| Item Type: | Articles |
|---|---|
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes |
| Glasgow Author(s) Enlighten ID: | Grant, Mr Alastair and Spencer, Dr Andrew and Messenger, Dr Christopher and Masso Reid, Ms Mariela and Williams, Dr Daniel and Toland, Dr Karl and Hayes, Dr Fergus and Hammond, Professor Giles and Barr, Dr Bryan and Sorazu Lucio, Dr Borja and Cummings, Ms Rebecca and Gabbard, Hunter Arthur and Steinlechner, Dr Jessica and Veitch, Dr John and Linley, Mr Jethro and Kinley-Hanlon, Maya Marie Antoinette and Heng, Professor Ik Siong and Dupej, Peter and Tait, Dr Simon and Briggs, Mr Joseph and Hendry, Professor Martin and Scott, Dr Jamie and Rowan, Professor Sheila and Martin, Dr Iain and Robertson, Professor Norna and Tornasi, Zeno and Mukherjee, Dr Arunava and Cumming, Dr Alan and Berry, Dr Christopher and Cunningham, Dr Liam and Gray, Dr Rachel and Woan, Professor Graham and WRIGHT, Jennifer and Steinlechner, Dr Sebastian and Datrier, Ms Laurence and Hough, Professor James and Huttner, Dr Sabina and Callaghan, Mr Jack and Bayley, Mr Joseph and Strain, Professor Kenneth and Jones, Mr Russell and Eddolls, Graeme and Williams, Michael and Haughian, Dr Karen and De Lillo, Nicola 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., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Allen, G., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Anand, S., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Angelova, S. V., Ansoldi, S., Antelis, J. M., Antier, S., Appert, S., Arai, K., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Arnaud, N., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asali, Y., Ascenzi, S., Ashton, G., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., Aufmuth, P., AultONeal, K., Austin, C., Avendano, V., Babak, S., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Bae, S., Baer, A. M., Bagnasco, S., Baird, J., Ball, M., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Bals, A., Balsamo, A., Baltus, G., Banagiri, S., Bankar, D., Bankar, R. S., Barayoga, J. C., Barbieri, C., Barish, B. 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J., Yeeles, D. W., Yoon, A., Yu, H., Yu, H., Yuen, S. H. R., Zadrożny, A., Zanolin, M., Zelenova, T., Zendri, J. -P., Zevin, M., Zhang, J., Zhang, L., Zhang, R., Zhang, T., Zhao, C., Zhao, G., Zhou, M., Zhou, Z., Zhu, X. J., Zimmerman, A. B., Zucker, M. E., and Zweizig, J. |
| Subjects: | Q Science > QB Astronomy Q Science > QC Physics |
| College/School: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy |
| Research Centre: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy > Institute for Gravitational Research |
| Research Group: | Institute for Gravitational Research |
| Journal Name: | Physical Review D |
| Journal Abbr.: | Phys. Rev. D |
| Publisher: | American Physical Society |
| ISSN: | 2470-0010 |
| ISSN (Online): | 2470-0029 |
| Copyright Holders: | Copyright © 2021 American Physical Society |
| First Published: | First published in Physical Review D 103: 122002 |
| Publisher Policy: | Reproduced in accordance with the publisher copyright policy |
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