Prospects for observing and localizing gravitational-wave transients with advanced LIGO and advanced virgo

B. P. Abbott, R. Abbott, M. R. Abernathy, R. X. Adhikari, S. B. Anderson, K. Arai, M. C. Araya, J. C. Barayoga, B. C. Barish, B. K. Berger, G. Billingsley, J. K. Blackburn, R. Bork, A. F. Brooks, C. Cahillane, T. Callister, C. Cepeda, R. Chakraborty, T. Chalermsongsak, P. CouvaresD. C. Coyne, V. Dergachev, R. W P Drever, P. Ehrens, T. Etzel, S. E. Gossan, K. E. Gushwa, E. K. Gustafson, E. D. Hall, A. W. Heptonstall, K. A. Hodge, M. Isi, J. B. Kanner, W. Kells, V. Kondrashov, W. Z. Korth, D. B. Kozak, A. Lazzarini, T. G F Li, M. Mageswaran, E. Maros, D. V. Martynov, J. N. Marx, G. McIntyre, S. Meshkov, M. Pedraza, A. Perreca, L. R. Price, E. A. Quintero, D. H. Reitze, N. A. Robertson, J. G. Rollins, S. Sachdev, E. J. Sanchez, P. Schmidt, Z. Shao, A. Singer, N. D. Smith, R. J E Smith, R. Taylor, M. P. Thirugnanasambandam, C. I. Torrie, G. Vajente, S. Vass, L. Wallace, A. J. Weinstein, R. D. Williams, C. C. Wipf, H. Yamamoto, L. Zhang, J. Zweizig, T. D. Abbott, C. C. Buchanan, T. R. Corbitt, J. Cripe, J. A. Giaime, G. González, T. Hardwick, W. W. Johnson, M. Kasprzack, K. Kokeyama, D. M. Macleod, R. Singh, M. Walker, F. Acernese, F. Barone, R. Romano, F. Acernese, F. Barone, E. Calloni, M. De Laurentis, R. De Rosa, L. Di Fiore, F. Garufi, L. Milano, R. Romano, K. Ackley, D. V. Amariutei, G. Ciani, J. M. Eichholz, S. S. Eikenberry, P. Fulda, R. Goetz, M. T. Hartman, M. C. Heintze, S. Klimenko, R. M. Martin, G. Mitselmakher, C. L. Mueller, G. Mueller, A. Mytidis, V. Necula, R. S. Ottens, D. H. Reitze, D. B. Tanner, B. F. Whiting, C. Adams, S. M. Aston, J. Betzwieser, J. Birch, M. J. Cowart, R. DeRosa, S. Doravari, A. Effler, T. M. Evans, V. V. Frolov, M. Fyffe, J. A. Giaime, K. D. Giardina, J. Hanson, M. C. Heintze, K. Holt, T. Huynh-Dinh, W. Katzman, D. L. Kinzel, M. Lormand, S. McCormick, A. Mullavey, D. Nolting, R. J. Oram, H. Overmier, B. O’Reilly, W. Parker, A. Pele, J. H. Romie, D. Sellers, A. L. Stuver, M. Thomas, K. A. Thorne, G. Traylor, T. Welborn, G. Wu, T. Adams, R. Bonnand, D. Buskulic, M. Ducrot, V. Germain, R. Gouaty, N. Letendre, F. Marion, A. Masserot, B. Mours, L. Rolland, D. Verkindt, M. Was, M. Yvert, P. Addesso, R. DeSalvo, V. Pierro, I. M. Pinto, M. Principe, M. Principe, V. B. Adya, C. Affeldt, B. Allen, C. Aulbert, C. Baune, G. Bergmann, A. Bisht, O. Bock, C. Bogan, M. Brinkmann, C. D. Capano, T. Dal Canton, K. Danzmann, T. Denker, T. Dent, I. Di