On September 14, 2015 at 09:50:45 UTC the two detectors of the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory simultaneously observed a transient gravitational-wave signal. The signal sweeps upwards in frequency from 35 to 250 Hz with a peak gravitational-wave strain of 1.0×10(-21). It matches the waveform predicted by general relativity for the inspiral and merger of a pair of black holes and the ringdown of the resulting single black hole. The signal was observed with a matched-filter signal-to-noise ratio of 24 and a false alarm rate estimated to be less than 1 event per 203,000 years, equivalent to a significance greater than 5.1σ. The source lies at a luminosity distance of 410(-180)(+160) Mpc corresponding to a redshift z=0.09(-0.04)(+0.03). In the source frame, the initial black hole masses are 36(-4)(+5)M⊙ and 29(-4)(+4)M⊙, and the final black hole mass is 62(-4)(+4)M⊙, with 3.0(-0.5)(+0.5)M⊙c(2) radiated in gravitational waves. All uncertainties define 90% credible intervals. These observations demonstrate the existence of binary stellar-mass black hole systems. This is the first direct detection of gravitational waves and the first observation of a binary black hole merger.

Advanced Virgo is the project to upgrade the Virgo interferometric detector of gravitational waves, with the aim of increasing the number of observable galaxies (and thus the detection rate) by three orders of magnitude. The project is now in an advanced construction phase and the assembly and integration will be completed by the end of 2015. Advanced Virgo will be part of a network with the two Advanced LIGO detectors in the US and GEO HF in Germany, with the goal of contributing to the early detections of gravitational waves and to opening a new observation window on the universe. In this paper we describe the main features of the Advanced Virgo detector and outline the status of the construction.

We report the observation of a gravitational-wave signal produced by the coalescence of two stellar-mass black holes. The signal, GW151226, was observed by the twin detectors of the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) on December 26, 2015 at 03:38:53 UTC. The signal was initially identified within 70 s by an online matched-filter search targeting binary coalescences. Subsequent off-line analyses recovered GW151226 with a network signal-to-noise ratio of 13 and a significance greater than 5 $\sigma$. The signal persisted in the LIGO frequency band for approximately 1 s, increasing in frequency and amplitude over about 55 cycles from 35 to 450 Hz, and reached a peak gravitational strain of $3.4_{-0.9}^{+0.7} \times 10^{-22}$. The inferred source-frame initial black hole masses are $14.2_{-3.7}^{+8.3} M_{\odot}$ and $7.5_{-2.3}^{+2.3} M_{\odot}$ and the final black hole mass is $20.8_{-1.7}^{+6.1} M_{\odot}$. We find that at least one of the component black holes has spin greater than 0.2. This source is located at a luminosity distance of $440_{-190}^{+180}$ Mpc corresponding to a redshift $0.09_{-0.04}^{+0.03}$. All uncertainties define a 90 % credible interval. This second gravitational-wave observation provides improved constraints on stellar populations and on deviations from general relativity.

The EPIC focal plane imaging spectrometers on XMM-Newton use CCDs to record the images and spectra of celestial X-ray sources focused by the three X-ray mirrors. There is one camera at the focus of each mirror; two of the cameras contain seven MOS CCDs, while the third uses twelve PN CCDs, defining a circular field of view of 30′ diameter in each case. The CCDs were specially developed for EPIC, and combine high quality imaging with spectral resolution close to the Fano limit. A filter wheel carrying three kinds of X-ray transparent light blocking filter, a fully closed, and a fully open position, is fitted to each EPIC instrument. The CCDs are cooled passively and are under full closed loop thermal control. A radio-active source is fitted for internal calibration. Data are processed on-board to save telemetry by removing cosmic ray tracks, and generating X-ray event files; a variety of different instrument modes are available to increase the dynamic range of the instrument and to enable fast timing. The instruments were calibrated using laboratory X-ray beams, and synchrotron generated monochromatic X-ray beams before launch; in-orbit calibration makes use of a variety of celestial X-ray targets. The current calibration is better than 10% over the entire energy range of 0.2 to 10 keV. All three instruments survived launch and are performing nominally in orbit. In particular full field-of-view coverage is available, all electronic modes work, and the energy resolution is close to pre-launch values. Radiation damage is well within pre-launch predictions and does not yet impact on the energy resolution. The scientific results from EPIC amply fulfil pre-launch expectations.

