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.

Current interferometric gravitational-wave detectors are limited by quantum noise over a wide range of their measurement bandwidth. One method to overcome the quantum limit is the injection of squeezed vacuum states of light into the interferometer’s dark port. Here, we report on the successful application of this quantum technology to improve the shot noise limited sensitivity of the Advanced Virgo gravitational-wave detector. A sensitivity enhancement of up to 3.2±0.1 dB beyond the shot noise limit is achieved. This nonclassical improvement corresponds to a 5%–8% increase of the binary neutron star horizon. The squeezing injection was fully automated and over the first 5 months of the third joint LIGO-Virgo observation run O3 squeezing was applied for more than 99% of the science time. During this period several gravitational-wave candidates have been recorded.Received 11 November 2019DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.231108Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI.Published by the American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasGravitational wavesNonlinear opticsQuantum opticsTechniquesGravitational wave detectionGravitation, Cosmology & AstrophysicsAtomic, Molecular & Optical

This paper presents a complete description of Virgo, the French-Italian gravitational wave detector. The detector, built at Cascina, near Pisa (Italy), is a very large Michelson interferometer, with 3 km-long arms. In this paper, following a presentation of the physics requirements, leading to the specifications for the construction of the detector, a detailed description of all its different elements is given. These include civil engineering infrastructures, a huge ultra-high vacuum (UHV) chamber (about 6000 cubic metres), all of the optical components, including high quality mirrors and their seismic isolating suspensions, all of the electronics required to control the interferometer and for signal detection. The expected performances of these different elements are given, leading to an overall sensitivity curve as a function of the incoming gravitational wave frequency. This description represents the detector as built and used in the first data-taking runs. Improvements in different parts have been and continue to be performed, leading to better sensitivities. These will be detailed in a forthcoming paper.

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.