Palma, M. Drago, H. B. Eggenstein, H. Fehrmann, T. T. Fricke, H. Grote, M. M. Hanke, M. Heurs, N. Indik, F. Kawazoe, D. Keitel, A. Khalaidovski, S. M. Koehlenbeck, V. Kringel, B. Krishnan, G. Kuehn, J. R. Leong, J. D. Lough, A. P. Lundgren, H. Lück, B. Machenschalk, G. Mazzolo, G. D. Meadors, D. Mendoza-Gandara, J. Ming, K. Mossavi, A. B. Nielsen, A. Nitz, P. Oppermann, M. A. Papa, A. Post, A. Rüdiger, F. Salemi, R. Schilling†, J. Schmidt, E. Schreiber, D. Schuette, M. Shaltev, D. Simakov, A. Singh, M. Steinke, D. Steinmeyer, S. P. Tarabrin, T. Theeg, M. Weinert, T. Westphal, K. Wette, P. Weßels, J. T. Whelan, B. Willke, M. H. Wimmer, W. Winkler, H. Wittel, M. Agathos, K. Agatsuma, A. Bertolini, S. Bloemen, H. J. Bulten, S. Ghosh, R. J G Jonker, S. Koley, J. Meidam, G. Nelemans, S. Nissanke, Y. Setyawati, S. Shah, N. van Bakel, M. van Beuzekom, J. F J van den Brand, C. van den Broeck, L. van der Schaaf, M. V. van der Sluys, J. V. van Heijningen, N. Aggarwal, L. Barsotti, S. Biscans, T. P. Bodiya, N. M. Brown, A. Buikema, F. Donovan, R. C. Essick, M. Evans, P. Fritschel, S. Gras, T. Isogai, E. Katsavounidis, A. Kontos, A. Libson, R. Lynch, M. MacInnis, K. Mason, F. Matichard, N. Mavalvala, J. Miller, R. Mittleman, S. R P Mohapatra, E. Oelker, D. H. Shoemaker, M. Tse, R. Vaulin, S. Vitale, R. Weiss, W. Yam, H. Yu, F. Zhang, M. E. Zucker, O. D. Aguiar, M. Constancio, C. A. Costa, E. C. Ferreira, A. D. Silva, A. Ain, S. Bose, S. Dhurandhar, S. G. Gaonkar, A. Gupta, S. Mitra, J. Prasad, T. Souradeep, P. Ajith, A. Ghosh, B. R. Iyer, C. Mishra, Arunava Mukherjee, B. Allen, W. G. Anderson, P. R. Brady, P. Brockill, S. Caudill, S. J. Chamberlin, J. D E Creighton, T. P. Downes, M. Manske, R. A. Mercer, D. Mukherjee, E. Ochsner, C. Pankow, M. A. Papa, H. Qi, L. Sadeghian, A. Sheperd, X. Siemens, B. C. Stephens, A. L. Urban, L. E. Wade, M. Wade, S. Walsh, B. Allen, P. Aufmuth, A. Bisht, K. Danzmann, T. Denker, M. Heurs, S. Kaufer, C. Krueger, J. D. Lough, H. Lück, A. Sawadsky, D. Schuette, D. Steinmeyer, H. Vahlbruch, B. Willke, M. H. Wimmer, H. Wittel, A. Allocca, A. Basti, V. Boschi, G. Cerretani, A. Di Lieto, I. Ferrante, F. Fidecaro, J. M. Gonzalez Castro, R. Passaquieti, R. Poggiani, M. Razzano, M. Tonelli, A. Allocca, A. Basti, V. Boschi, C. Bradaschia, G. Cella, G. Cerretani, A. Di Lieto, A. Di Virgilio, I. Ferrante, F. Fidecaro, F. Frasconi, A. Gennai, A. Giazotto, J. M. Gonzalez Castro, A. Moggi, F. Paoletti, R. Passaquieti, D. Passuello, R. Poggiani, M. Razzano, M. Tonelli, L. Trozzo, P. A. Altin, J. H. Chow, G. L. Mansell, D. E. McClelland, D. J. McManus, T. T. Nguyen, D. S. Rabeling, S. M. Scott, D. A. Shaddock, B. J J Slagmolen, A. R. Wade, R. L. Ward, M. J. Yap, C. C. Arceneaux, M. Cavaglià, K. L. Dooley, H. A G Gabbard, S. Kandhasamy, D. Trifirò, J. S. Areeda, J. J. Hacker, G. Islas, J. Read, G. Serna, J. R. Smith, D. C. Vander-Hyde, N. Arnaud, M. A. Bizouard, V. Brisson, J. Casanueva