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 10^{13} km. In conclusion, within our statistical uncertainties, we find no evidence for violations of general relativity in the genuinely strong-field regime of gravity.

In 2009-2010, the Laser Interferometer Gravitational-wave Observa- tory (LIGO) operated together with international partners Virgo and GEO600 as a network to search for gravitational waves of astrophysical origin. The sensitiv- ity of these detectors was limited by a combination of noise sources inherent to the instrumental design and its environment, often localized in time or frequency, that couple into the gravitational-wave readout. Here we review the performance of the LIGO instruments during this epoch, the work done to characterize the de- tectors and their data, and the effect that transient and continuous noise artefacts have on the sensitivity of LIGO to a variety of astrophysical sources.

Nearly a century after Einstein first predicted the existence of gravitational waves, a global network of Earth-based gravitational wave observatories1,2,3,4 is seeking to directly detect this faint radiation using precision laser interferometry. Photon shot noise, due to the quantum nature of light, imposes a fundamental limit on the attometre-level sensitivity of the kilometre-scale Michelson interferometers deployed for this task. Here, we inject squeezed states to improve the performance of one of the detectors of the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) beyond the quantum noise limit, most notably in the frequency region down to 150 Hz, critically important for several astrophysical sources, with no deterioration of performance observed at any frequency. With the injection of squeezed states, this LIGO detector demonstrated the best broadband sensitivity to gravitational waves ever achieved, with important implications for observing the gravitational-wave Universe with unprecedented sensitivity. Squeezed states of light have been experimentally demonstrated to improve the performance of the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) in astrophysically relevant frequency regions. This enhanced performance may help to reach the sensitivity required for detecting gravitational waves.

The second-generation of gravitational-wave detectors are just starting operation, and have already yielding their first detections. Research is now concentrated on how to maximize the scientific potential of gravitational-wave astronomy. To support this effort, we present here design targets for a new generation of detectors, which will be capable of observing compact binary sources with high signal-to-noise ratio throughout the Universe.

On September 14, 2015, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) detected a gravitational-wave transient (GW150914); we characterize the properties of the source and its parameters. The data around the time of the event were analyzed coherently across the LIGO network using a suite of accurate waveform models that describe gravitational waves from a compact binary system in general relativity. GW150914 was produced by a nearly equal mass binary black hole of masses 36_{-4}^{+5}M_{⊙} and 29_{-4}^{+4}M_{⊙}; for each parameter we report the median value and the range of the 90% credible interval. The dimensionless spin magnitude of the more massive black hole is bound to be <0.7 (at 90% probability). The luminosity distance to the source is 410_{-180}^{+160} Mpc, corresponding to a redshift 0.09_{-0.04}^{+0.03} assuming standard cosmology. The source location is constrained to an annulus section of 610 deg^{2}, primarily in the southern hemisphere. The binary merges into a black hole of mass 62_{-4}^{+4}M_{⊙} and spin 0.67_{-0.07}^{+0.05}. This black hole is significantly more massive than any other inferred from electromagnetic observations in the stellar-mass regime.

Around the globe several observatories are seeking the first direct detection of gravitational waves (GWs). These waves are predicted by Einstein's General Theory of Relativity [Einstein, A., Annalen der Physik 49, 769-822 (1916)] and are generated e.g. by black-hole binary systems [Sathyaprakash, B. S. and Schutz, B. F., Living Rev. Relativity 12, 2 (2009)]. Current GW detectors are Michelson-type kilometer-scale laser interferometers measuring the distance changes between in vacuum suspended mirrors. The sensitivity of these detectors at frequencies above several hundred hertz is limited by the vacuum (zero-point) fluctuations of the electromagnetic field. A quantum technology - the injection of squeezed light [Caves, C. M., Phys. Rev. D 23, 1693-1708 (1981)] - offers a solution to this problem. Here we demonstrate the squeezed-light enhancement of GEO600, which will be the GW observatory operated by the LIGO Scientific Collaboration in its search for GWs for the next 3-4 years. GEO600 now operates with its best ever sensitivity, which proves the usefulness of quantum entanglement and the qualification of squeezed light as a key technology for future GW astronomy.