Prospects for observing and localizing gravitational-wave transients with Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA
Authors:   KAGRA Collaboration, LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, 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. , Akutsu T. , Allen B. , Allocca A. , Altin P. A. , Ananyeva A. , Anderson S. B. , Anderson W. G. , Ando M. , Appert S. , Arai K. , Araya A. , Araya M. C. , Areeda J. S. , Arnaud N. , Arun K. G. , Asada H. , Ascenzi S. , Ashton G. , Aso Y. , Ast M. , Aston S. M. , Astone P. , Atsuta S. , Aufmuth P. , Aulbert C. , Avila-Alvarez A. , Awai K. , Babak S. , Bacon P. , Bader M. K. M. , Baiotti L. , 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. , Barton M. A. , Bartos I. , Bassiri R. , Basti A. , Batch J. C. , Baune C. , Bavigadda V. , Bazzan M. , Bécsy B. , Beer C. , Bejger M. , Belahcene I. , Belgin M. , Bell A. S. , Berger B. K. , Bergmann G. , Berry C. P. L. , Bersanetti D. , Bertolini A. , Betzwieser J. , Bhagwat S. , Bhandare R. , Bilenko I. A. , Billingsley G. , Billman C. R. , Birch J. , Birney R. , Birnholtz O. , Biscans S. , Bisht A. , Bitossi M. , Biwer C. , Bizouard M. A. , Blackburn J. K. , Blackman J. , Blair C. D. , Blair D. G. , Blair R. M. , Bloemen S. , Bock O. , Boer M. , Bogaert G. , Bohe A. , 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. , Broida J. E. , Brooks A. F. , Brown D. A. , Brown D. D. , Brown N. M. , Brunett S. , Buchanan C. C. , Buikema A. , Bulik T. , Bulten H. J. , Buonanno A. , Buskulic D. , Buy C. , Byer R. L. , Cabero M. , Cadonati L. , Cagnoli G. , Cahillane C. , Calderón Bustillo J. , Callister T. A. , Calloni E. , Camp J. B. , Cannon K. C. , Cao H. , Cao J. , Capano C. D. , Capocasa E. , Carbognani F. , Caride S. , Casanueva Diaz J. , Casentini C. , Caudill S. , Cavaglià M. , Cavalier F. , Cavalieri R. , Cella G. , Cepeda C. B. , Cerboni Baiardi L. , Cerretani G. , Cesarini E. , Chamberlin S. J. , Chan M. , Chao S. , Charlton P. , Chassande-Mottin E. , Cheeseboro B. D. , Chen H. Y. , Chen Y. , Cheng H.-P. , Chincarini A. , Chiummo A. , Chmiel T. , Cho H. S. , Cho M. , Chow J. H. , Christensen N. , Chu Q. , Chua A. J. K. , Chua S. , Chung S. , Ciani G. , Clara F. , Clark J. A. , Cleva F. , Cocchieri C. , Coccia E. , Cohadon P.-F. , Colla A. , Collette C. G. , Cominsky L. , Constancio M. , Conti L. , Cooper S. J. , Corbitt T. R. , Cornish N. , Corsi A. , Cortese S. , Costa C. A. , Coughlin M. W. , Coughlin S. B. , Coulon J.-P. , Countryman S. T. , Couvares P. , Covas P. B. , Cowan E. E. , Coward D. M. , Cowart M. J. , Coyne D. C. , Coyne R. , Creighton J. D. E. , Creighton T. D. , Cripe J. , Crowder S. G. , Cullen T. J. , Cumming A. , Cunningham L. , Cuoco E. , Canton T. Dal , Danilishin S. L. , D’Antonio S. , Danzmann K. , Dasgupta A. , Da Silva Costa C. F. , Dattilo V. , Dave I. , Davier M. , Davies G. S. , Davis D. , Daw E. J. , Day B. , Day R. , De S. , DeBra D. , Debreczeni G. , Degallaix J. , De Laurentis M. , Deléglise S. , Del Pozzo W. , Denker T. , Dent T. , Dergachev V. , De Rosa R. , DeRosa R. T. , DeSalvo R. , Devine R. C. , Dhurandhar S. , Díaz M. C. , Fiore L. Di , Giovanni M. Di , Girolamo T. Di , Lieto A. Di , Pace S. Di , Palma I. Di , Virgilio A. Di , Doctor Z. , Doi K. , Dolique V. , Donovan F. , Dooley K. L. , Doravari S. , Dorrington I. , Douglas R. , Dovale Álvarez M. , Downes T. P. , Drago M. , Drever R. W. P. , Driggers J. C. , Du Z. , Ducrot M. , Dwyer S. E. , Eda K. , Edo T. B. , Edwards M. C. , Effler A. , Eggenstein H.