The LIGO detection of the gravitational wave transient GW150914, from the inspiral and merger of two black holes with masses 30M, suggests a population of binary black holes with relatively high mass. This observation implies that the stochastic gravitational-wave background from binary black holes, created from the incoherent superposition of all the merging binaries in the Universe, could be higher than previously expected. Using the properties of GW150914, we estimate the energy density of such a background from binary black holes. In the most sensitive part of the Advanced LIGO and Advanced Virgo band for stochastic backgrounds (near 25 Hz), we predict ΩGW(f=25 Hz)=1.1-0.9+2.7×10-9 with 90% confidence. This prediction is robustly demonstrated for a variety of formation scenarios with different parameters. The differences between models are small compared to the statistical uncertainty arising from the currently poorly constrained local coalescence rate. We conclude that this background is potentially measurable by the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors operating at their projected final sensitivity.

GW150914: Implications for the stochastic gravitational-wave background from binary black holes

ALLOCCA, ANNALISA;BASTI, ANDREA;BOSCHI, VALERIO;CERRETANI, GIOVANNI;DEL POZZO, WALTER;DI LIETO, ALBERTO;FERRANTE, ISIDORO;FIDECARO, FRANCESCO;GONZALEZ CASTRO, JOSE MARIA;PASSAQUIETI, ROBERTO;PATRICELLI, BARBARA;POGGIANI, ROSA;RAZZANO, MASSIMILIANO;TONELLI, MAURO;
2016

Abstract

The LIGO detection of the gravitational wave transient GW150914, from the inspiral and merger of two black holes with masses 30M, suggests a population of binary black holes with relatively high mass. This observation implies that the stochastic gravitational-wave background from binary black holes, created from the incoherent superposition of all the merging binaries in the Universe, could be higher than previously expected. Using the properties of GW150914, we estimate the energy density of such a background from binary black holes. In the most sensitive part of the Advanced LIGO and Advanced Virgo band for stochastic backgrounds (near 25 Hz), we predict ΩGW(f=25 Hz)=1.1-0.9+2.7×10-9 with 90% confidence. This prediction is robustly demonstrated for a variety of formation scenarios with different parameters. The differences between models are small compared to the statistical uncertainty arising from the currently poorly constrained local coalescence rate. We conclude that this background is potentially measurable by the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors operating at their projected final sensitivity.
