Tests of general relativity with the binary black hole signals from the LIGO-Virgo catalog GWTC-1

Authors: B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, S. Abraham, F. Acernese, K. Ackley, C. Adams, R. X. Adhikari, V. B. Adya, C. Affeldt, M. Agathos, K. Agatsuma, N. Aggarwal, O. D. Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, B. Allen, A. Allocca, M. Á. Aloy, P. A. Altin, A. Amato, A. Ananyeva, S. B. Anderson, W. G. Anderson, S. V. Angelova, S. Antier, S. Appert, K. Arai, M. C. Araya, J. S. Areeda, M. Arène, N. Arnaud, K. G. Arun, S. Ascenzi, G. Ashton, S. M. Aston, P. Astone, F. Aubin, P. Aufmuth, K. AultONeal, C. Austin, V. Avendano, A. Avila-Alvarez, S. Babak, P. Bacon, F. Badaracco, 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, K. Barkett, S. Barnum, F. Barone, B. Barr, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, J. Bartlett, I. Bartos, R. Bassiri, A. Basti, M. Bawaj, J. C. Bayley, M. Bazzan, B. Bécsy, M. Bejger, I. Belahcene, A. S. Bell, D. Beniwal, B. K. Berger, G. Bergmann, Sebastiano Bernuzzi, J. J. Bero, C. P. L. Berry, D. Bersanetti, A. Bertolini, J. Betzwieser, R. Bhandare, J. Bidler, I. A. Bilenko, S. A. Bilgili, G. Billingsley, J. Birch, R. Birney, O. Birnholtz, S. Biscans, S. Biscoveanu, A. Bisht, M. Bitossi, M. A. Bizouard, J. K. Blackburn, C. D. Blair, D. G. Blair, R. M. Blair, S. Bloemen, N. Bode, M. Boër, Y. Boetzel, G. Bogaert, F. Bondu, E. Bonilla, R. Bonnand, P. Booker, B. A. Boom, C. D. Booth, R. Bork, V. Boschi, S. Bose, K. Bossie, V. Bossilkov, J. Bosveld, Y. Bouffanais, A. Bozzi, C. Bradaschia, P. R. Brady, A. Bramley, M. Branchesi, J. E. Brau, M. Breschi, T. Briant, J. H. Briggs, F. Brighenti, A. Brillet, M. Brinkmann, V. Brisson, Richard Brito, P. Brockill, A. F. Brooks, D. Brown, S. Brunett, A. Buikema, T. Bulik, H. J. Bulten, A. Buonanno, D. Buskulic, M. J. Bustamante-Rosell, C. Buy, R. L. Byer, M. Cabero, L. Cadonati, G. Cagnoli, C. Cahillane, J. Calderón Bustillo, T. A. Callister, E. Calloni, J. B. Camp, William A. Campbell, M. Canepa, K. C. Cannon, H. Cao, J. Cao, C. D. Capano, E. Capocasa, F. Carbognani, S. Caride, M. F. Carney, G. Carullo, J. Casanueva Diaz, C. Casentini, S. Caudill, M. Cavaglià, F. Cavalier, R. Cavalieri, G. Cella, P. Cerdá–Durán, G. Cerretani, E. Cesarini, O. Chaibi, K. Chakravarti, S. J. Chamberlin, M. Chan, S. Chao, P. Charlton, E. A. Chase, E. Chassande‐Mottin, Deep Chatterjee, M. Chaturvedi, Katerina Chatziioannou, B. D. Cheeseboro, H. Y. Chen, X. Chen, Y. Chen, H.-P. Cheng, C. K. Cheong, H. Y. Chia, A. Chincarini, A. Chiummo, G. Cho, H. S. Cho, M. Cho, N. Christensen, Q. Chu, S. Chua, K. W. Chung, S. Chung, G. Ciani, A. A. Ciobanu, R. Ciolfi, F. Cipriano, A. Cirone, F. Clara, J. A. Clark, P. Clearwater, F. Cleva, C. Cocchieri, E. Coccia, P.