-B. , Ehrens P. , Eichholz J. , Eikenberry S. S. , Eisenstein R. A. , Essick R. C. , Etienne Z. , Etzel T. , Evans M. , Evans T. M. , Everett R. , Factourovich M. , Fafone V. , Fair H. , Fairhurst S. , Fan X. , Farinon S. , Farr B. , Farr W. M. , Fauchon-Jones E. J. , Favata M. , Fays M. , Fehrmann H. , Fejer M. M. , Fernández Galiana A. , Ferrante I. , Ferreira E. C. , Ferrini F. , Fidecaro F. , Fiori I. , Fiorucci D. , Fisher R. P. , Flaminio R. , Fletcher M. , Fong H. , Forsyth S. S. , Fournier J.-D. , Frasca S. , Frasconi F. , Frei Z. , Freise A. , Frey R. , Frey V. , Fries E. M. , Fritschel P. , Frolov V. V. , Fujii Y. , Fujimoto M.-K. , Fulda P. , Fyffe M. , Gabbard H. , Gadre B. U. , Gaebel S. M. , Gair J. R. , Gammaitoni L. , Gaonkar S. G. , Garufi F. , Gaur G. , Gayathri V. , Gehrels N. , Gemme G. , Genin E. , Gennai A. , George J. , Gergely L. , Germain V. , Ghonge S. , Ghosh Abhirup , Ghosh Archisman , Ghosh S. , Giaime J. A. , Giardina K. D. , Giazotto A. , Gill K. , Glaefke A. , Goetz E. , Goetz R. , Gondan L. , González G. , Gonzalez Castro J. M. , Gopakumar A. , Gorodetsky M. L. , Gossan S. E. , Gosselin M. , Gouaty R. , Grado A. , Graef C. , Granata M. , Grant A. , Gras S. , Gray C. , Greco G. , Green A. C. , Groot P. , Grote H. , Grunewald S. , Guidi G. M. , Guo X. , Gupta A. , Gupta M. K. , Gushwa K. E. , Gustafson E. K. , Gustafson R. , Hacker J. J. , Hagiwara A. , Hall B. R. , Hall E. D. , Hammond G. , Haney M. , Hanke M. M. , Hanks J. , Hanna C. , Hannam M. D. , Hanson J. , Hardwick T. , Harms J. , Harry G. M. , Harry I. W. , Hart M. J. , Hartman M. T. , Haster C.-J. , Haughian K. , Hayama K. , Healy J. , Heidmann A. , Heintze M. C. , Heitmann H. , Hello P. , Hemming G. , Hendry M. , Heng I. S. , Hennig J. , Henry J. , Heptonstall A. W. , Heurs M. , Hild S. , Hirose E. , Hoak D. , Hofman D. , Holt K. , Holz D. E. , Hopkins P. , Hough J. , Houston E. A. , Howell E. J. , Hu Y. M. , Huerta E. A. , Huet D. , Hughey B. , Husa S. , Huttner S. H. , Huynh-Dinh T. , Indik N. , Ingram D. R. , Inta R. , Ioka K. , Isa H. N. , Isac J.-M. , Isi M. , Isogai T. , Itoh Y. , Iyer B. R. , Izumi K. , Jacqmin T. , Jani K. , Jaranowski P. , Jawahar S. , Jiménez-Forteza F. , Johnson W. W. , Jones D. I. , Jones R. , Jonker R. J. G. , Ju L. , Junker J. , Kagawa T. , Kajita T. , Kakizaki M. , Kalaghatgi C. V. , Kalogera V. , Kamiizumi M. , Kanda N. , Kandhasamy S. , Kanemura S. , Kaneyama M. , Kang G. , Kanner J. B. , Karki S. , Karvinen K. S. , Kasprzack M. , Kataoka Y. , Katsavounidis E. , Katzman W. , Kaufer S. , Kaur T. , Kawabe K. , Kawai N. , Kawamura S. , Kéfélian F. , Keitel D. , Kelley D. B. , Kennedy R. , Key J. S. , Khalili F. Y. , Khan I. , Khan S. , Khan Z. , Khazanov E. A. , Kijbunchoo N. , Kim C. , Kim H. , Kim J. C. , Kim J. , Kim W. , Kim Y.