Abbott, B. P; Abbott, R.; Abbott, T. D.; Abernathy, M. R.; Acernese, F.; Ackley, K.; Adams, C.; Adams, T.; Addesso, P.; Adhikari, R. X.; Adya, V. B.; Affeldt, C.; Agathos, M.; Agatsuma, K.; Aggarwal, N.; Aguiar, O. D.; Aiello, L.; Ain, A.; Ajith, P.; Allen, B.; Allocca, Annalisa; Altin, P. A.; Anderson, S. B.; Anderson, W. G.; Arai, K.; Araya, M. C.; Arceneaux, C. C.; Areeda, J. S.; Arnaud, N.; Arun, K. G.; Ascenzi, S.; Ashton, G.; Ast, M.; Aston, S. M.; Astone, P.; Aufmuth, P.; Aulbert, C.; Babak, S.; Bacon, P.; Bader, M. K. M.; Baker, P. T.; Baldaccini, F.; Ballardin, G.; Ballmer, S. W.; Barayoga, J. C.; Barclay, S. E.; Barish, B. C.; Barker, D.; Barone, F.; Barr, B.; Barsotti, L.; Barsuglia, M.; Barta, D.; Bartlett, J.; Bartos, I.; Bassiri, R.; Basti, Andrea; Batch, J. C.; Baune, C.; Bavigadda, V.; Bazzan, M.; Behnke, B.; Bejger, M.; Bell, A. S.; Bell, C. J.; Berger, B. K.; Bergman, J.; Bergmann, G.; Berry, C. P. L.; Bersanetti, D.; Bertolini, A.; Betzwieser, J.; Bhagwat, S.; Bhandare, R.; Bilenko, I. A.; Billingsley, G.; Birch, J.; Birney, R.; Biscans, S.; Bisht, A.; Bitossi, M.; Biwer, C.; Bizouard, M. A.; Blackburn, J. K.; Blair, C. D.; Blair, D. G.; Blair, R. M.; Bloemen, S.; Bock, O.; Bodiya, T. P.; Boer, M.; Bogaert, G.; Bogan, C.; Bohe, A.; Bojtos, P.; Bond, C.; Bondu, F.; Bonnand, R.; Boom, B. A.; Bork, R.; Boschi, Valerio; Bose, S.; Bouffanais, Y.; Bozzi, A.; Bradaschia, C.; Brady, P. R.; Braginsky, V. B.; Branchesi, M.; Brau, J. E.; Briant, T.; Brillet, A.; Brinkmann, M.; Brisson, V.; Brockill, P.; Brooks, A. F.; Brown, D. D.; Brown, N. M.; Buchanan, C. C.; Buikema, A.; Bulik, T.; Bulten, H. J.; Buonanno, A.; Buskulic, D.; Buy, C.; Byer, R. L.; Cadonati, L.; Cagnoli, G.; Cahillane, C.; Bustillo, J. Calderón; Callister, T.; Calloni, E.; Camp, J. B.; Cannon, K. C.; Cao, J.; Capano, C. D.; Capocasa, E.; Carbognani, F.; Caride, S.; Diaz, J. Casanueva; Casentini, C.; Caudill, S.; Cavaglià, M.; Cavalier, F.; Cavalieri, R.; Cella, G.; Cepeda, C. B.; Baiardi, L. Cerboni; Cerretani, Giovanni; Cesarini, E.; Chakraborty, R.; Chalermsongsak, T.; Chamberlin, S. J.; Chan, M.; Chao, S.; Charlton, P.; Chassande Mottin, E.; Chen, H. Y.; Chen, Y.; Cheng, C.; Chincarini, A.; Chiummo, A.; Cho, H. S.; Cho, M.; Chow, J. H.; Christensen, N.; Chu, Q.; Chua, S.; Chung, S.; Ciani, G.; Clara, F.; Clark, J. A.; Cleva, F.; Coccia, E.; Cohadon, P. F.; Colla, A.; Collette, C. G.; Cominsky, L.; Constancio, M.; Conte, A.; Conti, L.; Cook, D.; Corbitt, T. R.; Cornish, N.; Corsi, A.; Cortese, S.; Costa, C. A.; Coughlin, M. W.; Coughlin, S. B.; Coulon, J. P.; Countryman, S. T.; Couvares, P.; Cowan, E. E.; Coward, D. M.; Cowart, M. J.; Coyne, D. C.; Coyne, R.; Craig, K.; Creighton, J. D. E.; Cripe, J.; Crowder, S. G.; Cumming, A.; Cunningham, L.; Cuoco, E.; Canton, T. Dal; Danilishin, S. L.; D'Antonio, S.; Danzmann, K.; Darman, N. S.; Dattilo, V.; Dave, I.; Daveloza, H. P.; Davier, M.; Davies, G. S.; Daw, E. J.; Day, R.; Debra, D.; Debreczeni, G.; Degallaix, J.; De