-F. Cohadon, D. Cohen, R. Colgan, M. Colleoni, Christophe Collette, C. Collins, L. R. Cominsky, M. Constancio, L. Conti, S. J. Cooper, P. Corban, T. R. Corbitt, I. Cordero-Carrión, K. R. Corley, Neil J. Cornish, A. Corsi, S. Cortese, C. A. Costa, R. Cotesta, 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, J. D. E. Creighton, J. Cripe, M. Croquette, S. G. Crowder, T. J. Cullen, A. Cumming, L. Cunningham, E. Cuoco, T. Dal Canton, G. Dálya, S. L. Danilishin, S. D’Antonio, K. Danzmann, Arnab Dasgupta, C. F. Da Silva Costa, L. E. H. Datrier, V. Dattilo, I. Dave, M. Davier, D. Davis, E. J. Daw, D. DeBra, M. Deenadayalan, J. Degallaix, M. De Laurentis, S. Deléglise, W. Del Pozzo, L. M. DeMarchi, N. Demos, T. Dent, R. De Pietri, J. Derby, R. De Rosa, C. De Rossi, R. DeSalvo, O. de Varona, S. Dhurandhar, M. C. Díaz, Tim Dietrich, L. Di Fiore, M. Di Giovanni, T. Di Girolamo, A. Di Lieto, B. Ding, S. Di Pace, I. Di Palma, F. Di Renzo, A. Dmitriev, Z. Doctor, F. Donovan, K. L. Dooley, S. Doravari, I. Dorrington, T. P. Downes, M. Drago, J. C. Driggers, Zhihui Du, J.-G. Ducoin, P. Dupej, S. E. Dwyer, P. J. Easter, T. B. Edo, M. C. Edwards, A. Effler, P. Ehrens, J. Eichholz, S. S. Eikenberry, M. Eisenmann, R. A. Eisenstein, R. C. Essick, H. Estellés, D. Estevez, Z. B. Etienne, T. Etzel, M. Evans, T. M. Evans, V. Fafone, H. Fair, S. Fairhurst, X. Fan, S. Farinon, B. Farr, Will M. Farr, E. J. Fauchon-Jones, M. Favata, M. Fays, M. Fazio, C. Fee, J. Feicht, M. M. Fejer, Fan Feng, A. Fernandez-Galiana, I. Ferrante, E. C. Ferreira, T. A. Ferreira, F. Ferrini, F. Fidecaro, I. Fiori, D. Fiorucci, M. Fishbach, R. P. Fisher, J. M. Fishner, M. Fitz-Axen, R. Flaminio, M. Fletcher, E. Flynn, H. Fong, José A. Font, P. W. F. Forsyth, J.-D. Fournier, S. Frasca, F. Frasconi, Z. Frei, A. Freise, R. Frey, R. Frey, P. Fritschel, V. V. Frolov, P. Fulda, M. Fyffe, H. A. Gabbard, B. U. Gadre, S. M. Gaebel, J. R. Gair, L. Gammaitoni, M. R. Ganija, S. G. Gaonkar, C. García-Quirós, C. García-Quirós, F. Garufi, B. Gateley, S. Gaudio, G. Gaur, V. Gayathri, G. Gemme, E. Genin, A. Gennai, D. George, J. George, L. Gergely, V. Germain, S. Ghonge, Abhirup Ghosh, Archisman Ghosh, S. Ghosh, Bruno Giacomazzo, J. A. Giaime, K. D. Giardina, A. Giazotto, K. Gill, G. Giordano, L. Glover, P. Godwin, E. Goetz, E. Goetz, B. Goncharov, G. González, 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, P. Grassia, C. Gray, R. Gray, G. Greco, A. C. Green, R. Green, E. M. Gretarsson, P. Groot, H. Grote, S. Grünewald, P. Grüning, G. M. Guidi, H. K. Gulati, Y. Guo, Anchal Gupta, Manoj Gupta, E. K. Gustafson, R. Gustafson, L. Haegel, O. Halim, E. D. Hall, E. D. Hall, E. Z. Hamilton, G. Hammond, M. Haney, M. M. Hanke, J. Hanks, C. Hanna, M. D. Hannam, O. A. Hannuksela, J. Hanson, T. Hardwick, K. Haris, J. Harms, I. W. Harry, I. W. Harry, C.