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Title: Prospects for Observing and Localizing Gravitational-Wave Transients with Advanced LIGO and Advanced Virgo
Authors:
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Award ID(s):
1707835
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10060071
Journal Name:
Living Reviews in Relativity
Volume:
19
Issue:
1
ISSN:
2367-3613
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. ABSTRACT Joint multimessenger observations with gravitational waves and electromagnetic (EM) data offer new insights into the astrophysical studies of compact objects. The third Advanced LIGO and Advanced Virgo observing run began on 2019 April 1; during the 11 months of observation, there have been 14 compact binary systems candidates for which at least one component is potentially a neutron star. Although intensive follow-up campaigns involving tens of ground and space-based observatories searched for counterparts, no EM counterpart has been detected. Following on a previous study of the first six months of the campaign, we present in this paper the nextmore »five months of the campaign from 2019 October to 2020 March. We highlight two neutron star–black hole candidates (S191205ah and S200105ae), two binary neutron star candidates (S191213g and S200213t), and a binary merger with a possible neutron star and a ‘MassGap’ component, S200115j. Assuming that the gravitational-wave (GW) candidates are of astrophysical origin and their location was covered by optical telescopes, we derive possible constraints on the matter ejected during the events based on the non-detection of counterparts. We find that the follow-up observations during the second half of the third observing run did not meet the necessary sensitivity to constrain the source properties of the potential GW candidate. Consequently, we suggest that different strategies have to be used to allow a better usage of the available telescope time. We examine different choices for follow-up surveys to optimize sky localization coverage versus observational depth to understand the likelihood of counterpart detection.« less
  2. Abstract We present our current best estimate of the plausible observing scenarios for the Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA gravitational-wave detectors over the next several years, with the intention of providing information to facilitate planning for multi-messenger astronomy with gravitational waves. We estimate the sensitivity of the network to transient gravitational-wave signals for the third (O3), fourth (O4) and fifth observing (O5) runs, including the planned upgrades of the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors. We study the capability of the network to determine the sky location of the source for gravitational-wave signals from the inspiral of binary systemsmore »of compact objects, that is binary neutron star, neutron star–black hole, and binary black hole systems. The ability to localize the sources is given as a sky-area probability, luminosity distance, and comoving volume. The median sky localization area (90% credible region) is expected to be a few hundreds of square degrees for all types of binary systems during O3 with the Advanced LIGO and Virgo (HLV) network. The median sky localization area will improve to a few tens of square degrees during O4 with the Advanced LIGO, Virgo, and KAGRA (HLVK) network. During O3, the median localization volume (90% credible region) is expected to be on the order of $$10^{5}, 10^{6}, 10^{7}\mathrm {\ Mpc}^3$$ 10 5 , 10 6 , 10 7 Mpc 3 for binary neutron star, neutron star–black hole, and binary black hole systems, respectively. The localization volume in O4 is expected to be about a factor two smaller than in O3. We predict a detection count of $$1^{+12}_{-1}$$ 1 - 1 + 12 ( $$10^{+52}_{-10}$$ 10 - 10 + 52 ) for binary neutron star mergers, of $$0^{+19}_{-0}$$ 0 - 0 + 19 ( $$1^{+91}_{-1}$$ 1 - 1 + 91 ) for neutron star–black hole mergers, and $$17^{+22}_{-11}$$ 17 - 11 + 22 ( $$79^{+89}_{-44}$$ 79 - 44 + 89 ) for binary black hole mergers in a one-calendar-year observing run of the HLV network during O3 (HLVK network during O4). We evaluate sensitivity and localization expectations for unmodeled signal searches, including the search for intermediate mass black hole binary mergers.« less