# Search for gravitational waves from Scorpius X-1 in the first Advanced   LIGO observing run with a hidden Markov model

**Authors:** The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration: B. P., Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, F. Acernese, K. Ackley, C. Adams, T. Adams,, P. Addesso, R. X. Adhikari, V. B. Adya, C. Affeldt, M. Afrough, B. Agarwal,, K. Agatsuma, N. Aggarwal, O. D. Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, B., Allen, G. Allen, A. Allocca, H. Almoubayyed, P. A. Altin, A. Amato, A., Ananyeva, S. B. Anderson, W. G. Anderson, S. Antier, S. Appert, K. Arai, M., C. Araya, J. S. Areeda, N. Arnaud, K. G. Arun, S. Ascenzi, G. Ashton, M. Ast,, S. M. Aston, P. Astone, P. Aufmuth, C. Aulbert, K. AultONeal, A., Avila-Alvarez, S. Babak, P. Bacon, M. K. M. Bader, S. Bae, P. T. Baker, F., Baldaccini, G. Ballardin, S. W. Ballmer, S. Banagiri, J. C. Barayoga, S. E., Barclay, B. C. Barish, D. Barker, F. Barone, B. Barr, L. Barsotti, M., Barsuglia, D. Barta, J. Bartlett, I. Bartos, R. Bassiri, A. Basti, J. C., Batch, C. Baune, M. Bawaj, M. Bazzan, B. B'ecsy, C. Beer, M. Bejger, I., Belahcene, A. S. Bell, B. K. Berger, G. Bergmann, C. P. L. Berry, D., Bersanetti, A. Bertolini, Z. B.Etienne, J. Betzwieser, S. Bhagwat, R., Bhandare, I. A. Bilenko, G. Billingsley, C. R. Billman, J. Birch, R. Birney,, O. Birnholtz, S. Biscans, A. Bisht, M. Bitossi, C. Biwer, M. A. Bizouard, J., K. Blackburn, J. Blackman, C. D. Blair, D. G. Blair, R. M. Blair, S. Bloemen,, O. Bock, N. Bode, M. Boer, G. Bogaert, A. Bohe, F. Bondu, R. Bonnand, B. A., Boom, R. Bork, V. Boschi, S. Bose, Y. Bouffanais, A. Bozzi, C. Bradaschia, P., R. Brady, V. B. Braginsky, M. Branchesi, J. E. Brau, T. Briant, A. Brillet,, M. Brinkmann, V. Brisson, P. Brockill, J. E. Broida, A. F. Brooks, D. A., Brown, D. D. Brown, N. M. Brown, S. Brunett, C. C. Buchanan, A. Buikema, T., Bulik, H. J. Bulten, A. Buonanno, D. Buskulic, C. Buy, R. L. Byer, M. Cabero,, L. Cadonati, G. Cagnoli, C. Cahillane, J. Calder'on Bustillo, T. A., Callister, E. Calloni, J. B. Camp, M. Canepa, P. Canizares, K. C. Cannon, H., Cao, J. Cao, C. D. Capano, E. Capocasa, F. Carbognani, S. Caride, M. F., Carney, J. Casanueva Diaz, C. Casentini, S. Caudill, M. Cavagli`a, F., Cavalier, R. Cavalieri, G. Cella, C. B. Cepeda, L. Cerboni Baiardi, G., Cerretani, E. Cesarini, S. J. Chamberlin, M. Chan, S. Chao, P. Charlton, E., Chassande-Mottin, D. Chatterjee, B. D. Cheeseboro, H. Y. Chen, Y. Chen, H.-P., Cheng, A. Chincarini, A. Chiummo, T. Chmiel, H. S. Cho, M. Cho, J. H. Chow,, N. Christensen, Q. Chu, A. J. K. Chua, S. Chua, A. K. W. Chung, S. Chung, G., Ciani, R. Ciolfi, C. E. Cirelli, A. Cirone, F. Clara, J. A. Clark, F. Cleva,, C. Cocchieri, E. Coccia, P.-F. Cohadon, A. Colla, C. G. Collette, L. R., Cominsky, M. Constancio Jr., L. Conti, S. J. Cooper, P. Corban, T. R., Corbitt, K. R. Corley, N. Cornish, A. Corsi, S. Cortese, C. A. Costa, M. W., Coughlin, S. B. Coughlin, J.