UPPER LIMITS on the RATES of BINARY NEUTRON STAR and NEUTRON STAR-BLACK HOLE MERGERS from ADVANCED LIGO'S FIRST OBSERVING RUN

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

Research output: Contribution to journalArticlepeer-review

126 Scopus citations

Abstract

We report here the non-detection of gravitational waves from the merger of binary-neutron star systems and neutron star-black hole systems during the first observing run of the Advanced Laser Interferometer Gravitationalwave Observatory (LIGO). In particular, we searched for gravitational-wave signals from binary-neutron star systems with component masses ∈[1, 3] M? and component dimensionless spins <0.05. We also searched for neutron star-black hole systems with the same neutron star parameters, black hole mass ∈[2, 99] M, and no restriction on the black hole spin magnitude. We assess the sensitivity of the two LIGO detectors to these systems and find that they could have detected the merger of binary-neutron star systems with component mass distributions of 1.35 ± 0.13M at a volume-weighted average distance of ∼70 Mpc, and for neutron star-black hole systems with neutron star masses of 1.4M and black hole masses of at least 5M, a volume-weighted average distance of at least ∼110 Mpc. From this we constrain with 90% confidence the merger rate to be less than 12,600 Gpc-3 yr-1 for binary-neutron star systems and less than 3600 Gpc-3 yr-1 for neutron star-black hole systems. We discuss the astrophysical implications of these results, which we find to be in conflict with only the most optimistic predictions. However, we find that if no detection of neutron star-binary mergers is made in the next two Advanced LIGO and Advanced Virgo observing runs we would place significant constraints on the merger rates. Finally, assuming a rate of -10+20 -7 Gpc-3 yr-1, short gamma-ray bursts beamed toward the Earth, and assuming that all short gamma-ray bursts have binary-neutron star (neutron star-black hole) progenitors, we can use our 90% confidence rate upper limits to constrain the beaming angle of the gamma-ray burst to be greater than -2°.3+1.7 -1.1 (-4°.3+3.1 -1.9).

Original languageEnglish (US)
Article numberL21
JournalAstrophysical Journal Letters
Volume832
Issue number2
DOIs
StatePublished - Jan 12 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 GEO600 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 and Engineering Research Board (SERB), India, Ministry of Human Resource Development, India, the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad, the Conselleria d'Economia i Competitivitat and Conselleria d'Educacio Cultura i Universitats of the Govern de les Illes Balears, the National Science Centre of Poland, the European Commission, the Royal Society, the Scottish Funding Council, the Scottish Universities Physics Alliance, the Hungarian Scientific Research Fund (OTKA), 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 Natural Science and Engineering Research Council Canada, Canadian Institute for Advanced Research, the Brazilian Ministry of Science, Technology, and Innovation, Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP), Russian Foundation for Basic Research, the Leverhulme Trust, 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:
© 2016. The American Astronomical Society. All rights reserved.

Keywords

  • binaries: general
  • gamma-ray burst: general
  • gravitational waves
  • stars: black holes
  • stars: neutron

Fingerprint Dive into the research topics of 'UPPER LIMITS on the RATES of BINARY NEUTRON STAR and NEUTRON STAR-BLACK HOLE MERGERS from ADVANCED LIGO'S FIRST OBSERVING RUN'. Together they form a unique fingerprint.

Cite this