Tests of general relativity with GW150914

Abbott, B. P., Abbott, R., Abbott, T. D., Abernathy, M. R., Acernese, F., Ackley, K., Adams, C., Adams, T., Addesso, P., Adhikari, R. X., Adya, V. B., Affeldt, C., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Allen, B., Allocca, A., Altin, P. A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Arai, K., Araya, M. C., Arceneaux, C. C., Areeda, J. S., Arnaud, N., Arun, K. G., Ascenzi, S., Ashton, G., Ast, M., Aston, S. M., Astone, P., Aufmuth, P., Aulbert, C., Babak, S., Bacon, P., Bader, M. K. M., Baker, P. T., Baldaccini, F., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Barayoga, J. C., Barclay, S. E., Barish, B. C., Barker, D., Barone, F., Barr, B., Barsotti, L., Barsuglia, M., Barta, D., Bartlett, J., Bartos, I., Bassiri, R., Basti, A., Batch, J. C., Baune, C., Bavigadda, V., Bazzan, M., Behnke, B., Bejger, M., Bell, A. S., Bell, C. J., Berger, B. K., Bergman, J., Bergmann, G., Berry, C. P. L., Bersanetti, D., Bertolini, A., Betzwieser, J., Bhagwat, S., Bhandare, R., Bilenko, I. A., Billingsley, G., Birch, J., Birney, R., Birnholtz, O., Biscans, S., Bisht, A., Bitossi, M., Biwer, C., Bizouard, M. A., Blackburn, J. K., Blair, C. D., Blair, D. G., Blair, R. M., Bloemen, S., Bock, O., Bodiya, T. P., Boer, M., Bogaert, G., Bogan, C., Bohe, A., Bojtos, P., Bond, C., Bondu, F., Bonnand, R., Boom, B. A., Bork, R., Boschi, V., Bose, S., Bouffanais, Y., Bozzi, A., Bradaschia, C., Brady, P. R., Braginsky, V. B., Branchesi, M., Brau, J. E., Briant, T., Brillet, A., Brinkmann, M., Brisson, V., Brockill, P., Brooks, A. F., Brown, D. A., Brown, D. D., Brown, N. M., Buchanan, C. C., Buikema, A., Bulik, T., Bulten, H. J., Buonanno, A., Buskulic, D., Buy, C., Byer, R. L., Cadonati, L., Cagnoli, G., Cahillane, C., Calderón Bustillo, J., Callister, T., Calloni, E., Camp, J. B., Cannon, K. C., Cao, J., Capano, C. D., Capocasa, E., Carbognani, F., Caride, S., Casanueva Diaz, J., Casentini, C., Caudill, S., Cavaglià, M., Cavalier, F., Cavalieri, R., Cella, G., Cepeda, C. B., Cerboni Baiardi, L., Cerretani, G., Cesarini, E., Chakraborty, R., Chalermsongsak, T., Chamberlin, S. J., Chan, M., Chao, S., Charlton, P., Chassande-Mottin, E., Chen, H. Y., Chen, Y., Cheng, C., Chincarini, A., Chiummo, A., Cho, H. S., Cho, M., Chow, J. H., Christensen, N., Chu, Q., Chua, S., Chung, S., Ciani, G., Clara, F., Clark, J. A., Cleva, F., Coccia, E., Cohadon, P.-F., Colla, A., Collette, C. G., Cominsky, L., Constancio, M., Conte, A., Conti, L., Cook, D., Corbitt, T. R., Cornish, N., Corsi, A., Cortese, S., Costa, C. A., Coughlin, M. W., Coughlin, S. B., Coulon, J.-P., Countryman, S. T., Couvares, P., Cowan, E. E., Coward, D. M., Cowart, M. J., Coyne, D. C., Coyne, R., Craig, K., Creighton, J. D. E., Cripe, J., Crowder, S. G., Cumming, A., Cunningham, L., Cuoco, E., Dal Canton, T., Danilishin, S. L., D'Antonio, S., Danzmann, K., Darman, N. S., Dattilo, V., Dave, I., Daveloza, H. P., Davier, M., Davies, G. S., Daw, E. J., Day, R., DeBra, D., Debreczeni, G., Degallaix, J., De Laurentis, M., Deléglise, S., Del Pozzo, W., Denker, T., Dent, T., Dereli, H., Dergachev, V., De Rosa, R., DeRosa, R. T., DeSalvo, R., Dhurandhar, S., Díaz, M. C., Di Fiore, L., Di Giovanni, M., Di Lieto, A., Di Pace, S., Di Palma, I., Di Virgilio, A., Dojcinoski, G., Dolique, V., Donovan, F., Dooley, K. L. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1636-0233, Doravari, S., Douglas, R., Downes, T. P., Drago, M., Drever, R. W. P., Driggers, J. C., Du, Z., Ducrot, M., Dwyer, S. E., Edo, T. B., Edwards, M. C., Effler, A., Eggenstein, H.-B., Ehrens, P., Eichholz, J., Eikenberry, S. S., Engels, W., Essick, R. C., Etzel, T., Evans, M., Evans, T. M., Everett, R., Factourovich, M., Fafone, V., Fair, H., Fairhurst, S. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8480-1961, Fan, X., Fang, Q., Farinon, S., Farr, B., Farr, W. M., Favata, M., Fays, M., Fehrmann, H., Fejer, M. M., Ferrante, I., Ferreira, E. C., Ferrini, F., Fidecaro, F., Fiori, I., Fiorucci, D., Fisher, R. P., Flaminio, R., Fletcher, M., Fournier, J.-D., Franco, S., Frasca, S., Frasconi, F., Frei, Z., Freise, A., Frey, R., Frey, V., Fricke, T. T., Fritschel, P., Frolov, V. V., Fulda, P., Fyffe, M., Gabbard, H. A. G., Gair, J. R., Gammaitoni, L., Gaonkar, S. G., Garufi, F., Gatto, A., Gaur, G., Gehrels, N., Gemme, G., Gendre, B., Genin, E., Gennai, A., George, J., Gergely, L., Germain, V., Ghosh, Abhirup, Ghosh, Archisman, Ghosh, S., Giaime, J. A., Giardina, K. D., Giazotto, A., Gill, K., Glaefke, A., Goetz, E., Goetz, R., Gondan, L., González, G., Gonzalez Castro, J. M., Gopakumar, A., Gordon, N. A., Gorodetsky, M. L., Gossan, S. E., Gosselin, M., Gouaty, R., Graef, C., Graff, P. B., Granata, M., Grant, A., Gras, S., Gray, C., Greco, G., Green, A. C., Groot, P., Grote, H. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0797-3943, Grunewald, S., Guidi, G. M., Guo, X., Gupta, A., Gupta, M. K., Gushwa, K. E., Gustafson, E. K., Gustafson, R., Hacker, J. J., Hall, B. R., Hall, E. D., Hammond, G., Haney, M., Hanke, M. M., Hanks, J., Hanna, C., Hannam, M. D. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5571-325X, Hanson, J., Hardwick, T., Harms, J., Harry, G. M., Harry, I. W., Hart, M. J., Hartman, M. T., Haster, C.-J., Haughian, K., Healy, J., Heidmann, A., Heintze, M. C., Heitmann, H., Hello, P., Hemming, G., Hendry, M., Heng, I. S., Hennig, J., Heptonstall, A. W., Heurs, M., Hild, S., Hoak, D., Hodge, K. A., Hofman, D., Hollitt, S. E., Holt, K., Holz, D. E., Hopkins, P. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1535-3848, Hosken, D. J., Hough, J., Houston, E. A., Howell, E. J., Hu, Y. M., Huang, S., Huerta, E. A., Huet, D., Hughey, B., Husa, S., Huttner, S. H., Huynh-Dinh, T., Idrisy, A., Indik, N., Ingram, D. R., Inta, R., Isa, H. N., Isac, J.-M., Isi, M., Islas, G., Isogai, T., Iyer, B. R., Izumi, K., Jacqmin, T., Jang, H., Jani, K., Jaranowski, P., Jawahar, S., Jiménez-Forteza, F., Johnson, W. W., Johnson-McDaniel, N. K., Jones, D. I., Jones, R., Jonker, R. J. G., Ju, L., Haris, M. K., Kalaghatgi, C. V. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4688-867X, Kalogera, V., Kandhasamy, S., Kang, G., Kanner, J. B., Karki, S., Kasprzack, M., Katsavounidis, E., Katzman, W., Kaufer, S., Kaur, T., Kawabe, K., Kawazoe, F., Kéfélian, F., Kehl, M. S., Keitel, D., Kelley, D. B., Kells, W., Kennedy, R., Key, J. S., Khalaidovski, A., Khalili, F. Y., Khan, I., Khan, S., Khan, Z., Khazanov, E. A., Kijbunchoo, N., Kim, C., Kim, J., Kim, K., Kim, Nam-Gyu, Kim, Namjun, Kim, Y.