-P. Coulon, S. T. Countryman, P. Couvares, P. B., Covas, E. E. Cowan, D. M. Coward, M. J. Cowart, D. C. Coyne, R. Coyne, J. D., E. Creighton, T. D. Creighton, J. Cripe, S. G. Crowder, T. J. Cullen, A., Cumming, L. Cunningham, E. Cuoco, T. Dal Canton, S. L. Danilishin, S., D'Antonio, K. Danzmann, A. Dasgupta, C. F. Da Silva Costa, V. Dattilo, I., Dave, M. Davier, G. S. Davies, D. Davis, E. J. Daw, B. Day, S. De, D. DeBra,, E. Deelman, J. Degallaix, M. De Laurentis, S. Del'eglise, W. Del Pozzo, T., Denker, T. Dent, V. Dergachev, R. De Rosa, R. T. DeRosa, R. DeSalvo, J., Devenson, R. C. Devine, S. Dhurandhar, M. C. D'iaz, L. Di Fiore, M. Di, Giovanni, T. Di Girolamo, A. Di Lieto, S. Di Pace, I. Di Palma, F. Di Renzo,, Z. Doctor, V. Dolique, F. Donovan, K. L. Dooley, S. Doravari, I. Dorrington,, R. Douglas, M. Dovale 'Alvarez, T. P. Downes, M. Drago, R. W. P. Drever, J., C. Driggers, Z. Du, M. Ducrot, J. Duncan, S. E. Dwyer, T. B. Edo, M. C., Edwards, A. Effler, H.-B. Eggenstein, P. Ehrens, J. Eichholz, S. S., Eikenberry, R. C. Essick, T. Etzel, M. Evans, T. M. Evans, M. Factourovich,, V. Fafone, H. Fair, S. Fairhurst, X. Fan, S. Farinon, B. Farr, W. M. Farr, E., J. Fauchon-Jones, M. Favata, M. Fays, H. Fehrmann, J. Feicht, M. M. Fejer, A., Fernandez-Galiana, I. Ferrante, E. C. Ferreira, F. Ferrini, F. Fidecaro, I., Fiori, D. Fiorucci, R. P. Fisher, R. Flaminio, M. Fletcher, H. Fong, P. W. F., Forsyth, S. S. Forsyth, J.-D. Fournier, S. Frasca, F. Frasconi, Z. Frei, A., Freise, R. Frey, V. Frey, E. M. Fries, P. Fritschel, V. V. Frolov, P. Fulda,, M. Fyffe, H. Gabbard, M. Gabel, B. U. Gadre, S. M. Gaebel, J. R. Gair, L., Gammaitoni, M. R. Ganija, S. G. Gaonkar, F. Garufi, S. Gaudio, G. Gaur, V., Gayathri, N. Gehrels, G. Gemme, E. Genin, A. Gennai, D. George, J. George, L., Gergely, V. Germain, S. Ghonge, Abhirup Ghosh, Archisman Ghosh, S. Ghosh, J., A. Giaime, K. D. Giardina, A. Giazotto, K. Gill, L. Glover, E. Goetz, R., Goetz, S. Gomes, G. Gonz'alez, J. M. Gonzalez Castro, A. Gopakumar, M. L., Gorodetsky, S. E. Gossan, M. Gosselin, R. Gouaty, A. Grado, C. Graef, M., Granata, A. Grant, S. Gras, C. Gray, G. Greco, A. C. Green, P. Groot, H., Grote, S. Grunewald, P. Gruning, G. M. Guidi, X. Guo, A. Gupta, M. K. Gupta,, K. E. Gushwa, E. K. Gustafson, R. Gustafson, B. R. Hall, E. D. Hall, G., Hammond, M. Haney, M. M. Hanke, J. Hanks, C. Hanna, O. A. Hannuksela, J., Hanson, T. Hardwick, J. Harms, G. M. Harry, I. W. Harry, M. J. Hart, C.-J., Haster, K. Haughian, J. Healy, A. Heidmann, M. C. Heintze, H. Heitmann, P., Hello, G. Hemming, M. Hendry, I. S. Heng, J. Hennig, J. Henry, A. W., Heptonstall, M. Heurs, S. Hild, D. Hoak, D. Hofman, K. Holt, D. E. Holz, P., Hopkins, C. Horst, J. Hough, E. A. Houston, E. J. Howell, Y. M. Hu, E. A., Huerta, D. Huet, B. Hughey, S. Husa, S. H. Huttner, T. Huynh-Dinh, N. Indik,, D. R. Ingram, R. Inta, G. Intini, H. N. Isa, J.-M. Isac, M. Isi, B. R. Iyer,, K. Izumi, T. Jacqmin, K. Jani, P. Jaranowski, S. Jawahar, F., Jim'enez-Forteza, W. W. Johnson, D. I. Jones, R. Jones, R. J. G. Jonker, L., Ju, J. Junker, C. V. Kalaghatgi, V. Kalogera, S. Kandhasamy, G. Kang, J. B., Kanner, S. Karki, K. S. Karvinen, M. Kasprzack, M. Katolik, E. Katsavounidis,, W. Katzman, S. Kaufer, K. Kawabe, F. K'ef'elian, D. Keitel, A. J. Kemball, R., Kennedy, C. Kent, J. S. Key, F. Y. Khalili, I. Khan, S. Khan, Z. Khan, E. A., Khazanov, N. Kijbunchoo, Chunglee Kim, J. C. Kim, W. Kim, W. S. Kim, Y.