Observing gravitational waves from core-collapse supernovae in the advanced detector era

被引:109
作者
Gossan, S. E. [1 ,2 ]
Sutton, P. [4 ]
Stuver, A. [5 ,6 ]
Zanolin, M. [3 ]
Gill, K. [3 ]
Ott, C. D. [2 ]
机构
[1] CALTECH, LIGO, Pasadena, CA 91125 USA
[2] CALTECH, TAPIR, MC 350-17, Pasadena, CA 91125 USA
[3] Embry Riddle Aeronaut Univ, 3700 Willow Creek Rd, Prescott, AZ 86301 USA
[4] Cardiff Univ, Cardiff CF24 3AA, S Glam, Wales
[5] LIGO Livingston Observ, Livingston, LA 70754 USA
[6] Louisiana State Univ, Baton Rouge, LA 70803 USA
基金
美国国家科学基金会;
关键词
NEUTRINO-DRIVEN SUPERNOVA; LARGE-MAGELLANIC-CLOUD; GAMMA-RAY BURSTS; GALACTIC SUPERNOVA; MASSIVE STARS; HYDRODYNAMICS SIMULATIONS; RELATIVISTIC SIMULATIONS; SHOCK BREAKOUT; UPPER LIMITS; SCIENCE RUN;
D O I
10.1103/PhysRevD.93.042002
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
The next galactic core-collapse supernova (CCSN) has already exploded, and its electromagnetic (EM) waves, neutrinos, and gravitational waves (GWs) may arrive at any moment. We present an extensive study on the potential sensitivity of prospective detection scenarios for GWs from CCSNe within 5 Mpc, using realistic noise at the predicted sensitivity of the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors for 2015, 2017, and 2019. We quantify the detectability of GWs from CCSNe within the Milky Way and Large Magellanic Cloud, for which there will be an observed neutrino burst. We also consider extreme GW emission scenarios for more distant CCSNe with an associated EM signature. We find that a three-detector network at design sensitivity will be able to detect neutrino-driven CCSN explosions out to similar to 5.5 kpc, while rapidly rotating core collapse will be detectable out to the Large Magellanic Cloud at 50 kpc. Of the phenomenological models for extreme GW emission scenarios considered in this study, such as long-lived bar-mode instabilities and disk fragmentation instabilities, all models considered will be detectable out to M31 at 0.77 Mpc, while the most extreme models will be detectable out to M82 at 3.52 Mpc and beyond.
引用
收藏
页数:24
相关论文
共 175 条
[1]   Characterization of the LIGO detectors during their sixth science run [J].
Aasi, J. ;
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. ;
Abernathy, M. R. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Adhikari, R. X. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Aggarwal, N. ;
Aguiar, O. D. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Anderson, R. A. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Arceneaux, C. ;
Areeda, J. ;
Ast, S. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Austin, L. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. T. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. W. ;
Barayoga, J. C. ;
Barker, D. ;
Barnum, S. H. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Basti, A. ;
Batch, J. .
CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015, 32 (11)
[2]   The characterization of Virgo data and its impact on gravitational-wave searches [J].
Aasi, J. ;
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adams, T. ;
Addesso, P. ;
Adhikari, R. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allocca, A. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Araya, M. C. ;
Ast, S. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atkinson, D. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballardin, G. ;
Ballinger, T. ;
Ballmer, S. ;
Bao, Y. ;
Barayoga, J. C. B. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Bastiab, A. ;
Batch, J. ;
Bauchrowitz, J. .
CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2012, 29 (15)
[3]  
Aasi J., 2013, ARXIV13040670
[4]   SEARCH FOR GRAVITATIONAL WAVES ASSOCIATED WITH GAMMA-RAY BURSTS DURING LIGO SCIENCE RUN 6 AND VIRGO SCIENCE RUNS 2 AND 3 [J].
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. X. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. C. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atkinson, D. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. ;
Barayoga, J. C. B. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Basti, A. ;
Batch, J. ;
Bauchrowitz, J. ;
Bauer, Th. S. ;
Bebronne, M. ;
Beck, D. ;
Behnke, B. ;
Bejger, M. ;
Beker, M. G. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 760 (01)
[5]   IMPLICATIONS FOR THE ORIGIN OF GRB 051103 FROM LIGO OBSERVATIONS [J].
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, T. D. ;
Abbott, R. ;
Abernathy, M. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. ;
Affeldt, C. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. S. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Amin, R. S. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. C. ;
Aston, S. M. ;
Atkinson, D. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballmer, S. ;
Barker, D. ;
Barnum, S. ;
Barr, B. ;
Barriga, P. ;
Barsotti, L. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Bauchrowitz, J. ;
Behnke, B. ;
Bell, A. S. ;
Belopolski, I. ;
Benacquista, M. ;
Bertolini, A. ;
Betzwieser, J. ;
Beveridge, N. ;
Beyersdorf, P. T. ;
Bilenko, I. A. ;
Billingsley, G. ;
Birch, J. ;
Biswas, R. ;
Black, E. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 755 (01)
[6]   All-sky search for gravitational-wave bursts in the second joint LIGO-Virgo run [J].
