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)

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, Dr Andrew and Masso Reid, Ms Mariela and Williams, Dr 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, Dr Rachel and Datrier, Ms Laurence and Hough, Professor James and Huttner, Dr Sabina and Williams, Michael and De Lillo, Nicola and Barton, Dr Mark and Messenger, Dr Christopher and Toland, Dr Karl and Hayes, Dr Fergus and Hammond, Professor Giles and Cummings, Ms Rebecca and Gabbard, Hunter Arthur and Tait, Dr Simon and Scott, Dr Jamie and Martin, Dr Iain and Garcia Nunez, Dr Carlos and Robertson, Professor Norna and Mukherjee, Dr Arunava and Cumming, Dr Alan 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; 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 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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Project Code	Award No	Project Name	Principal Investigator	Funder's Name	Funder Ref	Lead Dept
310743		Investigations in Gravitational Radiation: 1-year extension	Sheila Rowan	Science and Technology Facilities Council (STFC)	ST/V001736/1	P&S - Physics & Astronomy
309290		Advanced LIGO Operations Support	Kenneth Strain	Science and Technology Facilities Council (STFC)	ST/V001019/1	P&S - Physics & Astronomy