Diaz, F. Cavalier, M. Davier, S. Franco, P. Hello, D. Huet, M. Kasprzack, N. Leroy, F. Robinet, K. G. Arun, C. V. Kalaghatgi, G. Ashton, D. I. Jones, M. Ast, L. Kleybolte, M. Korobko, A. Pal-Singh, R. Schnabel, A. Schönbeck, P. Astone, A. Colla, A. Conte, M. Di Giovanni, S. Frasca, P. Leaci, E. Majorana, V. Mangano, F. Mezzani, L. Naticchioni, C. Palomba, O. Piccinni, P. Puppo, P. Rapagnani, F. Ricci, S. Babak, B. Behnke, A. Bohe, A. Buonanno, I. Di Palma, S. Grunewald, I. W. Harry, P. Leaci, G. D. Meadors, J. Ming, M. A. Papa, S. Privitera, V. Raymond, A. Singh, A. Taracchini, P. T. Baker, N. Cornish, M. Millhouse, F. Baldaccini, L. Gammaitoni, F. Travasso, H. Vocca, F. Baldaccini, L. Gammaitoni, F. Marchesoni, M. Punturo, F. Travasso, H. Vocca, G. Ballardin, V. Bavigadda, M. Bitossi, A. Bozzi, F. Carbognani, R. Cavalieri, A. Chiummo, S. Cortese, E. Cuoco, V. Dattilo, R. Day, F. Ferrini, I. Fiori, E. Genin, M. Gosselin, G. Hemming, M. Kasprzack, M. Mantovani, M. Mohan, F. Nocera, F. Paoletti, A. Paoli, A. Pasqualetti, G. Pillant, M. Prijatelj, P. Ruggi, D. Sentenac, B. L. Swinkels, S. W. Ballmer, S. Bhagwat, C. Biwer, D. A. Brown, H. Fair, R. P. Fisher, D. B. Kelley, B. D. Lackey, A. Lenon, J. E. Lord, F. Magaña-Sandoval, T. J. Massinger, L. K. Nuttall, L. Pekowsky, P. R. Saulson, S. A. Usman, D. C. Vander-Hyde, T. Vo, S. E. Barclay, B. Barr, A. S. Bell, C. J. Bell, M. Chan, K. Craig, A. Cumming, L. Cunningham, S. L. Danilishin, G. S. Davies, R. Douglas, M. Fletcher, A. Glaefke, N. A. Gordon, C. Graef, A. Grant, G. Hammond, M. J. Hart, K. Haughian, M. Hendry, I. S. Heng, J. Hennig, S. Hild, J. Hough, E. A. Houston, Y. M. Hu, S. H. Huttner, H. N. Isa, R. Jones, S. Leavey, K. Lee, J. Logue, V. Mangano, I. W. Martin, M. Masso-Reid, C. Messenger, P. G. Murray, G. Newton, D. Pascucci, B. L. Pearlstone, M. Phelps, M. Pitkin, J. Powell, N. A. Robertson, R. Robie, S. Rowan, J. Scott, B. Sorazu, J. Steinlechner, S. Steinlechner, K. A. Strain, A. A. van Veggel, G. Woan, J. L. Wright, D. Barker, J. Bartlett, J. C. Batch, J. Bergman, R. M. Blair, F. Clara, D. Cook, J. C. Driggers, S. E. Dwyer, C. Gray, J. Hanks, D. R. Ingram, K. Izumi, K. Kawabe, N. Kijbunchoo, P. J. King, J. S. Kissel, M. Landry, B. M. Levine, R. McCarthy, G. Mendell, E. Merilh, D. Moraru, G. Moreno, J. Oberling, F. J. Raab, H. Radkins, C. M. Reed, K. Ryan, T. Sadecki, V. Sandberg, R. L. Savage, A. Sevigny, D. Sigg, P. Thomas, C. Vorvick, J. Warner, B. Weaver, J. Worden, M. Barsuglia, C. Buy, E. Capocasa, E. Chassande-Mottin, A. Gatto, E. Lebigot, M. Tacca, D. Barta, G. Debreczeni, M. Vasúth, I. Bartos, S. T. Countryman, M. Factourovich, L. Matone, D. J. Murphy, S. Márka, Z. Márka, R. Pereira, A. Staley, R. Bassiri, R. L. Byer, D. DeBra, M. M. Fejer, N. Kim, B. Lantz, T. MacDonald, A. S. Markosyan, H. R. Paris, Z. Patrick, B. Shapiro, M. Bazzan, M. Vardaro, M. Bazzan, L. Conti, C. Lazzaro, M. Vardaro, G. Vedovato, L. Zangrando, J. P. Zendri, M. Bejger, D. Rosińska, C. Belczynski, T. Bulik, I. Kowalska, C. P L Berry, C. Bond, D. D. Brown, W. Del Pozzo, W. M. Farr, A. Freise, A. C. Green, C. J. Haster, I. Mandel, H. Miao, H. Middleton, C. M. Mow-Lowry, E. G. Thomas, D. Töyrä, A. Vecchio, J. Veitch, S. Vinciguerra, W. D. Vousden, H. Wang, M. Wang, D. Bersanetti, M. Neri, D. Bersanetti, A. Chincarini, S. Farinon, G. Gemme, M. Neri, L. Rei, F. Sorrentino, R. Bhandare, I. Dave, J. George, S. A. Pai, B. C. Pant, S. Raja, I. A. Bilenko, V. B. Braginsky, M. L. Gorodetsky, F. Y. Khalili, V. P. Mitrofanov, L. Prokhorov, S. Strigin, S. P. Vyatchanin, R. Birney, S. Reid, D. J. Vine, C. D. Blair, D. Blair, Q. Chu, S. Chung, D. M. Coward, Q. Fang, E. J. Howell, L. Ju, T. Kaur, Y. Ma, J. Qin, Y. Wang, L. Wen, C. Zhao, X. J. Zhu, S. Bloemen, S. Ghosh, P. Groot, G. Nelemans, S. Nissanke, Y. Setyawati, S. Shah, M. V. van der Sluys, M. Boer, G. Bogaert, A. Brillet, F. Cleva, J. P. Coulon, H. Dereli, J. D. Fournier, B. Gendre, H. Heitmann, F. Kéfélian, N. Man, L. Martellini, D. Meacher, M. Merzougui, M. Pichot, T. Regimbau, K. Siellez, M. Turconi, J. Y. Vinet, L. W. Wei, P. Bojtos, Z. Frei, L. Gondan, P. Raffai, F. Bondu, S. Bose, B. R. Hall, R. M. Magee, N. Mazumder, M. Branchesi, L. Cerboni Baiardi, G. Greco, G. M. Guidi, J. Harms, F. Martelli, M. Montani, F. Piergiovanni, G. Stratta, F. Vetrano, A. Viceré, M. Branchesi, L. Cerboni Baiardi, G. Greco, G. M. Guidi, J. Harms, G. Losurdo, F. Martelli, M. Montani, F. Piergiovanni, G. Stratta, F. Vetrano, A. Viceré, J. E. Brau, R. Frey, S. Karki, J. R. Palamos, R. Quitzow-James, V. J. Roma, P. Schale, R. M S Schofield, D. Talukder, T. Briant, S. Chua, P. F. Cohadon, S. Deléglise, A. Heidmann, J. M. Isac, T. Jacqmin, H. J. Bulten, J. F J van den Brand, A. Buonanno, M. Cho, P. B. Graff, P. Shawhan, C. C. Yancey, L. Cadonati, J. Calderón Bustillo, J. A. Clark, K. Jani, C. Lazzaro, D. M. Shoemaker, G. Cagnoli, J. Degallaix, V. Dolique, R. Flaminio, M. Granata, D. Hofman, C. Michel, R. Pedurand, L. Pinard, B. Sassolas, N. Straniero, J. Calderón Bustillo, S. Husa, F. Jiménez-Forteza, M. Oliver, A. M. Sintes, E. Calloni, M. De Laurentis, R. De