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. ;
Affeldt, C. ;
Agathos, M. ;
Agatsuma, K. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. C. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atkinson, D. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. ;
Barayoga, J. C. B. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Basti, A. ;
Batch, J. ;
Bauchrowitz, J. ;
Bauer, Th. S. ;
Bebronne, M. ;
Beck, D. ;
Behnke, B. ;
Bejger, M. ;
Beker, M. G. .
PHYSICAL REVIEW D, 2012, 85 (12)
[7]   All-sky search for periodic gravitational waves in the full S5 LIGO data [J].
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abbott, T. D. ;
Abernathy, M. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. ;
Affeldt, C. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. S. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Amin, R. S. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arai, K. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. C. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atkinson, D. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. ;
Barker, D. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barriga, P. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Basti, A. ;
Batch, J. ;
Bauchrowitz, J. ;
Bauer, Th S. ;
Bebronne, M. ;
Behnke, B. ;
Beker, M. G. ;
Bell, A. S. ;
Belletoile, A. .
PHYSICAL REVIEW D, 2012, 85 (02)
[8]   SEARCH FOR GRAVITATIONAL WAVE BURSTS FROM SIX MAGNETARS [J].
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abernathy, M. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. ;
Affeldt, C. ;
Allen, B. ;
Allen, G. S. ;
Ceron, E. Amador ;
Amariutei, D. ;
Amin, R. S. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Antonucci, F. ;
Arai, K. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. C. ;
Aston, S. M. ;
Astone, P. ;
Atkinson, D. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Aylott, B. E. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballardin, G. ;
Ballmer, S. ;
Barker, D. ;
Barnum, S. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barriga, P. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Basti, A. ;
Bauchrowitz, J. ;
Bauer, Th S. ;
Behnke, B. ;
Beker, M. G. ;
Bell, A. S. ;
Belletoile, A. ;
Belopolski, I. ;
Benacquista, M. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2011, 734 (02)
[9]   Search for gravitational waves from compact binary coalescence in LIGO and Virgo data from S5 and VSR1 [J].
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abernathy, M. ;
Accadia, T. ;
Acernese, F. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Ceron, E. Amador ;
Amin, R. S. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Antonucci, F. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. ;
Aronsson, M. ;
Arun, K. G. ;
Aso, Y. ;
Aston, S. ;
Astone, P. ;
Atkinson, D. E. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballardin, G. ;
Ballinger, T. ;
Ballmer, S. ;
Barker, D. ;
Barnum, S. ;
Barone, F. ;
Barr, B. ;
Barriga, P. ;
Barsotti, L. ;
Barsuglia, M. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Bauchrowitz, J. ;
Bauer, Th. S. ;
Behnke, B. ;
Beker, M. G. ;
Belletoile, A. ;
Benacquista, M. ;
Bertolini, A. ;
Betzwieser, J. .
PHYSICAL REVIEW D, 2010, 82 (10)
[10]   Calibration of the LIGO gravitational wave detectors in the fifth science run [J].
Abadie, J. ;
Abbott, B. P. ;
Abbott, R. ;
Abernathy, M. ;
Adams, C. ;
Adhikari, R. ;
Ajith, P. ;
Allen, B. ;
Allen, G. ;
Ceron, E. Amador ;
Amin, R. S. ;
Anderson, S. B. ;
Anderson, W. G. ;
Arain, M. A. ;
Araya, M. ;
Aronsson, M. ;
Aso, Y. ;
Aston, S. ;
Atkinson, D. E. ;
Aufmuth, P. ;
Aulbert, C. ;
Babak, S. ;
Baker, P. ;
Ballmer, S. ;
Barkers, D. ;
Barnum, S. ;
Barr, B. ;
Barriga, P. ;
Barsotti, L. ;
Barton, M. A. ;
Bartos, I. ;
Bassiri, R. ;
Bastarrika, M. ;
Bauchrowitz, J. ;
Behnke, B. ;
Benacquista, M. ;
Bertolini, A. ;
Betzwieser, J. ;
Beveridge, N. ;
Beyersdorf, P. T. ;
Bilenko, I. A. ;
Billingsley, G. ;
Birch, J. ;
Biswas, R. ;
Black, E. ;
Blackburn, J. K. ;
Blackburn, L. ;
Blaii, D. ;
Bland, B. ;
Bock, O. .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2010, 624 (01) :223-240