-M., King, E. J., King, P. J., Kinzel, D. L., Kissel, J. S., Kleybolte, L., Klimenko, S., Koehlenbeck, S. M., Kokeyama, K., Koley, S., Kondrashov, V., Kontos, A., Korobko, M., Korth, W. Z., Kowalska, I., Kozak, D. B., Kringel, V., Krishnan, B., Królak, A., Krueger, C., Kuehn, G., Kumar, P., Kuo, L., Kutynia, A., Lackey, B. D., Landry, M., Lange, J., Lantz, B., Lasky, P. D., Lazzarini, A., Lazzaro, C., Leaci, P., Leavey, S., Lebigot, E. O., Lee, C. H., Lee, H. K., Lee, H. M., Lee, K., Lenon, A., Leonardi, M., Leong, J. R., Leroy, N., Letendre, N., Levin, Y., Levine, B. M., Li, T. G. F., Libson, A., Littenberg, T. B., Lockerbie, N. A., Logue, J., Lombardi, A. L., London, L. T. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8239-4370, Lord, J. E., Lorenzini, M., Loriette, V., Lormand, M., Losurdo, G., Lough, J. D., Lousto, C. O., Lovelace, G., Lück, H., Lundgren, A. P., Luo, J., Lynch, R., Ma, Y., MacDonald, T., Machenschalk, B., MacInnis, M., Macleod, D. M., Magaña-Sandoval, F., Magee, R. M., Mageswaran, M., Majorana, E., Maksimovic, I., Malvezzi, V., Man, N., Mandel, I., Mandic, V., Mangano, V., Mansell, G. L., Manske, M., Mantovani, M., Marchesoni, F., Marion, F., Márka, S., Márka, Z., Markosyan, A. S., Maros, E., Martelli, F., Martellini, L., Martin, I. W., Martin, R. M., Martynov, D. V., Marx, J. N., Mason, K., Masserot, A., Massinger, T. J., Masso-Reid, M., Matichard, F., Matone, L., Mavalvala, N., Mazumder, N., Mazzolo, G., McCarthy, R., McClelland, D. E., McCormick, S., McGuire, S. C., McIntyre, G., McIver, J., McManus, D. J., McWilliams, S. T., Meacher, D., Meadors, G. D., Meidam, J., Melatos, A., Mendell, G., Mendoza-Gandara, D., Mercer, R. A., Merilh, E., Merzougui, M., Meshkov, S., Messenger, C., Messick, C., Meyers, P. M., Mezzani, F., Miao, H., Michel, C., Middleton, H., Mikhailov, E. E., Milano, L., Miller, J., Millhouse, M., Minenkov, Y., Ming, J., Mirshekari, S., Mishra, C., Mitra, S., Mitrofanov, V. P., Mitselmakher, G., Mittleman, R., Moggi, A., Mohan, M., Mohapatra, S. R. P., Montani, M., Moore, B. C., Moore, C. J., Moraru, D., Moreno, G., Morriss, S. R., Mossavi, K., Mours, B., Mow-Lowry, C. M., Mueller, C. L., Mueller, G., Muir, A. W., Mukherjee, Arunava, Mukherjee, D., Mukherjee, S., Mukund, N., Mullavey, A., Munch, J., Murphy, D. J., Murray, P. G., Mytidis, A., Nardecchia, I., Naticchioni, L., Nayak, R. K., Necula, V., Nedkova, K., Nelemans, G., Neri, M., Neunzert, A., Newton, G., Nguyen, T. T., Nielsen, A. B., Nissanke, S., Nitz, A., Nocera, F., Nolting, D., Normandin, M. E., Nuttall, L. K., Oberling, J., Ochsner, E., O'Dell, J., Oelker, E., Ogin, G. H., Oh, J. J., Oh, S. H., Ohme, F., Oliver, M., Oppermann, P., Oram, Richard J., O'Reilly, B., O'Shaughnessy, R., Ottaway, D. J., Ottens, R. S., Overmier, H., Owen, B. J., Pai, A., Pai, S. A., Palamos, J. R., Palashov, O., Palomba, C., Pal-Singh, A., Pan, H., Pan, Y., Pankow, C., Pannarale, F., Pant, B. C., Paoletti, F., Paoli, A., Papa, M. A., Paris, H. R., Parker, W., Pascucci, D., Pasqualetti, A., Passaquieti, R., Passuello, D., Patricelli, B., Patrick, Z., Pearlstone, B. L., Pedraza, M., Pedurand, R., Pekowsky, L., Pele, A., Penn, S., Perreca, A., Pfeiffer, H. P., Phelps, M., Piccinni, O., Pichot, M., Piergiovanni, F., Pierro, V., Pillant, G., Pinard, L., Pinto, I. M., Pitkin, M., Poggiani, R., Popolizio, P., Post, A., Powell, J., Prasad, J., Predoi, V. