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Title: Deep Search for Joint Sources of Gravitational Waves and High-energy Neutrinos with IceCube during the Third Observing Run of LIGO and Virgo
Abstract The discovery of joint sources of high-energy neutrinos and gravitational waves has been a primary target for the LIGO, Virgo, KAGRA, and IceCube observatories. The joint detection of high-energy neutrinos and gravitational waves would provide insight into cosmic processes, from the dynamics of compact object mergers and stellar collapses to the mechanisms driving relativistic outflows. The joint detection of multiple cosmic messengers can also elevate the significance of the common observation even when some or all of the constituent messengers are subthreshold, i.e., not significant enough to declare their detection individually. Using data from the LIGO, Virgo, and IceCube observatories, including subthreshold events, we searched for common sources of gravitational waves and high-energy neutrinos during the third observing run of the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors. Our search did not identify significant joint sources. We derive constraints on the rate densities of joint sources. Our results constrain the isotropic neutrino emission from gravitational-wave sources for very high values of the total energy emitted in neutrinos (>1052–1054 erg).  more » « less
Award ID(s):
2408883 2308693 2513124 2309242
PAR ID:
10684318
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
;
Publisher / Repository:
IOP
Date Published:
Journal Name:
The Astrophysical Journal
Volume:
1003
Issue:
1
ISSN:
0004-637X
Page Range / eLocation ID:
41
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  5. Abstract The LIGO/Virgo collaboration published the catalogs GWTC-1, GWTC-2.1, and GWTC-3 containing candidate gravitational-wave (GW) events detected during its runs O1, O2, and O3. These GW events can be possible sites of neutrino emission. In this paper, we present a search for neutrino counterparts of 90 GW candidates using IceCube DeepCore, the low-energy infill array of the IceCube Neutrino Observatory. The search is conducted using an unbinned maximum likelihood method, within a time window of 1000 s, and uses the spatial and timing information from the GW events. The neutrinos used for the search have energies ranging from a few GeV to several tens of TeV. We do not find any significant emission of neutrinos, and place upper limits on the flux and the isotropic-equivalent energy emitted in low-energy neutrinos. We also conduct a binomial test to search for source populations potentially contributing to neutrino emission. We report a nondetection of a significant neutrino-source population with this test. 
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