Rosa, F. Garufi, L. Milano, J. B. Camp, N. Gehrels, P. B. Graff, L. P. Singer, K. C. Cannon, M. S. Kehl, P. Kumar, J. Cao, Z. Du, X. Fan, X. Guo, E. Lebigot, X. Wang, S. Caride, E. Goetz, R. Gustafson, A. Neunzert, K. Riles, J. R. Sanders, O. Sauter, C. Casentini, E. Cesarini, E. Coccia, V. Fafone, V. Malvezzi, I. Nardecchia, V. Re, V. Sequino, C. Casentini, E. Cesarini, S. D’Antonio, V. Fafone, V. Malvezzi, Y. Minenkov, I. Nardecchia, V. Re, A. Rocchi, V. Sequino, S. Chao, C. Cheng, S. Huang, L. Kuo, H. Pan, P. Charlton, H. Y. Chen, B. Farr, D. E. Holz, Y. Chen, W. Engels, C. D. Ott, P. Schmidt, K. S. Thorne, H. S. Cho, H. Jang, G. Kang, C. Kim, N. Kim, N. Christensen, M. W. Coughlin, M. C. Edwards, J. Luo, N. A. Strauss, E. Coccia, V. Fafone, M. Lorenzini, S. Tiwari, G. Wang, A. Colla, A. Conte, M. Di Giovanni, S. Frasca, P. Leaci, V. Mangano, F. Mezzani, L. Naticchioni, O. Piccinni, P. Rapagnani, F. Ricci, C. G. Collette, A. Corsi, R. Coyne, R. Inta, B. J. Owen, S. B. Coughlin, S. Fairhurst, M. Fays, M. D. Hannam, P. Hopkins, S. Khan, A. W. Muir, F. Ohme, F. Pannarale, V. Predoi, M. Pürrer, B. S. Sathyaprakash, B. F. Schutz, P. J. Sutton, V. Tiwari, A. R. Williamson, S. G. Crowder, V. Mandic, P. M. Meyers, T. Prestegard, N. S. Darman, A. Melatos, L. Sammut, L. Sun, H. P. Daveloza, M. C. Díaz, J. S. Key, S. R. Morriss, S. Mukherjee, M. E N Normandin, V. Quetschke, M. Rakhmanov, J. D. Romano, R. Stone, C. V. Torres‡, D. Tuyenbayev, G. Valdes, E. J. Daw, T. B. Edo, R. Kennedy, C. Tomlinson, D. J. White, G. Dojcinoski, M. Favata, B. C. Moore, M. Drago, M. Leonardi, G. A. Prodi, M. C. Tringali, M. Drago, M. Leonardi, G. A. Prodi, M. C. Tringali, R. Everett, C. Hanna, A. Idrisy, C. Messick, J. R. Gair, C. J. Moore, G. Gaur, G. Gaur, M. K. Gupta, Z. Khan, A. K. Srivastava, L. Gergely, M. Tápai, K. Gill, B. Hughey, M. J. Szczepanczyk, M. Zanolin, A. Gopakumar, M. Haney, C. S. Unnikrishnan, G. M. Harry, D. Hoak, A. L. Lombardi, J. McIver, K. Nedkova, S. E. Zuraw, S. E. Hollitt, D. J. Hosken, E. J. King, J. Munch, D. J. Ottaway, P. J. Veitch, E. A. Huerta, S. T. McWilliams, P. Jaranowski, S. Jawahar, N. A. Lockerbie, K. V. Tokmakov, K. Haris, A. Pai, M. Saleem, V. Kalogera, T. B. Littenberg, C. Pankow, B. Sandeen, M. S. Shahriar, J. Yablon, M. Zevin, M. Zhou, Z. Zhou, E. A. Khazanov, O. Palashov, A. Sergeev, J. Kim, Y. M. Kim, C. H. Lee, K. Kim, H. K. Lee, A. Królak, A. Kutynia, A. Zadrożny, A. Królak, J. Lange, R. O’Shaughnessy, J. T. Whelan, Y. Zhang, P. D. Lasky, Y. Levin, S. S. Premachandra, E. Thrane, H. M. Lee, V. Loriette, I. Maksimovic, F. Marchesoni, S. C. McGuire, E. E. Mikhailov, H. Rew, G. Romanov, M. Zhang, S. Mirshekari, R. Sturani, R. K. Nayak, A. Samajdar, J. O’Dell, G. H. Ogin, J. J. Oh, S. H. Oh, E. J. Son, S. Penn, D. Rosińska, T. Z. Summerscales, L. Trozzo, D. Ugolini, K. Venkateswara, J. L. Willis, B. P. Abbott