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9729-6578, Premachandra, S.S., Prestegard, T., Price, L. R., Prijatelj, M., Principe, M., Privitera, S., Prix, R., Prodi, G. A., Prokhorov, L., Puncken, O., Punturo, M., Puppo, P., Pürrer, M., Qi, H., Qin, J., Quetschke, V., Quintero, E. A., Quitzow-James, R., Raab, F. J., Rabeling, D. S., Radkins, H., Raffai, P., Raja, S., Rakhmanov, M., Rapagnani, P., Raymond, V. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0066-0095, Razzano, M., Re, V., Read, J., Reed, C. M., Regimbau, T., Rei, L., Reid, S., Reitze, D. H., Rew, H., Reyes, S. D., Ricci, F., Riles, K., Robertson, N. A., Robie, R., Robinet, F., Rocchi, A., Rolland, L., Rollins, J. G., Roma, V. J., Romano, R., Romanov, G., Romie, J. H., Rosiska, D., Rowan, S., Rüdiger, A., Ruggi, P., Ryan, K., Sachdev, S., Sadecki, T., Sadeghian, L., Salconi, L., Saleem, M., Salemi, F., Samajdar, A., Sammut, L., Sanchez, E. J., Sandberg, V., Sandeen, B., Sanders, J. R., Sassolas, B., Sathyaprakash, B. S. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3845-7586, Saulson, P. R., Sauter, O., Savage, R. L., Sawadsky, A., Schale, P., Schilling, R., Schmidt, J., Schmidt, P., Schnabel, R., Schofield, R. M. S., Schönbeck, A., Schreiber, E., Schuette, D., Schutz, B. F. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9487-6983, Scott, J., Scott, S. M., Sellers, D., Sengupta, A. S., Sentenac, D., Sequino, V., Sergeev, A., Serna, G., Setyawati, Y., Sevigny, A., Shaddock, D. A., Shah, S., Shahriar, M. S., Shaltev, M., Shao, Z., Shapiro, B., Shawhan, P., Sheperd, A., Shoemaker, D. H., Shoemaker, D. M., Siellez, K., Siemens, X., Sigg, D., Silva, A. D., Simakov, D., Singer, A., Singer, L. P., Singh, A., Singh, R., Singhal, A., Sintes, A. M., Slagmolen, B. J. J., Smith, J. R., Smith, N. D., Smith, R. J. E., Son, E. J., Sorazu, B., Sorrentino, F., Souradeep, T., Srivastava, A. K., Staley, A., Steinke, M., Steinlechner, J., Steinlechner, S., Steinmeyer, D., Stephens, B. C., Stone, R., Strain, K. A., Straniero, N., Stratta, G., Strauss, N. A., Strigin, S., Sturani, R., Stuver, A. L., Summerscales, T. Z., Sun, L., Sutton, P. J. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1614-3922, Swinkels, B. L., Szczepaczyk, M. J., Tacca, M., Talukder, D., Tanner, D. B., Tápai, M., Tarabrin, S. P., Taracchini, A., Taylor, R., Theeg, T., Thirugnanasambandam, M. P., Thomas, E. G., Thomas, M., Thomas, P., Thorne, K. A., Thorne, K. S., Thrane, E., Tiwari, S., Tiwari, V., Tokmakov, K. V., Tomlinson, C., Tonelli, M., Torres, C. V., Torrie, C. I., Töyrä, D., Travasso, F., Traylor, G., Trifirò, D., Tringali, M. C., Trozzo, L., Tse, M., Turconi, M., Tuyenbayev, D., Ugolini, D., Unnikrishnan, C. S., Urban, A. L., Usman, S. A., Vahlbruch, H., Vajente, G., Valdes, G., Vallisneri, M., van Bakel, N., van Beuzekom, M., van den Brand, J. F. J., Van Den Broeck, C., Vander-Hyde, D. C., van der Schaaf, L., van Heijningen, J. V., van Veggel, A. A., Vardaro, M., Vass, S., Vasúth, M., Vaulin, R., Vecchio, A., Vedovato, G., Veitch, J., Veitch, P. J., Venkateswara, K., Verkindt, D., Vetrano, F., Viceré, A., Vinciguerra, S., Vine, D. J., Vinet, J.