Searches for gravitational waves from known pulsars at two harmonics in the second and third LIGO-Virgo observing runs

Abbott, R. et al. (2022) Searches for gravitational waves from known pulsars at two harmonics in the second and third LIGO-Virgo observing runs. Astrophysical Journal, 935(1), 1. (doi: 10.3847/1538-4357/ac6acf)

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Abstract

We present a targeted search for continuous gravitational waves (GWs) from 236 pulsars using data from the third observing run of Advanced LIGO and Virgo (O3) combined with data from the second observing run (O2). Searches were for emission from the l=m=2 mass quadrupole mode with a frequency at only twice the pulsar rotation frequency (single harmonic) and the l=2, m=1,2 modes with a frequency of both once and twice the rotation frequency (dual harmonic). No evidence of GWs was found so we present 95% credible upper limits on the strain amplitudes h_0 for the single harmonic search along with limits on the pulsars' mass quadrupole moments Q_{22} and ellipticities \varepsilon. Of the pulsars studied, 23 have strain amplitudes lower than the limits calculated from their electromagnetically measured spin-down rates. These pulsars include the millisecond pulsars J0437\textminus4715 and J0711\textminus6830 which have spin-down ratios of 0.87 and 0.57 respectively. For nine pulsars, their spin-down limits have been surpassed for the first time. For the Crab and Vela pulsars our limits are factors of \sim 100 and \sim 20 more constraining than their spin-down limits, respectively. For the dual harmonic searches, new limits are placed on the strain amplitudes C_{21} and C_{22}. For 23 pulsars we also present limits on the emission amplitude assuming dipole radiation as predicted by Brans-Dicke theory.

Item Type:Articles
Keywords:Gravitational waves, gravitational wave sources, pulsars, neutron stars.
Status:Published
Refereed:Yes
Glasgow Author(s) Enlighten ID:Grant, Mr Alastair and Spencer, Mr Andrew and Messenger, Dr Christopher and Masso Reid, Ms Mariela and Williams, Dr Daniel and Hayes, Mr Fergus and Hammond, Professor Giles and Barr, Dr Bryan and Cummings, Ms Rebecca and Oelker, Dr Eric and Smith, Ms Leigh and Steinlechner, Dr Jessica and Veitch, Dr John and Linley, Mr Jethro and Kinley-Hanlon, Maya Marie Antoinette and Alfaidi, Reem Atallah E and Heng, Professor Ik Siong and Dupej, Peter and Wright, Mr Michael and Tait, Dr Simon and Stachurski, Mr Federico and Briggs, Mr Joseph and Webster, Dr Stephen and Hendry, Professor Martin and Scott, Dr Jamie and Rowan, Professor Sheila and Chapman-Bird, Christian and Martin, Dr Iain and Robertson, Professor Norna and Lacaille, Mr Gregoire and Tornasi, Zeno and Mukherjee, Dr Arunava and Gabbard, Mr Hunter and Cumming, Dr Alan and Cunningham, Dr Liam and Gray, Ms Rachel and Woan, Professor Graham and Steinlechner, Dr Sebastian and Datrier, Ms Laurence and Hough, Professor James and Huttner, Dr Sabina and Graham, Ms Victoria 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 Johnston, Ross and Barton, Dr Mark
Authors: Abbott, R., Abe, H., Acernese, F., Ackley, K., Adhikari, N., Adhikari, R. X., Adkins, V. K., Adya, V. B., Affeldt, C., Agarwal, D., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Akutsu, T., Albanesi, S., Alfaidi, R. A., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Anand, C., Anand, S., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Ando, M., Andrade, T., Andres, N., Andrés-Carcasona, M., Andrić, T., Angelova, S. V., Ansoldi, S., Antelis, J. M., Antier, S., Apostolatos, T., Appavuravther, E. Z., Appert, S., Apple, S. K., Arai, K., Araya, A., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Aritomi, N., Arnaud, N., Arogeti, M., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asada, H., Asali, Y., Ashton, G., Aso, Y., Assiduo, M., Assis de Souza Melo, S., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., AultONeal, K., Austin, C., Babak, S., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Badger, C., Bae, S., Bae, Y., Baer, A. 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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 Centre:College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy > Institute for Gravitational Research
Research Group:Institute for Gravitational Research
Journal Name:Astrophysical Journal
Publisher:IOP Publishing
ISSN:0004-637X
ISSN (Online):1538-4357
Published Online:25 May 2022
Copyright Holders:Copyright © 2022 The Authors
First Published:First published in Astronomical Journal 935(1):1
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309290Advanced LIGO Operations SupportKenneth StrainScience and Technology Facilities Council (STFC)ST/V001019/1P&S - Physics & Astronomy
312546Investigations in Gravitational RadiationSheila RowanScience and Technology Facilities Council (STFC)ST/V005634/1ENG - Electronics & Nanoscale Engineering