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Tests of General Relativity with GW150914

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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, A., 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, A., 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, I. 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DOI 10.1103/physrevlett.116.221101
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Abstract

The LIGO detection of GW150914 provides an unprecedented opportunity to study the two-body motion of a compact-object binary in the large-velocity, highly nonlinear regime, and to witness the final merger of the binary and the excitation of uniquely relativistic modes of the gravitational field. We carry out several investigations to determine whether GW150914 is consistent with a binary black-hole merger in general relativity. We find that the final remnant's mass and spin, as determined from the low-frequency (inspiral) and high-frequency (postinspiral) phases of the signal, are mutually consistent with the binary black-hole solution in general relativity. Furthermore, the data following the peak of GW150914 are consistent with the least-damped quasinormal mode inferred from the mass and spin of the remnant black hole. By using waveform models that allow for parametrized general-relativity violations during the inspiral and merger phases, we perform quantitative tests on the gravitational-wave phase in the dynamical regime and we determine the first empirical bounds on several high-order post-Newtonian coefficients. We constrain the graviton Compton wavelength, assuming that gravitons are dispersed in vacuum in the same way as particles with mass, obtaining a 90%-confidence lower bound of 10^{13} km. In conclusion, within our statistical uncertainties, we find no evidence for violations of general relativity in the genuinely strong-field regime of gravity.

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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, A., 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, A., 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, I. A., Birnholtz, O., 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, V., 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. A., 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., Calderón Bustillo, J., Callister, T., Calloni, E., Camp, J. B., Cannon, K. C., Cao, J., Capano, C. 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Venue
Physical Review Letters
Publisher
American Physical Society (APS)
Published
2016-05-31
Volume
116
Issue
22
Pages
221101-221101
ISSN
  • 0031-9007 (ISSN-L)
  • 1079-7114
DOI
10.1103/physrevlett.116.221101
OpenAlex
W2273892807
Cited by
1,773
References
86
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Type
journal article
Language
en
Open access
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The paper
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., . . . Collaborations, L. S. A. V. (2016). Tests of General Relativity with GW150914. Physical Review Letters. https://doi.org/10.1103/physrevlett.116.221101

Data sources

Bibliographic data: Semantic Scholar, OpenAlex, Crossref.

Contains information from the Semantic Scholar Academic Graph Datasets, made available under the ODC Attribution License (ODC-BY 1.0).

Semantic Scholar’s data is described in: Kinney, R., et al. (2023). The Semantic Scholar Open Data Platform. arXiv:2301.10140.