-Y., Vitale, S., Vo, T., Vocca, H., Vorvick, C., Voss, D., Vousden, W. D., Vyatchanin, S. P., Wade, A. R., Wade, L. E., Wade, M., Walker, M., Wallace, L., Walsh, S., Wang, G., Wang, H., Wang, M., Wang, X., Wang, Y., Ward, R. L., Warner, J., Was, M., Weaver, B., Wei, L.-W., Weinert, M., Weinstein, A. J., Weiss, R., Welborn, T., Wen, L., Weßels, P., Westphal, T., Wette, K., Whelan, J. T., White, D. J., Whiting, B. F., Williams, D., Williams, R. D., Williamson, A. R. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7627-8688, Willis, J. L., Willke, B., Wimmer, M. H., Winkler, W., Wipf, C. C., Wittel, H., Woan, G., Worden, J., Wright, J. L., Wu, G., Yablon, J., Yam, W., Yamamoto, H., Yancey, C. C., Yap, M. J., Yu, H., Yvert, M., Zadrozny, A., Zangrando, L., Zanolin, M., Zendri, J.-P., Zevin, M., Zhang, F., Zhang, L., Zhang, M., Zhang, Y., Zhao, C., Zhou, M., Zhou, Z., Zhu, X. J., Zucker, M. E., Zuraw, S. E., Zweizig, J., Boyle, M., Campanelli, M., Hemberger, D. A., Kidder, L. E., Ossokine, S., Scheel, M. A., Szilagyi, B., Teukolsky, S., Zlochower, Y. and LIGO Scientific and Virgo Collaboration 2016. Tests of general relativity with GW150914. Physical Review Letters 116 (22) , 221101. 10.1103/PhysRevLett.116.221101

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Abstract

The LIGO detection of GW150914 provides an unprecedented opportunity to study the two-body motion of a compact-object binary in the large-velocity, highly nonlinear regime, and to witness the final merger of the binary and the excitation of uniquely relativistic modes of the gravitational field. We carry out several investigations to determine whether GW150914 is consistent with a binary black-hole merger in general relativity. We find that the final remnant’s mass and spin, as determined from the low-frequency (inspiral) and high-frequency (postinspiral) phases of the signal, are mutually consistent with the binary black-hole solution in general relativity. Furthermore, the data following the peak of GW150914 are consistent with the least-damped quasinormal mode inferred from the mass and spin of the remnant black hole. By using waveform models that allow for parametrized general-relativity violations during the inspiral and merger phases, we perform quantitative tests on the gravitational-wave phase in the dynamical regime and we determine the first empirical bounds on several high-order post-Newtonian coefficients. We constrain the graviton Compton wavelength, assuming that gravitons are dispersed in vacuum in the same way as particles with mass, obtaining a 90%-confidence lower bound of 1013 km. In conclusion, within our statistical uncertainties, we find no evidence for violations of general relativity in the genuinely strong-field regime of gravity.

Item Type:	Article
Date Type:	Publication
Status:	Published
Schools:	Advanced Research Computing @ Cardiff (ARCCA) Physics and Astronomy
Subjects:	Q Science > QB Astronomy Q Science > QC Physics
Additional Information:	LIGO Scientific and Virgo Collaborations
Publisher:	American Physical Society
ISSN:	0031-9007
Date of First Compliant Deposit:	16 February 2017
Date of Acceptance:	9 May 2016
Last Modified:	05 Jan 2024 05:32
URI:	https://orca.cardiff.ac.uk/id/eprint/96441

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