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This content will become publicly available on December 1, 2023

Title: Model-based Cross-correlation Search for Gravitational Waves from the Low-mass X-Ray Binary Scorpius X-1 in LIGO O3 Data
Abstract We present the results of a model-based search for continuous gravitational waves from the low-mass X-ray binary Scorpius X-1 using LIGO detector data from the third observing run of Advanced LIGO and Advanced Virgo. This is a semicoherent search that uses details of the signal model to coherently combine data separated by less than a specified coherence time, which can be adjusted to balance sensitivity with computing cost. The search covered a range of gravitational-wave frequencies from 25 to 1600 Hz, as well as ranges in orbital speed, frequency, and phase determined from observational constraints. No significant detection candidates were found, and upper limits were set as a function of frequency. The most stringent limits, between 100 and 200 Hz, correspond to an amplitude h 0 of about 10 −25 when marginalized isotropically over the unknown inclination angle of the neutron star’s rotation axis, or less than 4 × 10 −26 assuming the optimal orientation. The sensitivity of this search is now probing amplitudes predicted by models of torque balance equilibrium. For the usual conservative model assuming accretion at the surface of the neutron star, our isotropically marginalized upper limits are close to the predicted amplitude from about 70 more » to 100 Hz; the limits assuming that the neutron star spin is aligned with the most likely orbital angular momentum are below the conservative torque balance predictions from 40 to 200 Hz. Assuming a broader range of accretion models, our direct limits on gravitational-wave amplitude delve into the relevant parameter space over a wide range of frequencies, to 500 Hz or more. « less
Authors:
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Award ID(s):
2110181 2012057 2011786 2207728 2207999 2011334 2207920 2110460 1806824 1912598 2110594 2110360 2110509
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10409753
Journal Name:
The Astrophysical Journal Letters
Volume:
941
Issue:
2
Page Range or eLocation-ID:
L30
ISSN:
2041-8205
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract

    Improved observational constraints on the orbital parameters of the low-mass X-ray binary Scorpius X-1 were recently published in Killestein et al. In the process, errors were corrected in previous orbital ephemerides, which have been used in searches for continuous gravitational waves from Sco X-1 using data from the Advanced LIGO detectors. We present the results of a reanalysis of LIGO detector data from the third observing run of Advanced LIGO and Advanced Virgo using a model-based cross-correlation search. The corrected region of parameter space, which was not covered by previous searches, was about 1/3 as large as the region searched in the original O3 analysis, reducing the required computing time. We have confirmed that no detectable signal is present over a range of gravitational-wave frequencies from 25 to 1600 Hz, analogous to the null result of Abbott et al. Our search sensitivity is comparable to that of Abbott et al., who set upper limits corresponding, between 100 and 200 Hz, to an amplitudeh0of about 10−25when marginalized isotropically over the unknown inclination angle of the neutron star’s rotation axis, or less than 4 × 10−26assuming the optimal orientation.

  2. Abstract We present results of a search for periodic gravitational wave signals with frequencies between 20 and 400 Hz from the neutron star in the supernova remnant G347.3-0.5 using LIGO O2 public data. The search is deployed on the volunteer computing project Einstein@Home, with thousands of participants donating compute cycles to make this endeavour possible. We find no significant signal candidate and set the most constraining upper limits to date on the amplitude of gravitational wave signals from the target, corresponding to deformations below 10 −6 in a large part of the band. At the frequency of best strain sensitivity, near 166 Hz, we set 90% confidence upper limits on the gravitational wave intrinsic amplitude of h 0 90 % ≈ 7.0 × 10 − 26 . Over most of the frequency range our upper limits are a factor of 20 smaller than the indirect age-based upper limit.
  3. Abstract

    We report on a search for continuous gravitational waves (GWs) from NS 1987A, the neutron star born in SN 1987A. The search covered a frequency band of 75–275 Hz, included a wide range of spin-down parameters for the first time, and coherently integrated 12.8 days of LIGO data below 125 Hz and 8.7 days of LIGO data above 125 Hz from the second Advanced LIGO–Virgo observing run. We found no astrophysical signal. We set upper limits on GW emission as tight as an intrinsic strain of 2 × 10−25at 90% confidence. The large spin-down parameter space makes this search the first astrophysically consistent one for continuous GWs from NS 1987A. Our upper limits are the first consistent ones to beat an analog of the spin-down limit based on the age of the neutron star and hence are the first GW observations to put new constraints on NS 1987A.

  4. Intermediate-mass black holes (IMBHs) span the approximate mass range 100−10 5   M ⊙ , between black holes (BHs) that formed by stellar collapse and the supermassive BHs at the centers of galaxies. Mergers of IMBH binaries are the most energetic gravitational-wave sources accessible by the terrestrial detector network. Searches of the first two observing runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo did not yield any significant IMBH binary signals. In the third observing run (O3), the increased network sensitivity enabled the detection of GW190521, a signal consistent with a binary merger of mass ∼150  M ⊙ providing direct evidence of IMBH formation. Here, we report on a dedicated search of O3 data for further IMBH binary mergers, combining both modeled (matched filter) and model-independent search methods. We find some marginal candidates, but none are sufficiently significant to indicate detection of further IMBH mergers. We quantify the sensitivity of the individual search methods and of the combined search using a suite of IMBH binary signals obtained via numerical relativity, including the effects of spins misaligned with the binary orbital axis, and present the resulting upper limits on astrophysical merger rates. Our most stringent limit is for equal mass and alignedmore »spin BH binary of total mass 200  M ⊙ and effective aligned spin 0.8 at 0.056 Gpc −3 yr −1 (90% confidence), a factor of 3.5 more constraining than previous LIGO-Virgo limits. We also update the estimated rate of mergers similar to GW190521 to 0.08 Gpc −3 yr −1 .« less
  5. Abstract Continuous gravitational waves are nearly monochromatic signals emitted by asymmetries in rotating neutron stars. These signals have not yet been detected. Deep all-sky searches for continuous gravitational waves from isolated neutron stars require significant computational expense. Deep searches for neutron stars in binary systems are even more expensive, but these targets are potentially more promising emitters, especially in the hundreds of Hertz region, where ground-based gravitational-wave detectors are most sensitive. We present here an all-sky search for continuous signals with frequency between 300 and 500 Hz, from neutron stars in binary systems with orbital periods between 15 and 60 days and projected semimajor axes between 10 and 40 lt-s. This is the only binary search on Advanced LIGO data that probes this frequency range. Compared to previous results, our search is over an order of magnitude more sensitive. We do not detect any signals, but our results exclude plausible and unexplored neutron star configurations, for example, neutron stars with relative deformations greater than 3 × 10 −6 within 1 kpc from Earth and r -mode emission at the level of α ∼ a few 10 −4 within the same distance.