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This content will become publicly available on April 10, 2026

Title: Search for Continuous Gravitational Waves from Known Pulsars in the First Part of the Fourth LIGO-Virgo-KAGRA Observing Run
Abstract Continuous gravitational waves (CWs) emission from neutron stars carries information about their internal structure and equation of state, and it can provide tests of general relativity. We present a search for CWs from a set of 45 known pulsars in the first part of the fourth LIGO–Virgo–KAGRA observing run, known as O4a. We conducted a targeted search for each pulsar using three independent analysis methods considering single-harmonic and dual-harmonic emission models. We find no evidence of a CW signal in O4a data for both models and set upper limits on the signal amplitude and on the ellipticity, which quantifies the asymmetry in the neutron star mass distribution. For the single-harmonic emission model, 29 targets have the upper limit on the amplitude below the theoretical spin-down limit. The lowest upper limit on the amplitude is 6.4 × 10−27for the young energetic pulsar J0537−6910, while the lowest constraint on the ellipticity is 8.8 × 10−9for the bright nearby millisecond pulsar J0437−4715. Additionally, for a subset of 16 targets, we performed a narrowband search that is more robust regarding the emission model, with no evidence of a signal. We also found no evidence of nonstandard polarizations as predicted by the Brans–Dicke theory.  more » « less
Award ID(s):
2408883 2308693 2409745 2110460 2207999 2309242 2450793
PAR ID:
10588090
Author(s) / Creator(s):
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Publisher / Repository:
Astrophysical Journal
Date Published:
Journal Name:
The Astrophysical Journal
Volume:
983
Issue:
2
ISSN:
0004-637X
Page Range / eLocation ID:
99
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract Isolated neutron stars that are asymmetric with respect to their spin axis are possible sources of detectable continuous gravitational waves. This paper presents a fully coherent search for such signals from eighteen pulsars in data from LIGO and Virgo’s third observing run (O3). For known pulsars, efficient and sensitive matched-filter searches can be carried out if one assumes the gravitational radiation is phase-locked to the electromagnetic emission. In the search presented here, we relax this assumption and allow both the frequency and the time derivative of the frequency of the gravitational waves to vary in a small range around those inferred from electromagnetic observations. We find no evidence for continuous gravitational waves, and set upper limits on the strain amplitude for each target. These limits are more constraining for seven of the targets than the spin-down limit defined by ascribing all rotational energy loss to gravitational radiation. In an additional search, we look in O3 data for long-duration (hours–months) transient gravitational waves in the aftermath of pulsar glitches for six targets with a total of nine glitches. We report two marginal outliers from this search, but find no clear evidence for such emission either. The resulting duration-dependent strain upper limits do not surpass indirect energy constraints for any of these targets. 
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  2. Abstract We present the results of a Bayesian search for gravitational wave (GW) memory in the NANOGrav 12.5 yr data set. We find no convincing evidence for any gravitational wave memory signals in this data set. We find a Bayes factor of 2.8 in favor of a model that includes a memory signal and common spatially uncorrelated red noise (CURN) compared to a model including only a CURN. However, further investigation shows that a disproportionate amount of support for the memory signal comes from three dubious pulsars. Using a more flexible red-noise model in these pulsars reduces the Bayes factor to 1.3. Having found no compelling evidence, we go on to place upper limits on the strain amplitude of GW memory events as a function of sky location and event epoch. These upper limits are computed using a signal model that assumes the existence of a common, spatially uncorrelated red noise in addition to a GW memory signal. The median strain upper limit as a function of sky position is approximately 3.3 × 10−14. We also find that there are some differences in the upper limits as a function of sky position centered around PSR J0613−0200. This suggests that this pulsar has some excess noise that can be confounded with GW memory. Finally, the upper limits as a function of burst epoch continue to improve at later epochs. This improvement is attributable to the continued growth of the pulsar timing array. 
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  3. Abstract The radio galaxy 3C 66B has been hypothesized to host a supermassive black hole binary (SMBHB) at its center based on electromagnetic observations. Its apparent 1.05 yr period and low redshift (∼0.02) make it an interesting testbed to search for low-frequency gravitational waves (GWs) using pulsar timing array (PTA) experiments. This source has been subjected to multiple searches for continuous GWs from a circular SMBHB, resulting in progressively more stringent constraints on its GW amplitude and chirp mass. In this paper, we develop a pipeline for performing Bayesian targeted searches for eccentric SMBHBs in PTA data sets, and test its efficacy by applying it to simulated data sets with varying injected signal strengths. We also search for a realistic eccentric SMBHB source in 3C 66B using the NANOGrav 12.5 yr data set employing PTA signal models containing Earth term-only as well as Earth+pulsar term contributions using this pipeline. Due to limitations in our PTA signal model, we get meaningful results only when the initial eccentricitye0< 0.5 and the symmetric mass ratioη> 0.1. We find no evidence for an eccentric SMBHB signal in our data, and therefore place 95% upper limits on the PTA signal amplitude of 88.1 ± 3.7 ns for the Earth term-only and 81.74 ± 0.86 ns for the Earth+pulsar term searches fore0< 0.5 andη> 0.1. Similar 95% upper limits on the chirp mass are (1.98 ± 0.05) × 109and (1.81 ± 0.01) × 109M. These upper limits, while less stringent than those calculated from a circular binary search in the NANOGrav 12.5 yr data set, are consistent with the SMBHB model of 3C 66B developed from electromagnetic observations. 
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  4. 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. 
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  5. 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. 
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