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

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

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 infor- mation 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.