‐J. Haster, K. Haughian, F. J. Hayes, J. Healy, A. Heidmann, M. C. Heintze, H. Heitmann, P. Hello, G. Hemming, M. Hendry, I. S. Heng, J. Hennig, A. W. Heptonstall, F. Hernandez Vivanco, M. Heurs, S. Hild, Tanja Hinderer, D. Hoak, S. Hochheim, D. Hofman, A. M. Holgado, N. A. Holland, K. Holt, D. E. Holz, Philip F. Hopkins, C. Horst, J. Hough, E. J. Howell, C. G. Hoy, A. Hreibi, E. A. Huerta, D. Huet, B. Hughey, M. Hulko, S. Husa, S. H. Huttner, T. Huynh–Dinh, B. Idźkowski, A. Iess, C. Ingram, R. Inta, G. Intini, B. Irwin, H. N. Isa, J.-M. Isac, M. Isi, B. R. Iyer, K. Izumi, T. Jacqmin, S. J. Jadhav, K. Jani, N. N. Janthalur, P. Jaranowski, A. C. Jenkins, J. Jiang, D. S. Johnson, Nathan K. Johnson-McDaniel, A. W. Jones, D. I. Jones, R. W. L. Jones, R. J. G. Jonker, L. Ju, J. Junker, C. V. Kalaghatgi, V. Kalogera, B. Kamai, S. Kandhasamy, G. Kang, J. B. Kanner, S. J. Kapadia, S. Karki, K. S. Karvinen, Rahul Kashyap, M. Kasprzack, S. Katsanevas, E. Katsavounidis, W. Katzman, S. Kaufer, K. Kawabe, N. V. Keerthana, F. Kéfélian, D. Keitel, R. Kennedy, J. S. Key, F. Y. Khalili, H. Khan, I. Khan, S. Khan, Z. Khan, Е. А. Хазанов, M. Khursheed, N. Kijbunchoo, Chunglee Kim, J. C. Kim, K. Kim, W. Kim, W. S. Kim, Y.-M. Kim, C. Kimball, E. J. King, Peter King, M. Kinley-Hanlon, R. Kirchhoff, J. S. Kissel, L. Kleybolte, J. H. Klika, S. Klimenko, T. D. Knowles, P. Koch, S. M. Koehlenbeck, G. Koekoek, S. Koley, V. Kondrashov, A. Kontos, N. Koper, M. Korobko, W. Z. Korth, I. Kowalska, D. B. Kozak, V. Kringel, N. V. Krishnendu, A. Królak, A. Królak, A. Kumar, P. Kumar, S. Kumar, S. Kumar, L. Kuo, A. Kutynia, S. Kwang, B. D. Lackey, K. H. Lai, T. L. Lam, M. Landry, B. B. Lane, 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, Y. K. Lecoeuche, Chang‐Hwan Lee, H. K. Lee, Hyung Mok Lee, H. W. Lee, J. Lee, K. Lee, J. Lehmann, A. Lenon, N. Leroy, N. Letendre, Y. Levin, J. Li, K. J. L. Li, T. G. F. Li, X. Li, F. Lin, F. Linde, S. D. Linker, T. B. Littenberg, J. Liu, X. Liu, R. K. L. Lo, N. A. Lockerbie, L. T. London, A. Longo, M. Lorenzini, V. Loriette, M. Lormand, G. Losurdo, J. D. Lough, C. O. Loustó, Geoffrey Lovelace, M. E. Lower, H. Lück, D. Lumaca, A. P. Lundgren, R. Lynch, Y. Ma, R. Macas, S. Macfoy, M. MacInnis, D. M. Macleod, A. Macquet, F. Magaña‐Sandoval, L. Magaña Zertuche, R. M. Magee, E. Majorana, I. Maksimovic, A. Malik, N. Man, V. Mandic, V. Mangano, G. L. Mansell, M. Manske, M. Mantovani, F. Marchesoni, F. Marion, Szabolcs Márka, Z. Márka, C. Markakis, A. S. Markosyan, A. Markowitz, E. Maros, Antonio