Tests of general relativity with GWTC-3

Abbott, R. et al. (2022) Tests of general relativity with GWTC-3. Physical Review D, (Accepted for Publication)

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The ever-increasing number of detections of gravitational waves from compact binaries by the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors allows us to perform ever-more sensitive tests of general relativity (GR) in the dynamical and strong-field regime of gravity. We perform a suite of tests of GR using the compact binary signals observed during the second half of the third observing run of those detectors. We restrict our analysis to the 15 confident signals that have false alarm rates \leq 10^{-3}\, {\rm yr}^{-1}. In addition to signals consistent with binary black hole mergers, the new events include GW200115_042309, a signal consistent with a neutron star–black hole merger. We find the residual power, after subtracting the best fit waveform from the data for each event, to be consistent with the detector noise. Additionally, we find all the post-Newtonian deformation coefficients to be consistent with the predictions from GR, with an improvement by a factor of \sim 2 in the -1PN parameter. We also find that the spin-induced quadrupole moments of the binary black hole constituents are consistent with those of Kerr black holes in GR. We find no evidence for dispersion of gravitational waves, non-GR modes of polarization, or post-merger echoes in the events that were analyzed. We update the bound on the mass of the graviton, at 90\% credibility, to m_g \leq 1.27\times 10^{-23} \mathrm{eV}/c^2. The final mass and final spin as inferred from the pre-merger and post-merger parts of the waveform are consistent with each other. The studies of the properties of the remnant black holes, including deviations of the quasi-normal mode frequencies and damping times, show consistency with the predictions of GR. In addition to considering signals individually, we also combine results from the catalog of gravitational waves signals to calculate more precise population constraints. We find no evidence in support of physics beyond general relativity.

Item Type:Articles
Keywords:General relativity and quantum cosmology (gr-qc), high energy astrophysical phenomena (astro-ph.HE), high energy physics - theory (hep-th), FOS: physical sciences.
Status:Accepted for Publication
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 Hayes, Dr 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 Cumming, Dr Alan and Gabbard, Mr Hunter and Berry, Dr Christopher and Cunningham, Dr Liam and Gray, Dr Rachel and Woan, Professor Graham and Steinlechner, Dr Sebastian and Datrier, Ms Laurence and Hough, Professor James and Huttner, Dr Sabina and Bayley, Mr Joseph and Callaghan, Mr Jack and Strain, Professor Kenneth and Eddolls, Graeme and Jones, Mr Russell and Williams, Michael and De Lillo, Nicola and Haughian, Dr Karen and McGhee, Graeme and Murray, Dr Peter and Barton, Dr Mark and Johnston, Ross
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., de Alarcón, P. F., 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:Physical Review D
Publisher:American Physical Society
ISSN (Online):2470-0029
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312546Investigations in Gravitational RadiationSheila RowanScience and Technology Facilities Council (STFC)ST/V005634/1ENG - Electronics & Nanoscale Engineering
309290Advanced LIGO Operations SupportKenneth StrainScience and Technology Facilities Council (STFC)ST/V001019/1P&S - Physics & Astronomy