-M. , Kimbrell S. J. , Kimura N. , King E. J. , King P. J. , Kirchhoff R. , Kissel J. S. , Klein B. , Kleybolte L. , Klimenko S. , Koch P. , Koehlenbeck S. M. , Kojima Y. , Kokeyama K. , Koley S. , Komori K. , Kondrashov V. , Kontos A. , Korobko M. , Korth W. Z. , Kotake K. , Kowalska I. , Kozak D. B. , Krämer C. , Kringel V. , Krishnan B. , Królak A. , Kuehn G. , Kumar P. , Kumar Rahul , Kumar Rakesh , Kuo L. , Kuroda K. , Kutynia A. , Kuwahara Y. , Lackey B. D. , Landry M. , Lang R. N. , Lange J. , Lantz B. , Lanza R. K. , Lartaux-Vollard A. , Lasky P. D. , Laxen M. , Lazzarini A. , Lazzaro C. , Leaci P. , Leavey S. , Lebigot E. O. , Lee C. H. , Lee H. K. , Lee H. M. , Lee H. W. , Lee K. , Lehmann J. , Lenon A. , Leonardi M. , Leong J. R. , Leroy N. , Letendre N. , Levin Y. , Li T. G. F. , Libson A. , Littenberg T. B. , Liu J. , Lockerbie N. A. , Lombardi A. L. , London L. T. , Lord J. E. , Lorenzini M. , Loriette V. , Lormand M. , Losurdo G. , Lough J. D. , Lousto C. O. , Lovelace G. , Lück H. , Lundgren A. P. , Lynch R. , Ma Y. , Macfoy S. , Machenschalk B. , MacInnis M. , Macleod D. M. , Magaña-Sandoval F. , Majorana E. , Maksimovic I. , Malvezzi V. , Man N. , Mandic V. , Mangano V. , Mano S. , Mansell G. L. , Manske M. , Mantovani M. , Marchesoni F. , Marchio M. , Marion F. , Márka S. , Márka Z. , Markosyan A. S. , Maros E. , Martelli F. , Martellini L. , Martin I. W. , Martynov D. V. , Mason K. , Masserot A. , Massinger T. J. , Masso-Reid M. , Mastrogiovanni S. , Matichard F. , Matone L. , Matsumoto N. , Matsushima F. , Mavalvala N. , Mazumder N. , McCarthy R. , McClelland D. E. , McCormick S. , McGrath C. , McGuire S. C. , McIntyre G. , McIver J. , McManus D. J. , McRae T. , McWilliams S. T. , Meacher D. , Meadors G. D. , Meidam J. , Melatos A. , Mendell G. , Mendoza-Gandara D. , Mercer R. A. , Merilh E. L. , Merzougui M. , Meshkov S. , Messenger C. , Messick C. , Metzdorff R. , Meyers P. M. , Mezzani F. , Miao H. , Michel C. , Michimura Y. , Middleton H. , Mikhailov E. E. , Milano L. , Miller A. L. , Miller A. , Miller B. B. , Miller J. , Millhouse M. , Minenkov Y. , Ming J. , Mirshekari S. , Mishra C. , Mitrofanov V. P. , Mitselmakher G. , Mittleman R. , Miyakawa O. , Miyamoto A. , Miyamoto T. , Miyoki S. , Moggi A. , Mohan M. , Mohapatra S. R. P. , Montani M. , Moore B. C. , Moore C. J. , Moraru D. , Moreno G. , Morii W. , Morisaki S. , Moriwaki Y. , Morriss S. R. , Mours B. , Mow-Lowry C. M. , Mueller G. , Muir A. W. , Mukherjee Arunava , Mukherjee D. , Mukherjee S. , Mukund N. , Mullavey A. , Munch J. , Muniz E. A. M. , Murray P. G. , Mytidis A. , Nagano S. , Nakamura K. , Nakamura T. , Nakano H. , Nakano Masaya , Nakano Masayuki , Nakao K. , Napier K. , Nardecchia I. , Narikawa T. , Naticchioni L. , Nelemans G. , Nelson T. J. N. , Neri M. , Nery M. , Neunzert A. , Newport J. M. , Newton G. , Nguyen T. T. , Ni W.