Laurentis, M.; Deléglise, S.; DEL POZZO, Walter; Denker, T.; Dent, T.; Dereli, H.; Dergachev, V.; Derosa, R. T.; De Rosa, R.; Desalvo, R.; Dhurandhar, S.; Díaz, M. C.; Di Fiore, L.; Di Giovanni, M.; DI LIETO, Alberto; Di Pace, S.; Di Palma, I.; Di Virgilio, A.; Dojcinoski, G.; Dolique, V.; Donovan, F.; Dooley, K. L.; Doravari, S.; Douglas, R.; Downes, T. P.; Drago, M.; Drever, R. W. P.; Driggers, J. C.; Du, Z.; Ducrot, M.; Dwyer, S. E.; Edo, T. B.; Edwards, M. C.; Effler, A.; Eggenstein, H. B.; Ehrens, P.; Eichholz, J.; Eikenberry, S. S.; Engels, W.; Essick, R. C.; Etzel, T.; Evans, M.; Evans, T. M.; Everett, R.; Factourovich, M.; Fafone, V.; Fair, H.; Fairhurst, S.; Fan, X.; Fang, Q.; Farinon, S.; Farr, B.; Farr, W. M.; Favata, M.; Fays, M.; Fehrmann, H.; Fejer, M. M.; Ferrante, Isidoro; Ferreira, E. C.; Ferrini, F.; Fidecaro, Francesco; Fiori, I.; Fiorucci, D.; Fisher, R. P.; Flaminio, R.; Fletcher, M.; Fournier, J. D.; Franco, S.; Frasca, S.; Frasconi, F.; Frei, Z.; Freise, A.; Frey, R.; Frey, V.; Fricke, T. T.; Fritschel, P.; Frolov, V. V.; Fulda, P.; Fyffe, M.; Gabbard, H. A. G.; Gair, J. R.; Gammaitoni, L.; Gaonkar, S. G.; Garufi, F.; Gatto, A.; Gaur, G.; Gehrels, N.; Gemme, G.; Gendre, B.; Genin, E.; Gennai, A.; George, J.; Gergely, L.; Germain, V.; Ghosh, Archisman; Ghosh, S.; Giaime, J. A.; Giardina, K. D.; Giazotto, A.; Gill, K.; Glaefke, A.; Goetz, E.; Goetz, R.; Gondan, L.; González, G.; GONZALEZ CASTRO, JOSE MARIA; Gopakumar, A.; Gordon, N. A.; Gorodetsky, M. L.; Gossan, S. E.; Gosselin, M.; Gouaty, R.; Graef, C.; Graff, P. B.; Granata, M.; Grant, A.; Gras, S.; Gray, C.; Greco, G.; Green, A. C.; Groot, P.; Grote, H.; Grunewald, S.; Guidi, G. M.; Guo, X.; Gupta, A.; Gupta, M. K.; Gushwa, K. E.; Gustafson, E. K.; Gustafson, R.; Hacker, J. J.; Hall, B. R.; Hall, E. D.; Hammond, G.; Haney, M.; Hanke, M. M.; Hanks, J.; Hanna, C.; Hannam, M. D.; Hanson, J.; Hardwick, T.; Haris, K.; Harms, J.; Harry, G. M.; Harry, I. W.; Hart, M. J.; Hartman, M. T.; Haster, C. J.; Haughian, K.; Heidmann, A.; Heintze, M. C.; Heitmann, H.; Hello, P.; Hemming, G.; Hendry, M.; Heng, I. S.; Hennig, J.; Heptonstall, A. W.; Heurs, M.; Hild, S.; Hoak, D.; Hodge, K. A.; Hofman, D.; Hollitt, S. E.; Holt, K.; Holz, D. E.; Hopkins, P.; Hosken, D. J.; Hough, J.; Houston, E. A.; Howell, E. J.; Hu, Y. M.; Huang, S.; Huerta, E. A.; Huet, D.; Hughey, B.; Husa, S.; Huttner, S. H.; Huynh