High-frequency Continuous Gravitational Wave Search in LIGO O3 Public Data with Einstein@Home

Abstract We search for nearly monochromatic gravitational-wave signals with frequencies 800.0 Hz ≤ f ≤ 1686.0 Hz and spin-down <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>2.7</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>9</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mi mathvariant="normal">Hz</mml:mi> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo>≤</mml:mo> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi>f</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>̇</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo>≤</mml:mo> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mn>0.2</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>9</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mi mathvariant="normal">Hz</mml:mi> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> . We use LIGO O3 public data from the Hanford and Livingston detectors, and deploy this search on the Einstein@Home volunteer-computing project. This is the most sensitive search carried out to date in this parameter space. Our results are consistent with a nondetection. We set upper limits on the gravitational-wave amplitude h 0 and translate these to upper limits on neutron star ellipticity and on r -mode amplitude. The most stringent upper limits are at 800 Hz, with h 0 = 1.32 × 10 −25 at the 90% confidence level. Searching in the high-frequency bands allows us to probe astrophysically interesting ellipticities with our results, excluding isolated neutron stars rotating faster than 2.5 ms with ellipticities <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi>ϵ</mml:mi> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo>≥</mml:mo> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mn>1.96</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>8</mml:mn> <mml:mspace width="0.25em"/> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mfenced close="]" open="["> <mml:mstyle displaystyle="false"> <mml:mfrac> <mml:mi>d</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>100</mml:mn> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mi>pc</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfrac> </mml:mstyle> </mml:mfenced> </mml:math> within a distance d from Earth. Our results also exclude r -mode amplitudes <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo>≥</mml:mo> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mn>7</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>7</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mfenced close="]" open="["> <mml:mstyle displaystyle="false"> <mml:mfrac> <mml:mi>d</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>100</mml:mn> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mi>pc</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfrac> </mml:mstyle> </mml:mfenced> </mml:math> for neutron stars spinning faster than 400 Hz.