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.

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.

The Advanced LIGO and Advanced Virgo gravitational wave (GW) detectors will begin operation in the coming years, with compact binary coalescence events a likely source for the first detections. The gravitational waveforms emitted directly encode information about the sources, including the masses and spins of the compact objects. Recovering the physical parameters of the sources from the GW observations is a key analysis task. This work describes the LALInference software library for Bayesian parameter estimation of compact binary signals, which builds on several previous methods to provide a well-tested toolkit which has already been used for several studies. We show that our implementation is able to correctly recover the parameters of compact binary signals from simulated data from the advanced GW detectors. We demonstrate this with a detailed comparison on three compact binary systems: a binary neutron star, a neutron star black hole binary and a binary black hole, where we show a cross-comparison of results obtained using three independent sampling algorithms. These systems were analysed with non-spinning, aligned spin and generic spin configurations respectively, showing that consistent results can be obtained even with the full 15-dimensional parameter space of the generic spin configurations. We also demonstrate statistically that the Bayesian credible intervals we recover correspond to frequentist confidence intervals under correct prior assumptions by analysing a set of 100 signals drawn from the prior. We discuss the computational cost of these algorithms, and describe the general and problem-specific sampling techniques we have used to improve the efficiency of sampling the compact binary coalescence parameter space.

On August 17, 2017 at 12:41:06 UTC the Fermi Gamma-ray Burst Monitor (GBM) detected and triggered on the short gamma-ray burst GRB 170817A. Approximately 1.7 s prior to this GRB, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) triggered on a binary compact merger candidate associated with the GRB. This is the first unambiguous coincident observation of gravitational waves and electromagnetic radiation from a single astrophysical source and marks the start of gravitational-wave multi-messenger astronomy. We report the GBM observations and analysis of this ordinary short GRB, which extraordinarily confirms that at least some short GRBs are produced by binary compact mergers.

The goal of the Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory (LIGO) is to detect and study gravitational waves (GWs) of astrophysical origin. Direct detection of GWs holds the promise of testing general relativity in the strong-field regime, of providing a new probe of exotic objects such as black holes and neutron stars and of uncovering unanticipated new astrophysics. LIGO, a joint Caltech–MIT project supported by the National Science Foundation, operates three multi-kilometer interferometers at two widely separated sites in the United States. These detectors are the result of decades of worldwide technology development, design, construction and commissioning. They are now operating at their design sensitivity, and are sensitive to gravitational wave strains smaller than one part in 1021. With this unprecedented sensitivity, the data are being analyzed to detect or place limits on GWs from a variety of potential astrophysical sources.

ABSTRACT With an instantaneous view of 70% of the sky, the Fermi Gamma-ray Burst Monitor (GBM) is an excellent partner in the search for electromagnetic counterparts to gravitational-wave (GW) events. GBM observations at the time of the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) event GW150914 reveal the presence of a weak transient above 50 keV, 0.4 s after the GW event, with a false-alarm probability of 0.0022 (2.9 σ ). This weak transient lasting 1 s was not detected by any other instrument and does not appear to be connected with other previously known astrophysical, solar, terrestrial, or magnetospheric activity. Its localization is ill-constrained but consistent with the direction of GW150914. The duration and spectrum of the transient event are consistent with a weak short gamma-ray burst (GRB) arriving at a large angle to the direction in which Fermi was pointing where the GBM detector response is not optimal. If the GBM transient is associated with GW150914, then this electromagnetic signal from a stellar mass black hole binary merger is unexpected. We calculate a luminosity in hard X-ray emission between 1 keV and 10 MeV of  1.8 − 1.0 + 1.5 ×  10 49  erg s −1 . Future joint observations of GW events by LIGO/Virgo and Fermi GBM could reveal whether the weak transient reported here is a plausible counterpart to GW150914 or a chance coincidence, and will further probe the connection between compact binary mergers and short GRBs.

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.