Marquina, S. Marsat, F. Martelli, I. W. Martin, R. M. Martin, Д. В. Мартынов, K. Mason, E. Massera, A. Masserot, T. J. Massinger, M. Masso‐Reid, S. Mastrogiovanni, A. Matas, F. Matichard, L. Matone, N. Mavalvala, N. Mazumder, J. J. McCann, R. McCarthy, D. E. McClelland, S. McCormick, L. McCuller, S. C. McGuire, J. McIver, D. J. McManus, T. McRae, S. T. McWilliams, D. Meacher, G. D. Meadors, M. Mehmet, A. K. Mehta, J. Meidam, A. Melatos, G. Mendell, R. A. Mercer, L. Mereni, E. L. Merilh, M. Merzougui, S. Meshkov, C. Messenger, C. Messick, R. Metzdorff, P. M. Meyers, H. Miao, C. Michel, H. Middleton, Е. Е. Михайлов, L. Milano, A. L. Miller, A. L. Miller, M. Millhouse, J. C. Mills, M. C. Milovich-Goff, O. Minazzoli, Y. Minenkov, A. Mishkin, C. Mishra, T. Mistry, S. Mitra, V. P. Mitrofanov, G. Mitselmakher, R. Mittleman, G. Mo, D. Moffa, K. Mogushi, M. Mondin, M. Montani, C. J. Moore, D. Moraru, G. Moreno, S. Morisaki, B. Mours, C. M. Mow–Lowry, Arunava Mukherjee, D. Mukherjee, Suvodip Mukherjee, N. Mukund, A. Mullavey, J. Münch, E. A. Muñiz, M. Muratore, P. G. Murray, A. Nagar, I. Nardecchia, L. Naticchioni, R. K. Nayak, J. Neilson, G. Nelemans, T. J. N. Nelson, M. Nery, A. Neunzert, K. Y. Ng, S. Ng, P. Nguyen, David A. Nichols, A. B. Nielsen, S. Nissanke, A. Nitz, F. Nocera, C. North, L. K. Nuttall, M. Obergaulinger, J. Oberling, P. T. O’Brien, G. D. O’Dea, G. H. Ogin, J. J. Oh, S. H. Oh, F. Ohme, H. Ohta, M. A. Okada, M. Oliver, P. Oppermann, Richard J. Oram, B. O’Reilly, R. G. Ormiston, L. F. Ortega, R. O’Shaughnessy, Serguei Ossokine, D. J. Ottaway, H. Overmier, B. J. Owen, A. E. Pace, G. Pagano, M. A. Page, A. Pai, S. A. Pai, J. R. Palamos, O. Palashov, C. Palomba, A. Pal‐Singh, Huang-Wei Pan, B. Pang, P. T. H. Pang, C. Pankow, F. Pannarale, B. C. Pant, F. Paoletti, A. Paoli, A. Parida, W. Parker, D. Pascucci, A. Pasqualetti, R. Passaquieti, D. Passuello, M. Patil, B. Patricelli, B. L. Pearlstone, C. Pedersen, M. Pedraza, R. Pedurand, A. Pele, S. Penn, C. J. Perez, A. Perreca, Harald Pfeiffer, M. Phelps, K. S. Phukon, O. J. Piccinni, M. Pichot, F. Piergiovanni, G. Pillant, L. Pinard, M. Pirello, M. Pitkin, R. Poggiani, D. Y. T. Pong, S. Ponrathnam, P. Popolizio, E. K. Porter, J. Powell, A. K. Prajapati, J. Prasad, K. Prasai, R. Prasanna, G. Pratten, T. Prestegard, S. Privitera, G. A. Prodi, L. Prokhorov, O. Puncken, M. Punturo, P. Puppo, M. Pürrer, H. Qi, V. Quetschke, P. J. Quinonez, E. A. Quintero, R. Quitzow-James, F. J. Raab, H. Radkins, N. Rădulescu, P. Raffai, S. Raja, C. Rajan, B. Rajbhandari, M. Rakhmanov, K. E. Ramirez, A. Ramos-Buades, J. Rana, K. Rao, P. Rapagnani, V. Raymond, M. Razzano, J. Read, T. Regimbau, L. Rei, S. Reid, D. H. Reitze, W. Ren, F. Ricci, C. J. Richardson, J. W. Richardson, P. M. Ricker, K. Riles, M. Rizzo, N. A. Robertson, R. Robie, F. Robinet, A. Rocchi, L. Rolland, J. G. Rollins, V. J. Roma, M. Romanelli, R. Romano, C. L. Romel, J. H. Romie, K. Rose, D. Rosińska, S. G. Rosofsky, M. P. Ross, S. Rowan, A. Rüdiger, P. Ruggi, G. Rutins, K. Ryan, S. Sachdev, T. Sadecki, Mairi