Dinh, T.; Idrisy, A.; Indik, N.; Ingram, D. R.; Inta, R.; Isa, H. N.; Isac, J. M.; Isi, M.; Islas, G.; Isogai, T.; Iyer, B. R.; Izumi, K.; Jacqmin, T.; Jang, H.; Jani, K.; Jaranowski, P.; Jawahar, S.; Jiménez Forteza, F.; Johnson, W. W.; Jones, D. I.; Jones, R.; Jonker, R. J. G.; Ju, L.; Kalaghatgi, C. V.; Kalogera, V.; Kandhasamy, S.; Kang, G.; Kanner, J. B.; Karki, S.; Kasprzack, M.; Katsavounidis, E.; Katzman, W.; Kaufer, S.; Kaur, T.; Kawabe, K.; Kawazoe, F.; Kéfélian, F.; Kehl, M. S.; Keitel, D.; Kelley, D. B.; Kells, W.; Kennedy, R.; Key, J. S.; Khalaidovski, A.; Khalili, F. Y.; Khan, I.; Khan, S.; Khan, Z.; Khazanov, E. A.; Kijbunchoo, N.; Kim, C.; Kim, J.; Kim, K.; Kim, Nam Gyu; Kim, Namjun; Kim, Y. M.; King, E. J.; King, P. J.; Kinzel, D. L.; Kissel, J. S.; Kleybolte, L.; Klimenko, S.; Koehlenbeck, S. M.; Kokeyama, K.; Koley, S.; Kondrashov, V.; Kontos, A.; Korobko, M.; Korth, W. Z.; Kowalska, I.; Kozak, D. B.; Kringel, V.; Królak, A.; Krueger, C.; Kuehn, G.; Kumar, P.; Kuo, L.; Kutynia, A.; Lackey, B. D.; Landry, M.; Lange, J.; Lantz, B.; Lasky, P. D.; Lazzarini, A.; Lazzaro, C.; Leaci, P.; Leavey, S.; Lebigot, E. O.; Lee, C. H.; Lee, H. K.; Lee, H. M.; Lee, K.; Lenon, A.; Leonardi, M.; Leong, J. R.; Leroy, N.; Letendre, N.; Levin, Y.; Levine, B. M.; Li, T. G. F.; Libson, A.; Littenberg, T. B.; Lockerbie, N. A.; Logue, J.; Lombardi, A. L.; Lord, J. E.; Lorenzini, M.; Loriette, V.; Lormand, M.; Losurdo, G.; Lough, J. D.; Lück, H.; Lundgren, A. P.; Luo, J.; Lynch, R.; Ma, Y.; Macdonald, T.; Machenschalk, B.; Macinnis, M.; Macleod, D. M.; Magaña Sandoval, F.; Magee, R. M.; Mageswaran, M.; Majorana, E.; Maksimovic, I.; Malvezzi, V.; Man, N.; Mandel, I.; Mandic, V.; Mangano, V.; Mansell, G. L.; Manske, M.; Mantovani, M.; Marchesoni, F.; Marion, F.; Márka, S.; Márka, Z.; Markosyan, A. S.; Maros, E.; Martelli, F.; Martellini, L.; Martin, I. W.; Martin, R. M.; Martynov, D. V.; Marx, J. N.; Mason, K.; Masserot, A.; Massinger, T. J.; Masso Reid, M.; Matichard, F.; Matone, L.; Mavalvala, N.; Mazumder, N.; Mazzolo, G.; Mccarthy, R.; Mcclelland, D. E.; Mccormick, S.; Mcguire, S. C.; Mcintyre, G.; Mciver, J.; Mcmanus, D. J.; Mcwilliams, S. T.; Meacher, D.; Meadors, G. D.; Meidam, J.; Melatos, A.; Mendell, G.; Mendoza Gandara, D.; Mercer, R. A.; Merilh, E.; Merzougui, M.; Meshkov, S.; Messenger, C.; Messick, C.; Meyers, P. M.; Mezzani, F.; Miao, H.; Michel, C.; Middleton, H.; Mikhailov, E. E.; Milano, L.; Miller, J.; Millhouse, M.; Minenkov, Y.; Ming, J.; Mirshekari, S.; Mishra, C.; Mitra, S.; Mitrofanov, V. P.; Mitselmakher, G.; Mittleman, R.; Moggi, A.; Mohan, M.; Mohapatra, S. R. P.; Montani, M.; Moore, B. C.; Moore, C. J.; Moraru, D.; Moreno, G.; Morriss, S. R.; Mossavi, K.; Mours, B.; Mow