-T. , Nielsen A. B. , Nissanke S. , Nitz A. , Noack A. , Nocera F. , Nolting D. , Normandin M. E. N. , Nuttall L. K. , Oberling J. , Ochsner E. , Oelker E. , Ogin G. H. , Oh J. J. , Oh S. H. , Ohashi M. , Ohishi N. , Ohkawa M. , Ohme F. , Okutomi K. , Oliver M. , Ono K. , Ono Y. , Oohara K. , Oppermann P. , Oram Richard J. , O’Reilly B. , O’Shaughnessy R. , Ottaway D. J. , Overmier H. , Owen B. J. , Pace A. E. , Page J. , Pai A. , Pai S. A. , Palamos J. R. , Palashov O. , Palomba C. , Pal-Singh A. , Pan H. , Pankow C. , Pannarale F. , Pant B. C. , Paoletti F. , Paoli A. , Papa M. A. , Paris H. R. , Parker W. , Pascucci D. , Pasqualetti A. , Passaquieti R. , Passuello D. , Patricelli B. , Pearlstone B. L. , Pedraza M. , Pedurand R. , Pekowsky L. , Pele A. , Peña Arellano F. E. , Penn S. , Perez C. J. , Perreca A. , Perri L. M. , Pfeiffer H. P. , Phelps M. , Piccinni O. J. , Pichot M. , Piergiovanni F. , Pierro V. , Pillant G. , Pinard L. , Pinto I. M. , Pitkin M. , Poe M. , Poggiani R. , Popolizio P. , Post A. , Powell J. , Prasad J. , Pratt J. W. W. , Predoi V. , Prestegard T. , Prijatelj M. , Principe M. , Privitera S. , Prodi G. A. , Prokhorov L. G. , Puncken O. , Punturo M. , Puppo P. , Pürrer M. , Qi H. , Qin J. , Qiu S. , Quetschke V. , Quintero E. A. , Quitzow-James R. , Raab F. J. , Rabeling D. S. , Radkins H. , Raffai P. , Raja S. , Rajan C. , Rakhmanov M. , Rapagnani P. , Raymond V. , Razzano M. , Re V. , Read J. , Regimbau T. , Rei L. , Reid S. , Reitze D. H. , Rew H. , Reyes S. D. , Rhoades E. , Ricci F. , Riles K. , Rizzo M. , Robertson N. A. , Robie R. , Robinet F. , Rocchi A. , Rolland L. , Rollins J. G. , Roma V. J. , Romano R. , Romie J. H. , Rosińska D. , Rowan S. , Rüdiger A. , Ruggi P. , Ryan K. , Sachdev S. , Sadecki T. , Sadeghian L. , Sago N. , Saijo M. , Saito Y. , Sakai K. , Sakellariadou M. , Salconi L. , Saleem M. , Salemi F. , Samajdar A. , Sammut L. , Sampson L. M. , Sanchez E. J. , Sandberg V. , Sanders J. R. , Sasaki Y. , Sassolas B. , Sathyaprakash B. S. , Sato S. , Sato T. , Saulson P. R. , Sauter O. , Savage R. L. , Sawadsky A. , Schale P. , Scheuer J. , Schmidt E. , Schmidt J. , Schmidt P. , Schnabel R. , Schofield R. M. S. , Schönbeck A. , Schreiber E. , Schuette D. , Schutz B. F. , Schwalbe S. G. , Scott J. , Scott S. M. , Sekiguchi T. , Sekiguchi Y. , Sellers D. , Sengupta A. S. , Sentenac D. , Sequino V. , Sergeev A. , Setyawati Y. , Shaddock D. A. , Shaffer T. J. , Shahriar M. S. , Shapiro B. , Shawhan P. , Sheperd A. , Shibata M. , Shikano Y. , Shimoda T. , Shoda A. , Shoemaker D. H. , Shoemaker D. M. , Siellez K. , Siemens X. , Sieniawska M. , Sigg D. , Silva A. D. , Singer A. , Singer L. P. , Singh A. , Singh R. , Singhal A. , Sintes A. M. , Slagmolen B. J. J. , Smith B. , Smith J. R. , Smith R. J. E. , Somiya K. , Son E. J. , Sorazu B. , Sorrentino F. , Souradeep T. , Spencer A. P. , Srivastava A. K. , Staley A. , Steinke M. , Steinlechner J. , Steinlechner S. , Steinmeyer D. , Stephens B. C. , Stevenson S. P. , Stone R. , Strain K. A. , Straniero N. , Stratta G. , Strigin S. E. , Sturani R. , Stuver A. L. , Sugimoto Y. , Summerscales T. Z. , Sun L. , Sunil S. , Sutton P. J. , Suzuki T. , Swinkels B. L. , Szczepańczyk M. J. , Tacca