-M., Kim, S. J. Kimbrell, E. J. King, P. J. King, R. Kirchhoff, J. S. Kissel, L., Kleybolte, S. Klimenko, P. Koch, S. M. Koehlenbeck, S. Koley, V. Kondrashov,, A. Kontos, M. Korobko, W. Z. Korth, I. Kowalska, D. B. Kozak, C. Kr"amer, V., Kringel, B. Krishnan, A. Kr'olak, G. Kuehn, P. Kumar, R. Kumar, S. Kumar, L., Kuo, A. Kutynia, S. Kwang, B. D. Lackey, K. H. Lai, M. Landry, R. N. Lang, J., Lange, B. Lantz, R. K. Lanza, A. Lartaux-Vollard, P. D. Lasky, M. Laxen, A., Lazzarini, C. Lazzaro, P. Leaci, S. Leavey, C. H. Lee, H. K. Lee, H. M. Lee,, H. W. Lee, K. Lee, J. Lehmann, A. Lenon, M. Leonardi, N. Leroy, N. Letendre,, Y. Levin, T. G. F. Li, A. Libson, T. B. Littenberg, J. Liu, N. A. Lockerbie,, L. T. London, J. E. Lord, M. Lorenzini, V. Loriette, M. Lormand, G. Losurdo,, J. D. Lough, G. Lovelace, H. L"uck, D. Lumaca, A. P. Lundgren, R. Lynch, Y., Ma, S. Macfoy, B. Machenschalk, M. MacInnis, D. M. Macleod, I. Magana, Hernandez, F. Magana-Sandoval, L. Magana Zertuche, R. M. Magee, E. Majorana,, I. Maksimovic, N. Man, V. Mandic, V. Mangano, G. L. Mansell, M. Manske, M., Mantovani, F. Marchesoni, F. Marion, S. M'arka, Z. M'arka, C. Markakis, A. S., Markosyan, E. Maros, F. Martelli, L. Martellini, I. W. Martin, D. V., Martynov, J. N. Marx, K. Mason, A. Masserot, T. J. Massinger, M. Masso-Reid,, S. Mastrogiovanni, A. Matas, F. Matichard, L. Matone, N. Mavalvala, R., Mayani, N. Mazumder, R. McCarthy, D. E. McClelland, S. McCormick, L., McCuller, S. C. McGuire, G. McIntyre, J. McIver, D. J. McManus, T. McRae, S., T. McWilliams, D. Meacher, G. D. Meadors, J. Meidam, E. Mejuto-Villa, A., Melatos, G. Mendell, R. A. Mercer, E. L. Merilh, M. Merzougui, S. Meshkov, C., Messenger, C. Messick, R. Metzdorff, P. M. Meyers, F. Mezzani, H. Miao, C., Michel, H. Middleton, E. E. Mikhailov, L. Milano, A. L. Miller, A. Miller, B., B. Miller, J. Miller, M. Millhouse, O. Minazzoli, Y. Minenkov, J. Ming, C., Mishra, S. Mitra, V. P. Mitrofanov, G. Mitselmakher, R. Mittleman, A. Moggi,, M. Mohan, S. R. P. Mohapatra, M. Montani, B. C. Moore, C. J. Moore, D., Moraru, G. Moreno, S. R. Morriss, B. Mours, C. M. Mow-Lowry, G. Mueller, A., W. Muir, Arunava Mukherjee, D. Mukherjee, S. Mukherjee, N. Mukund, A., Mullavey, J. Munch, E. A. M. Muniz, P. G. Murray, K. Napier, I. Nardecchia,, L. Naticchioni, R. K. Nayak, G. Nelemans, T. J. N. Nelson, M. Neri, M. Nery,, A. Neunzert, J. M. Newport, G. Newton, K. K. Y. Ng, T. T. Nguyen, D. Nichols,, A. B. Nielsen, S. Nissanke, A. Nitz, A. Noack, F. Nocera, D. Nolting, M. E., N. Normandin, L. K. Nuttall, J. Oberling, E. Ochsner, E. Oelker, G. H. Ogin,, J. J. Oh, S. H. Oh, F. Ohme, M. Oliver, P. Oppermann, Richard J. Oram, B., O'Reilly, R. Ormiston, L. F. Ortega, R. O'Shaughnessy, D. J. Ottaway, H., Overmier, B. J. Owen, A. E. Pace, J. Page, M. A. Page, A. Pai, S. A. Pai, J., R. Palamos, O. Palashov, C. Palomba, A. Pal-Singh, H. Pan, B. Pang, P. T. H., Pang, C. Pankow, F. Pannarale, B. C. Pant, F. Paoletti, A. Paoli, M. A. Papa,, H. R. Paris, W. Parker, D. Pascucci, A. Pasqualetti, R. Passaquieti, D., Passuello, B. Patricelli, B. L. Pearlstone, M. Pedraza, R. Pedurand, L., Pekowsky, A. Pele, S. Penn, C. J. Perez, A. Perreca, L. M. Perri, H. P., Pfeiffer, M. Phelps, O. J. Piccinni, M. Pichot, F. Piergiovanni, V. Pierro,, G. Pillant, L. Pinard, I. M. Pinto, M. Pitkin, R. Poggiani, P. Popolizio, E., K. Porter, A. Post, J. Powell, J. Prasad, J. W. W. Pratt, V. Predoi, T., Prestegard, M. Prijatelj, M. Principe, S. Privitera, R. Prix, G. A. Prodi, L., G. Prokhorov, O. Puncken, M. Punturo, P. Puppo, M. P"urrer, H. Qi, J. Qin, S., Qiu, V. Quetschke, E. A. Quintero, R. Quitzow-James, F. J. Raab, D. S., Rabeling, H. Radkins, P. Raffai, S. Raja, C. Rajan, M. Rakhmanov, K. E., Ramirez, P. Rapagnani, V. Raymond, M. Razzano, J. Read, T. Regimbau, L. Rei,, S. Reid, D. H. Reitze, H. Rew, S. D. Reyes, F. Ricci, P. M. Ricker, S., Rieger, K. Riles, M. Rizzo, N. A. Robertson, R. Robie, F. Robinet, A. Rocchi,, L. Rolland, J. G. Rollins, V. J. Roma, R. Romano, C. L. Romel, J. H. Romie,, D. Rosi'nska, M. P. Ross, S. Rowan, A. R"udiger, P. Ruggi, K. Ryan, M. Rynge,, S. Sachdev, T. Sadecki, L. Sadeghian, M. Sakellariadou, L. Salconi, M., Saleem, F. Salemi, A. Samajdar, L. Sammut, L. M. Sampson, E. J. Sanchez, V., Sandberg, B. Sandeen, J. R. Sanders, B. Sassolas, B. S. Sathyaprakash, P. R., Saulson, O. Sauter, R. L. Savage, A. Sawadsky, P. Schale, J. Scheuer, E., Schmidt, J. Schmidt, P. Schmidt, R. Schnabel, R. M. S. Schofield, A., Sch"onbeck, E. Schreiber, D. Schuette, B. W. Schulte, B. F. Schutz, S. G., Schwalbe, J. Scott, S. M. Scott, E. Seidel, D. Sellers, A. S. Sengupta, D., Sentenac, V. Sequino, A. Sergeev, D. A. Shaddock, T. J. Shaffer, A. A. Shah,, M. S. Shahriar, L. Shao, B. Shapiro, P. Shawhan, A. Sheperd, D. H. Shoemaker,, D. M. Shoemaker, K. Siellez, X. Siemens, M. Sieniawska, D. Sigg, A. D. Silva,, A. Singer, L. P. Singer, A. Singh, R. Singh, A. Singhal, A. M. Sintes, B. J., J. Slagmolen, B. Smith, J. R. Smith, R. J. E. Smith, E. J. Son, J. A., Sonnenberg, B. Sorazu, F. Sorrentino, T. Souradeep, A. P. Spencer, A. K., Srivastava, A. Staley, M. Steinke, J. Steinlechner, S. Steinlechner, D., Steinmeyer, B. C. Stephens, R. Stone, K. A. Strain, G. Stratta, S. E., Strigin, R. Sturani, A. L. Stuver, T. Z. Summerscales, L. Sun, S. Sunil, P., J. Sutton, B. L. Swinkels, M. J. Szczepa'nczyk, M. Tacca, D. Talukder, D. B., Tanner, M. T'apai, A. Taracchini, J. A. Taylor, R. Taylor, T. Theeg, E. G., Thomas, M. Thomas, P. Thomas, K. A. Thorne, K. S. Thorne, E. Thrane, S., Tiwari, V. Tiwari, K. V. Tokmakov, K. Toland, M. Tonelli, Z. Tornasi, C. I., Torrie, D. T"oyr"a, F. Travasso, G. Traylor, D. Trifir`o, J. Trinastic, M. C., Tringali, L. Trozzo, K. W. Tsang, M. Tse, R. Tso, D. Tuyenbayev, K. Ueno, D., Ugolini, C. S. Unnikrishnan, A. L. Urban, S. A. Usman, K. Vahi, H. Vahlbruch,, G. Vajente, G. Valdes, N. van Bakel, M. van Beuzekom, J. F. J. van den Brand,, C. Van Den Broeck, D. C. Vander-Hyde, L. van der Schaaf, J. V. van, Heijningen, A. A. van Veggel, M. Vardaro, V. Varma, S. Vass, M. Vas'uth, A., Vecchio, G. Vedovato, J. Veitch, P. J. Veitch, K. Venkateswara, G., Venugopalan, D. Verkindt, F. Vetrano, A. Vicer'e, A. D. Viets, S., Vinciguerra, D. J. Vine, J.-Y. Vinet, S. Vitale, T. Vo, H. Vocca, C. Vorvick,, D. V. Voss, W. D. Vousden, S. P. Vyatchanin, A. R. Wade, L. E. Wade, M. Wade,, R. Walet, M. Walker, L. Wallace, S. Walsh, G. Wang, H. Wang, J. Z. Wang, M., Wang, Y.-F. Wang, Y. Wang, R. L. Ward, J. Warner, M. Was, J. Watchi, B., Weaver, L.-W. Wei, M. Weinert, A. J. Weinstein, R. Weiss, L. Wen, E. K., Wessel, P. Wessels, T. Westphal, K. Wette, J. T. Whelan, B. F. Whiting, C., Whittle, D. Williams, R. D. Williams, A. R. Williamson, J. L. Willis, B., Willke, M. H. Wimmer, W. Winkler, C. C. Wipf, H. Wittel, G. Woan, J. Woehler,, J. Wofford, K. W. K. Wong, J. Worden, J. L. Wright, D. S. Wu, G. Wu, W. Yam,, H. Yamamoto, C. C. Yancey, M. J. Yap, Hang Yu, Haocun Yu, M. Yvert, A., Zadro.zny, M. Zanolin, T. Zelenova, J.-P. Zendri, M. Zevin, L. Zhang, M., Zhang, T. Zhang, Y.-H. Zhang, C. Zhao, M. Zhou, Z. Zhou, X. J. Zhu, M. E., Zucker, J. Zweizig, S. Suvorova, W. Moran, R. J. Evans