Research output: Contribution to journalReview articlepeer-review

406 Scopus citations

Abstract

We present a possible observing scenario for the Advanced LIGO and Advanced Virgo gravitational-wave detectors over the next decade, with the intention of providing information to the astronomy community to facilitate planning for multi-messenger astronomy with gravitational waves. We determine the expected sensitivity of the network to transient gravitational-wave signals, and study the capability of the network to determine the sky location of the source. We report our findings for gravitational-wave transients, with particular focus on gravitational-wave signals from the inspiral of binary neutron-star systems, which are considered the most promising for multi-messenger astronomy. The ability to localize the sources of the detected signals depends on the geographical distribution of the detectors and their relative sensitivity, and 90% credible regions can be as large as thousands of square degrees when only two sensitive detectors are operational. Determining the sky position of a significant fraction of detected signals to areas of 5 deg2to 20 deg2will require at least three detectors of sensitivity within a factor of ~ 2 of each other and with a broad frequency bandwidth. Should the third LIGO detector be relocated to India as expected, a significant fraction of gravitational-wave signals will be localized to a few square degrees by gravitational-wave observations alone.

Original languageEnglish (US)
Article number1
Pages (from-to)1-39
Number of pages39
JournalLiving Reviews in Relativity
Volume19
DOIs
StatePublished - Feb 8 2016

Bibliographical note

Funding Information:
The authors gratefully acknowledge the support of the United States National Science Foundation (NSF) for the construction and operation of the LIGO Laboratory and Advanced LIGO as well as the Science and Technology Facilities Council (STFC) of the United Kingdom, the Max-Planck-Society (MPS), and the State of Niedersachsen/Germany for support of the construction of Advanced LIGO and construction and operation of the GEO 600 detector. Additional support for Advanced LIGO was provided by the Australian Research Council. The authors gratefully acknowledge the Italian Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), the French Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) and the Foundation for Fundamental Research on Matter supported by the Netherlands Organisation for Scientific Research, for the construction and operation of the Virgo detector and the creation and support of the EGO consortium. The authors also gratefully acknowledge research support from these agencies as well as by the Council of Scientific and Industrial Research of India, Department of Science and Technology, India, Science & Engineering Research Board (SERB), India, Ministry of Human Resource Development, India, the Spanish Ministerio de Economía y Competitividad, the Conselleria d’Economia i Competitivitat and Conselleria d’Educació, Cultura i Universitats of the Govern de les Illes Balears, the National Science Centre of Poland, the FOCUS Programme of Foundation for Polish Science, the European Union, the Royal Society, the Scottish Funding Council, the Scottish Universities Physics Alliance, the Lyon Institute of Origins (LIO), the National Research Foundation of Korea, Industry Canada and the Province of Ontario through the Ministry of Economic Development and Innovation, the National Science and Engineering Research Council Canada, the Brazilian Ministry of Science, Technology, and Innovation, the Research Corporation, Ministry of Science and Technology (MOST), Taiwan and the Kavli Foundation. The authors gratefully acknowledge the support of the NSF, STFC, MPS, INFN, CNRS and the State of Niedersachsen/Germany for provision of computational resources.

Publisher Copyright:
© The Author(s).

Keywords

  • Data analysis
  • Electromagnetic counterparts
  • Gravitational waves
  • Gravitational-wave detectors

Fingerprint

Dive into the research topics of 'Prospects for observing and localizing gravitational-wave transients with advanced LIGO and advanced virgo'. Together they form a unique fingerprint.

Cite this