The recent detections of gravitational waves (GWs) reported by LIGO/Virgo collaborations have made significant impact on physics and astronomy. A global network of GW detectors will play a key role to solve the unknown nature of the sources in coordinated observations with astronomical telescopes and detectors. Here we introduce KAGRA (former name LCGT; Large-scale Cryogenic Gravitational wave Telescope), a new GW detector with two 3-km baseline arms arranged in the shape of an "L", located inside the Mt. Ikenoyama, Kamioka, Gifu, Japan. KAGRA's design is similar to those of the second generations such as Advanced LIGO/Virgo, but it will be operating at the cryogenic temperature with sapphire mirrors. This low temperature feature is advantageous for improving the sensitivity around 100 Hz and is considered as an important feature for the third generation GW detector concept (e.g. Einstein Telescope of Europe or Cosmic Explorer of USA). Hence, KAGRA is often called as a 2.5 generation GW detector based on laser interferometry. The installation and commissioning of KAGRA is underway and its cryogenic systems have been successfully tested in May, 2018. KAGRA's first observation run is scheduled in late 2019, aiming to join the third observation run (O3) of the advanced LIGO/Virgo network. In this work, we describe a brief history of KAGRA and highlights of main feature. We also discuss the prospects of GW observation with KAGRA in the era of O3. When operating along with the existing GW detectors, KAGRA will be helpful to locate a GW source more accurately and to determine the source parameters with higher precision, providing information for follow-up observations of a GW trigger candidate.

Abstract KAGRA is a newly built gravitational-wave telescope, a laser interferometer comprising arms with a length of 3 km, located in Kamioka, Gifu, Japan. KAGRA was constructed under the ground and it is operated using cryogenic mirrors that help in reducing the seismic and thermal noise. Both technologies are expected to provide directions for the future of gravitational-wave telescopes. In 2019, KAGRA finished all installations with the designed configuration, which we call the baseline KAGRA. For this occasion, we present an overview of the baseline KAGRA from various viewpoints in a series of articles. In this article, we introduce the design configurations of KAGRA with its historical background.

Abstract We perform a statistical standard siren analysis of GW170817. Our analysis does not utilize knowledge of NGC 4993 as the unique host galaxy of the optical counterpart to GW170817. Instead, we consider each galaxy within the GW170817 localization region as a potential host; combining the redshifts from all of the galaxies with the distance estimate from GW170817 provides an estimate of the Hubble constant, H 0 . Considering all galaxies brighter than  as equally likely to host a binary neutron star merger, we find  km s −1 Mpc −1 (maximum a posteriori and 68.3% highest density posterior interval; assuming a flat H 0 prior in the range  km s −1 Mpc −1 ). We explore the dependence of our results on the thresholds by which galaxies are included in our sample, and we show that weighting the host galaxies by stellar mass or star formation rate provides entirely consistent results with potentially tighter constraints. By applying the method to simulated gravitational-wave events and a realistic galaxy catalog we show that, because of the small localization volume, this statistical standard siren analysis of GW170817 provides an unusually informative (top 10%) constraint. Under optimistic assumptions for galaxy completeness and redshift uncertainty, we find that dark binary neutron star measurements of H 0 will converge as  , where N is the number of sources. While these statistical estimates are inferior to the value from the counterpart standard siren measurement utilizing NGC 4993 as the unique host,  km s −1 Mpc −1 (determined from the same publicly available data), our analysis is a proof-of-principle demonstration of the statistical approach first proposed by Bernard Schutz over 30 yr ago.

Abstract Gravitational lensing by massive objects along the line of sight to the source causes distortions to gravitational wave (GW) signals; such distortions may reveal information about fundamental physics, cosmology, and astrophysics. In this work, we have extended the search for lensing signatures to all binary black hole events from the third observing run of the LIGO-Virgo network. We search for repeated signals from strong lensing by (1) performing targeted searches for subthreshold signals, (2) calculating the degree of overlap among the intrinsic parameters and sky location of pairs of signals, (3) comparing the similarities of the spectrograms among pairs of signals, and (4) performing dual-signal Bayesian analysis that takes into account selection effects and astrophysical knowledge. We also search for distortions to the gravitational waveform caused by (1) frequency-independent phase shifts in strongly lensed images, and (2) frequency-dependent modulation of the amplitude and phase due to point masses. None of these searches yields significant evidence for lensing. Finally, we use the nondetection of GW lensing to constrain the lensing rate based on the latest merger-rate estimates and the fraction of dark matter composed of compact objects.