arXiv: 1704.03719 · 2023-03-01

## TL;DR

This study conducted a semi-coherent search for continuous gravitational waves from Scorpius X-1 using LIGO O1 data, employing a hidden Markov model to account for spin frequency wandering, but found no evidence of such waves.

## Contribution

It introduces a novel semi-coherent search method combining a matched filter with a hidden Markov model for detecting gravitational waves from low-mass X-ray binaries.

## Key findings

- No gravitational waves detected in the 60-650 Hz range.
- Upper limits on strain amplitude were established at 106 Hz.
- Upper limits are within an order of magnitude of the theoretical torque-balance limit.

## Abstract

Results are presented from a semi-coherent search for continuous gravitational waves from the brightest low-mass X-ray binary, Scorpius X-1, using data collected during the first Advanced LIGO observing run (O1). The search combines a frequency domain matched filter (Bessel-weighted $\mathcal{F}$-statistic) with a hidden Markov model to track wandering of the neutron star spin frequency. No evidence of gravitational waves is found in the frequency range 60-650 Hz. Frequentist 95% confidence strain upper limits, $h_0^{95\%} = 4.0\times10^{-25}$, $8.3\times10^{-25}$, and $3.0\times10^{-25}$ for electromagnetically restricted source orientation, unknown polarization, and circular polarization, respectively, are reported at 106 Hz. They are $\leq 10$ times higher than the theoretical torque-balance limit at 106 Hz.

## Full text

_Full body text omitted from this summary view._ Fetch the complete paper as Markdown: https://tomesphere.com/paper/1704.03719/full.md

## Figures

5 figures with captions in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1704.03719/full.md

## References

74 references — full list in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1704.03719/full.md

---
Source: https://tomesphere.com/paper/1704.03719