Lowry, C. M.; Mueller, C. L.; Mueller, G.; Muir, A. W.; Mukherjee, Arunava; Mukherjee, D.; Mukherjee, S.; Mukund, N.; Mullavey, A.; Munch, J.; Murphy, D. J.; Murray, P. G.; Mytidis, A.; Nardecchia, I.; Naticchioni, L.; Nayak, R. K.; Necula, V.; Nedkova, K.; Nelemans, G.; Neri, M.; Neunzert, A.; Newton, G.; Nguyen, T. T.; Nielsen, A. B.; Nissanke, S.; Nitz, A.; Nocera, F.; Nolting, D.; Normandin, M. E. N.; Nuttall, L. K.; Oberling, J.; Ochsner, E.; O'Dell, J.; Oelker, E.; Ogin, G. H.; Oh, J. J.; Oh, S. H.; Ohme, F.; Oliver, M.; Oppermann, P.; Oram, Richard J.; O'Reilly, B.; O'Shaughnessy, R.; Ottaway, D. J.; Ottens, R. S.; Overmier, H.; Owen, B. J.; Pai, A.; Pai, S. A.; Palamos, J. R.; Palashov, O.; Palomba, C.; Pal Singh, A.; Pan, H.; Pankow, C.; Pannarale, F.; Pant, B. C.; Paoletti, F.; Paoli, A.; Papa, M. A.; Paris, H. R.; Parker, W.; Pascucci, D.; Pasqualetti, A.; Passaquieti, Roberto; Passuello, D.; Patricelli, Barbara; Patrick, Z.; Pearlstone, B. L.; Pedraza, M.; Pedurand, R.; Pekowsky, L.; Pele, A.; Penn, S.; Perreca, A.; Phelps, M.; Piccinni, O.; Pichot, M.; Piergiovanni, F.; Pierro, V.; Pillant, G.; Pinard, L.; Pinto, I. M.; Pitkin, M.; Poggiani, Rosa; Popolizio, P.; Post, A.; Powell, J.; Prasad, J.; Predoi, V.; Premachandra, S. S.; Prestegard, T.; Price, L. R.; Prijatelj, M.; Principe, M.; Privitera, S.; Prodi, G. A.; Prokhorov, L.; Puncken, O.; Punturo, M.; Puppo, P.; Pürrer, M.; Qi, H.; Qin, J.; Quetschke, V.; Quintero, E. A.; Quitzow James, R.; Raab, F. J.; Rabeling, D. S.; Radkins, H.; Raffai, P.; Raja, S.; Rakhmanov, M.; Rapagnani, P.; Raymond, V.; Razzano, Massimiliano; Re, V.; Read, J.; Reed, C. M.; Regimbau, T.; Rei, L.; Reid, S.; Reitze, D. H.; Rew, H.; Reyes, S. D.; Ricci, F.; Riles, K.; Robertson, N. A.; Robie, R.; Robinet, F.; Rocchi, A.; Rolland, L.; Rollins, J. G.; Roma, V. J.; Romano, J. D.; Romano, R.; Romanov, G.; Romie, J. H.; Rosińska, D.; Rowan, S.; Rüdiger, A.; Ruggi, P.; Ryan, K.; Sachdev, S.; Sadecki, T.; Sadeghian, L.; Salconi, L.; Saleem, M.; Salemi, F.; Samajdar, A.; Sammut, L.; Sanchez, E. J.; Sandberg, V.; Sandeen, B.; Sanders, J. R.; Sassolas, B.; Sathyaprakash, B. S.; Saulson, P. R.; Sauter, O.; Savage, R. L.; Sawadsky, A.; Schale, P.; Schilling, R.; Schmidt, J.; Schmidt, P.; Schnabel, R.; Schofield, R. M. S.; Schönbeck, A.; Schreiber, E.; Schuette, D.; Schutz, B. F.; Scott, J.; Scott, S. M.; Sellers, D.; Sentenac, D.; Sequino, V.; Sergeev, A.; Serna, G.; Setyawati, Y.; Sevigny, A.; Shaddock, D. A.; Shah, S.; Shahriar, M. S.; Shaltev, M.; Shao, Z.; Shapiro, B.; Shawhan, P.; Sheperd, A.; Shoemaker, D. H.; Shoemaker, D. M.; Siellez, K.; Siemens, X.; Sigg, D.; Silva, A. D.; Simakov, D.; Singer, A.; Singer, L. P.; Singh, A.; Singh, R.; Singhal, A.; Sintes, A. M.; Slagmolen, B. J. J.; Smith, J. R.; Smith, N. D.; Smith, R. J. E.; Son, E. J.; Sorazu, B.; Sorrentino, F.; Souradeep, T.; Srivastava, A. K.; Staley, A.; Steinke, M.; Steinlechner, J.; Steinlechner, S.; Steinmeyer, D.; Stephens, B. C.; Stone, R.; Strain, K. A.; Straniero, N.; Stratta, G.; Strauss, N. A.; Strigin, S.; Sturani, R.; Stuver, A. L.; Summerscales, T. Z.; Sun, L.; Sutton, P. J.; Swinkels, B. L.; Szczepańczyk, M. J.; Tacca, M.; Talukder, D.; Tanner, D. B.; Tápai, M.; Tarabrin, S. P.; Taracchini, A.; Taylor, R.; Theeg, T.; Thirugnanasambandam, M. P.; Thomas, E. G.; Thomas, M.; Thomas, P.; Thorne, K. A.; Thorne, K. S.; Thrane, E.; Tiwari, S.; Tiwari, V.; Tokmakov, K. V.; Tomlinson, C.; Tonelli, Mauro; Torres, C. V.; Torrie, C. I.; Töyrä, D.; Travasso, F.; Traylor, G.; Trifirò, D.; Tringali, M. C.; Trozzo, L.; Tse, M.; Turconi, M.; Tuyenbayev, D.; Ugolini, D.; Unnikrishnan, C. S.; Urban, A. L.; Usman, S. A.; Vahlbruch, H.; Vajente, G.; Valdes, G.; Van Bakel, N.; Van Beuzekom, M.; Van Den Brand, J. F. J.; Van Den Broeck, C.; Vander Hyde, D. C.; Van Der Schaaf, L.; Van Heijningen, J. V.; Van Veggel, A. A.; Vardaro, M.; Vass, S.; Vasúth, M.; Vaulin, R.; Vecchio, A.; Vedovato, G.; Veitch, J.; Veitch, P. J.; Venkateswara, K.; Verkindt, D.; Vetrano, F.; Viceré, A.; Vinciguerra, S.; Vine, D. J.; Vinet, J. Y.; Vitale, S.; Vo, T.; Vocca, H.; Vorvick, C.; Voss, D.; Vousden, W. D.; Vyatchanin, S. P.; Wade, A. R.; Wade, L. E.; Wade, M.; Walker, M.; Wallace, L.; Walsh, S.; Wang, G.; Wang, H.; Wang, M.; Wang, X.; Wang, Y.; Ward, R. L.; Warner, J.; Was, M.; Weaver, B.; Wei, L. W.; Weinert, M.; Weinstein, A. J.; Weiss, R.; Welborn, T.; Wen, L.; Weßels, P.; Westphal, T.; Wette, K.; Whelan, J. T.; White, D. J.; Whiting, B. F.; Williams, R. D.; Williamson, A. R.; Willis, J. L.; Willke, B.; Wimmer, M. H.; Winkler, W.; Wipf, C. C.; Wittel, H.; Woan, G.; Worden, J.; Wright, J. L.; Wu, G.; Yablon, J.; Yam, W.; Yamamoto, H.; Yancey, C. C.; Yap, M. J.; Yu, H.; Yvert, M.; Zadrożny, A.; Zangrando, L.; Zanolin, M.; Zendri, J. P.; Zevin, M.; Zhang, F.; Zhang, L.; Zhang, M.; Zhang, Y.; Zhao, C.; Zhou, M.; Zhou, Z.; Zhu, X. J.; Zucker, M. E.; Zuraw, S. E.; Zweizig, J.
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
DiLieto_814648.pdf

accesso aperto

Tipologia: Versione finale editoriale
Licenza: Tutti i diritti riservati (All rights reserved)
Dimensione 652.32 kB
Formato Adobe PDF
652.32 kB Adobe PDF Visualizza/Apri

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/11568/814648
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? 6
  • Scopus 228
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? 191
social impact