Sakellariadou, L. Salconi, M. Saleem, A. Samajdar, L. Sammut, E. J. Sanchez, L. E. Sanchez, N. Sanchis-Gual, V. Sandberg, J. R. Sanders, K. A. Santiago, Nikhil Sarin, B. Sassolas, B. S. Sathyaprakash, P. R. Saulson, O. Sauter, R. L. Savage, P. Schale, M. Scheel, Jacob Scheuer, P. Schmidt, R. Schnabel, R. M. S. Schofield, A. Schönbeck, E. Schreiber, B. W. Schulte, B. F. Schutz, S. G. Schwalbe, J. Scott, S. M. Scott, E. Seidel, D. Sellers, A. S. Sengupta, N. Sennett, D. Sentenac, V. Sequino, A. Sergeev, Y. Setyawati, D. A. Shaddock, T. Shaffer, M. S. Shahriar, M. B. Shaner, Lijing Shao, P. Sharma, P. Shawhan, H. Shen, R. Shink, D. H. Shoemaker, D. M. Shoemaker, S. ShyamSundar, K. Siellez, M. Sieniawska, D. Sigg, A. D. Silva, L. P. Singer, N. Singh, A. Singhal, A. M. Sintes, S. Sitmukhambetov, V. Skliris, B. J. J. Slagmolen, T. J. Slaven-Blair, J. R. Smith, R. J. E. Smith, S. Somala, E. J. Son, B. Sorazu, F. Sorrentino, T. Souradeep, E. Sowell, A. P. Spencer, A. K. Srivastava, V. Srivastava, K. Staats, C. Stachie, M. Standke, D. A. Steer, M. Steinke, J. Steinlechner, S. Steinlechner, D. Steinmeyer, S. P. Stevenson, D. Stocks, R. Stone, D. J. Stops, K. A. Strain, G. Stratta, S. E. Strigin, A. Strunk, R. Sturani, A. L. Stuver, V. Sudhir, T. Z. Summerscales, L. Sun, L. Sun, J. Suresh, P. J. Sutton, B. L. Swinkels, M. J. Szczepańczyk, M. Tacca, S. C. Tait, C. Talbot, D. Talukder, D. B. Tanner, M. Tápai, A. Taracchini, J. D. Tasson, R. Taylor, F. Thies, M. Thomas, P. Thomas, S. R. Thondapu, K. A. Thorne, E. Thrane, Shubhanshu Tiwari, Srishti Tiwari, V. Tiwari, K. Toland, M. Tonelli, Z. Tornasi, A. Torres-Forné, C. I. Torrie, D. Töyrä, F. Travasso, G. Traylor, M. C. Tringali, A. Trovato, L. Trozzo, R. Trudeau, K. W. Tsang, M. Tse, R. Tso, Leo Tsukada, D. Tsuna, D. Tuyenbayev, K. Ueno, D. Ugolini, B. Krishnan, A. L. Urban, S. A. Usman, H. Vahlbruch, G. Vajente, G. Valdés, N. van Bakel, M. van Beuzekom, J. F. J. van den Brand, C. Van Den Broeck, D. C. Vander‐Hyde, J. V. van Heijningen, L. van der Schaaf, A. A. van Veggel, M. Vardaro, Vijay Varma, S. Vass, M. Vasúth, A. Vecchio, G. Vedovato, J. Veitch, P. J. Veitch, K. Venkateswara, G. Venugopalan, D. Verkindt, F. Vetrano, A. Viceré, A. D. Viets, D. J. Vine, J.