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Title: GWTC-4.0: An Introduction to Version 4.0 of the Gravitational-Wave Transient Catalog
Abstract The Gravitational-Wave Transient Catalog (GWTC) is a collection of short-duration (transient) gravitational-wave signals identified by the LIGO–Virgo–KAGRA Collaboration in gravitational-wave data produced by the eponymous detectors. The catalog provides information about the identified candidates, such as the arrival time and amplitude of the signal and properties of the signal’s source as inferred from the observational data. GWTC is the data release of this dataset, and version 4.0 extends the catalog to include observations made during the first part of the fourth LIGO–Virgo–KAGRA observing run up until 2024 January 31. This Letter marks an introduction to a collection of articles related to this version of the catalog, GWTC-4.0. The collection of articles accompanying the catalog provides documentation of the methods used to analyze the data, summaries of the catalog of events, observational measurements drawn from the population, and detailed discussions of selected candidates.  more » « less
Award ID(s):
2146528 2110594
PAR ID:
10658212
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
IOP Publishing
Date Published:
Journal Name:
The Astrophysical Journal Letters
Volume:
995
Issue:
1
ISSN:
2041-8205
Page Range / eLocation ID:
L18
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract We present results from a search for X-ray/gamma-ray counterparts of gravitational-wave (GW) candidates from the third observing run (O3) of the LIGO–Virgo–KAGRA network using the Swift Burst Alert Telescope (Swift-BAT). The search includes 636 GW candidates received with low latency, 86 of which have been confirmed by the offline analysis and included in the third cumulative Gravitational-Wave Transient Catalogs (GWTC-3). Targeted searches were carried out on the entire GW sample using the maximum-likelihood Non-imaging Transient Reconstruction and Temporal Search pipeline on the BAT data made available via the GUANO infrastructure. We do not detect any significant electromagnetic emission that is temporally and spatially coincident with any of the GW candidates. We report flux upper limits in the 15–350 keV band as a function of sky position for all the catalog candidates. For GW candidates where the Swift-BAT false alarm rate is less than 10−3Hz, we compute the GW–BAT joint false alarm rate. Finally, the derived Swift-BAT upper limits are used to infer constraints on the putative electromagnetic emission associated with binary black hole mergers. 
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  2. We conduct a search for stellar-mass binary black hole mergers in gravitational-wave data collected by the LIGO detectors during the LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) third observing run (O3). Our search uses a machine learning (ML)-based method, Aframe, an alternative to traditional matched filtering search techniques. The O3 observing run has been analyzed by the LVK Collaboration, producing GWTC-3, the most recent catalog installment which has been made publicly available in 2021. Various groups outside the LVK have reanalyzed O3 data using both traditional and ML-based approaches. Here, we identify 38 candidates with a probability of astrophysical origin (𝑝astro ) greater than 0.5, which were previously reported in GWTC-3. This is comparable to the number of candidates reported by individual matched-filter searches. In addition, we compare Aframe candidates with catalogs from research groups outside of the LVK, identifying three candidates with 𝑝astro >0.5 . No previously unreported candidates are identified by Aframe. This work demonstrates that Aframe, and ML-based searches more generally, are useful companions to matched filtering pipelines. 
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  3. The LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) Collaboration has made breakthrough discoveries in gravitational-wave astronomy, a new field that provides a different means of observing our Universe. Gravitational-wave discoveries are possible thanks to the work of thousands of people from across the globe working together. In this article, we discuss the range of engagement activities used to communicate LVK gravitational-wave discoveries and the stories of the people behind the science, using the activities surrounding the release of the third Gravitational-Wave Transient Catalog as a case study. 
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  4. Abstract The observation of gravitational waves from multiple compact binary coalescences by the LIGO–Virgo–KAGRA detector networks has enabled us to infer the underlying distribution of compact binaries across a wide range of masses, spins, and redshifts. In light of the new features found in the mass spectrum of binary black holes and the uncertainty regarding binary formation models, nonparametric population inference has become increasingly popular. In this work, we develop a data-driven clustering framework that can identify features in the component mass distribution of compact binaries simultaneously with those in the corresponding redshift distribution, from gravitational-wave data in the presence of significant measurement uncertainties, while making very few assumptions about the functional form of these distributions. Our generalized model is capable of inferring correlations among various population properties, such as the redshift evolution of the shape of the mass distribution itself, in contrast to most existing nonparametric inference schemes. We test our model on simulated data and demonstrate the accuracy with which it can reconstruct the underlying distributions of component masses and redshifts. We also reanalyze public LIGO–Virgo–KAGRA data from events in GWTC-3 using our model and compare our results with those from some alternative parametric and nonparametric population inference approaches. Finally, we investigate the potential presence of correlations between mass and redshift in the population of binary black holes in GWTC-3 (those observed by the LIGO–Virgo–KAGRA detector network in their first three observing runs), without making any assumptions about the specific nature of these correlations. 
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  5. Since the first direct detection of gravitational waves by the LIGO–Virgo collaboration in 2015 (B. P. Abbott et al., 2016), the size of the gravitational-wave transient catalog has grown to nearly 100 events (R. Abbott et al., 2023), with the ongoing fourth observing run more than doubling the total number. Extracting astrophysical or cosmological information from these observations is a hierarchical Bayesian inference problem. GWPopulation is designed to provide simple-to-use, robust, and extensible tools for hierarchical inference in gravitational-wave astronomy or cosmology. It has been widely adopted for gravitational-wave astronomy, including producing flagship results for the LIGO-Virgo-KAGRA collaborations (Abac et al., 2024; R. Abbott et al., 2023). While designed to work with observations of compact binary coalescences, GWPopulation may be available to a wider range of hierarchical Bayesian inference problems. 
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