M. , Tagoshi H. , Takada S. , Takahashi H. , Takahashi R. , Takamori A. , Talukder D. , Tanaka H. , Tanaka K. , Tanaka T. , Tanner D. B. , Tápai M. , Taracchini A. , Tatsumi D. , Taylor R. , Telada S. , Theeg T. , Thomas E. G. , Thomas M. , Thomas P. , Thorne K. A. , Thrane E. , Tippens T. , Tiwari S. , Tiwari V. , Tokmakov K. V. , Toland K. , Tomaru T. , Tomlinson C. , Tonelli M. , Tornasi Z. , Torrie C. I. , Töyrä D. , Travasso F. , Traylor G. , Trifirò D. , Trinastic J. , Tringali M. C. , Trozzo L. , Tse M. , Tso R. , Tsubono K. , Tsuzuki T. , Turconi M. , Tuyenbayev D. , Uchiyama T. , Uehara T. , Ueki S. , Ueno K. , Ugolini D. , Unnikrishnan C. S. , Urban A. L. , Ushiba T. , Usman S. A. , Vahlbruch H. , Vajente G. , Valdes G. , van Bakel N. , van Beuzekom M. , van den Brand J. F. J. , Van Den Broeck C. , Vander-Hyde D. C. , van der Schaaf L. , van Heijningen J. V. , van Putten M. H. P. M. , van Veggel A. A. , Vardaro M. , Varma V. , Vass S. , Vasúth M. , Vecchio A. , Vedovato G. , Veitch J. , Veitch P. J. , Venkateswara K. , Venugopalan G. , Verkindt D. , Vetrano F. , Viceré A. , Viets A. D. , Vinciguerra S. , Vine D. J. , Vinet J.-Y. , Vitale S. , Vo T. , Vocca H. , Vorvick C. , Voss D. V. , Vousden W. D. , Vyatchanin S. P. , Wade A. R. , Wade L. E. , Wade M. , Wakamatsu T. , Walker M. , Wallace L. , Walsh S. , Wang G. , Wang H. , Wang M. , Wang Y. , Ward R. L. , Warner J. , Was M. , Watchi J. , Weaver B. , Wei L.-W. , Weinert M. , Weinstein A. J. , Weiss R. , Wen L. , Weßels P. , Westphal T. , Wette K. , Whelan J. T. , Whiting B. F. , Whittle C. , Williams D. , Williams R. D. , Williamson A. R. , Willis J. L. , Willke B. , Wimmer M. H. , Winkler W. , Wipf C. C. , Wittel H. , Woan G. , Woehler J. , Worden J. , Wright J. L. , Wu D. S. , Wu G. , Yam W. , Yamamoto H. , Yamamoto K. , Yamamoto T. , Yancey C. C. , Yano K. , Yap M. J. , Yokoyama J. , Yokozawa T. , Yoon T. H. , Yu Hang , Yu Haocun , Yuzurihara H. , Yvert M. , Zadrożny A. , Zangrando L. , Zanolin M. , Zeidler S. , Zendri J.-P. , Zevin M. , Zhang L. , Zhang M. , Zhang T. , Zhang Y. , Zhao C. , Zhou M. , Zhou Z. , Zhu S. J. , Zhu X. J. , Zucker M. E. , Zweizig J. 
Published: April 2018

We present possible observing scenarios for the Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA gravitational-wave detectors over the next decade, with the intention of providing information to the astronomy community to facilitate planning for multi-messenger astronomy with gravitational waves. We estimate the 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 the most promising targets 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 $$90\%$$

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–$$20~\mathrm {deg}^2$$

20

deg

2

requires at least three detectors of sensitivity within a factor of $$\sim 2$$

∼
2

of each other and with a broad frequency bandwidth. When all detectors, including KAGRA and the third LIGO detector in India, reach design sensitivity, a significant fraction of gravitational-wave signals will be localized to a few square degrees by gravitational-wave observations alone.