-Y. Vinet, S. Vitale, T. Vo, H. Vocca, C. Vorvick, S. P. Vyatchanin, A. R. Wade, L. E. Wade, M. Wade, Robert M. Wald, R. Walet, M. Walker, L. Wallace, S. Walsh, G. Wang, H. Wang, J. Z. Wang, W. H. Wang, Y. F. Wang, R. L. Ward, Z. A. Warden, J. Warner, M. Wąs, J. Watchi, B. Weaver, L.‐W. Wei, M. Weinert, A. J. Weinstein, R. Weiss, F. Wellmann, L. Wen, E. K. Wessel, P. Weßels, J. W. Westhouse, K. Wette, J. T. Whelan, B. F. Whiting, C. Whittle, D. M. Wilken, D. R. Williams, A. R. Williamson, J. L. Willis, B. Willke, M. H. Wimmer, W. Winkler, C. C. Wipf, H. Wittel, G. Woan, J. Woehler, J. K. Wofford, J. Worden, J. L. Wright, D. S. Wu, D. M. Wysocki, S. Xiao, H. Yamamoto, C. C. Yancey, L. Yang, M. J. Yap, M. Yazback, D. W. Yeeles, Hang Yu, Haocun Yu, S. H. R. Yuen, M. Yvert, A. K. Zadrożny, M. Zanolin, T. Zelenova, J.‐P. Zendri, M. Zevin, J. Zhang, L. Zhang, T. Zhang, C. Zhao, M. Zhou, Z. Zhou, X. J. Zhu, Aaron Zimmerman, M. E. Zucker, J. Zweizig - Physical review. D/Physical review. D. 2019 cited by 821

The detection of gravitational waves by Advanced LIGO and Advanced Virgo provides an opportunity to test general relativity in a regime that is inaccessible to traditional astronomical observations and laboratory tests. We present four tests of the consistency of the data with binary black hole gravitational waveforms predicted by general relativity. One test subtracts the best-fit waveform from the data and checks the consistency of the residual with detector noise. The second test checks the consistency of the low- and high-frequency parts of the observed signals. The third test checks that phenomenological deviations introduced in the waveform model (including in the post-Newtonian coefficients) are consistent with 0. The fourth test constrains modifications to the propagation of gravitational waves due to a modified dispersion relation, including that from a massive graviton. We present results both for individual events and also results obtained by combining together particularly strong events from the first and second observing runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo, as collected in the catalog GWTC-1. We do not find any inconsistency of the data with the predictions of general relativity and improve our previously presented combined constraints by factors of 1.1 to 2.5. In particular, we bound the mass of the graviton to be ${m}_{g}\ensuremath{\le}4.7\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}23}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}/{c}^{2}$ (90% credible level), an improvement of a factor of 1.6 over our previously presented results. Additionally, we check that the four gravitational-wave events published for the first time in GWTC-1 do not lead to stronger constraints on alternative polarizations than those published previously.