Abbott, R. et al. (2021) Upper limits on the isotropic gravitational-wave background from advanced LIGO and Advanced Virgo's third observing run. Physical Review D, 104(2), 022004. (doi: 10.1103/PhysRevD.104.022004)
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Text
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Abstract
We report results of a search for an isotropic gravitational-wave background (GWB) using data from Advanced LIGO’s and Advanced Virgo’s third observing run (O3) combined with upper limits from the earlier O1 and O2 runs. Unlike in previous observing runs in the advanced detector era, we include Virgo in the search for the GWB. The results of the search are consistent with uncorrelated noise, and therefore we place upper limits on the strength of the GWB. We find that the dimensionless energy density Ω GW ≤ 5.8 × 10 − 9 at the 95% credible level for a flat (frequency-independent) GWB, using a prior which is uniform in the log of the strength of the GWB, with 99% of the sensitivity coming from the band 20–76.6 Hz; Ω GW ( f ) ≤ 3.4 × 10 − 9 at 25 Hz for a power-law GWB with a spectral index of 2 / 3 (consistent with expectations for compact binary coalescences), in the band 20–90.6 Hz; and Ω GW ( f ) ≤ 3.9 × 10 − 10 at 25 Hz for a spectral index of 3, in the band 20–291.6 Hz. These upper limits improve over our previous results by a factor of 6.0 for a flat GWB, 8.8 for a spectral index of 2 / 3 , and 13.1 for a spectral index of 3. We also search for a GWB arising from scalar and vector modes, which are predicted by alternative theories of gravity; we do not find evidence of these, and place upper limits on the strength of GWBs with these polarizations. We demonstrate that there is no evidence of correlated noise of magnetic origin by performing a Bayesian analysis that allows for the presence of both a GWB and an effective magnetic background arising from geophysical Schumann resonances. We compare our upper limits to a fiducial model for the GWB from the merger of compact binaries, updating the model to use the most recent data-driven population inference from the systems detected during O3a. Finally, we combine our results with observations of individual mergers and show that, at design sensitivity, this joint approach may yield stronger constraints on the merger rate of binary black holes at z ≳ 2 than can be achieved with individually resolved mergers alone.
| Item Type: | Articles |
|---|---|
| Keywords: | Gravitational wave detection. |
| 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 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 Garcia Nunez, Dr Carlos and Robertson, Professor Norna and Mukherjee, Dr Arunava and Cumming, Dr Alan and Gray, Dr Rachel and Woan, Professor Graham 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 McGhee, Graeme and Murray, Dr Peter and Barton, Dr Mark |
| 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., 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., 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. C., Barbieri, C., Barish, B. 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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 College of Science and Engineering > School of Engineering > Electronics and Nanoscale Engineering |
| 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 |
| Publisher: | American Physical Society |
| ISSN: | 2470-0010 |
| ISSN (Online): | 2470-0029 |
| Published Online: | 23 July 2021 |
| Copyright Holders: | Copyright © 2021 American Physical Society |
| First Published: | First published in Physical Review D 104(2): 022004 |
| Publisher Policy: | Reproduced in accordance with the publisher copyright policy |
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