Prospects for observing and localizing gravitational-wave transients with advanced LIGO and advanced virgo

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

doi:10.1007/lrr-2016-1

We present a possible observing scenario for the Advanced LIGO and Advanced Virgo gravitational-wave detectors over the next decade, with the intention of providing information to the astronomy community to facilitate planning for multi-messenger astronomy with gravitational waves. We determine the expected sensitivity of the network to transient gravitational-wave signals, and study the capability of the network to determine the sky location of the source. We report our findings for gravitational-wave transients, with particular focus on gravitational-wave signals from the inspiral of binary neutron-star systems, which are considered the most promising for multi-messenger astronomy. The ability to localize the sources of the detected signals depends on the geographical distribution of the detectors and their relative sensitivity, and 90% credible regions can be as large as thousands of square degrees when only two sensitive detectors are operational. Determining the sky position of a significant fraction of detected signals to areas of 5 deg2 to 20 deg2 will require at least three detectors of sensitivity within a factor of ~ 2 of each other and with a broad frequency bandwidth. Should the third LIGO detector be relocated to India as expected, a significant fraction of gravitational-wave signals will be localized to a few square degrees by gravitational-wave observations alone.