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Office of Scientific and Technical Information

Title: Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger

Abstract

Here, on 2017 August 17 a binary neutron star coalescence candidate (later designated GW170817) with merger time 12:41:04 UTC was observed through gravitational waves by the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors. The Fermi Gamma-ray Burst Monitor independently detected a gamma-ray burst (GRB 170817A) with a time delay of $$\sim 1.7\,{\rm{s}}$$ with respect to the merger time. From the gravitational-wave signal, the source was initially localized to a sky region of 31 deg 2 at a luminosity distance of $${40}_{-8}^{+8}$$ Mpc and with component masses consistent with neutron stars. The component masses were later measured to be in the range 0.86 to 2.26 $$\,{M}_{\odot }$$. An extensive observing campaign was launched across the electromagnetic spectrum leading to the discovery of a bright optical transient (SSS17a, now with the IAU identification of AT 2017gfo) in NGC 4993 (at $$\sim 40\,{\rm{Mpc}}$$) less than 11 hours after the merger by the One-Meter, Two Hemisphere (1M2H) team using the 1 m Swope Telescope. The optical transient was independently detected by multiple teams within an hour. Subsequent observations targeted the object and its environment. Early ultraviolet observations revealed a blue transient that faded within 48 hours. Optical and infrared observations showed a redward evolution over ~10 days. Following early non-detections, X-ray and radio emission were discovered at the transient’s position $$\sim 9$$ and $$\sim 16$$ days, respectively, after the merger. Both the X-ray and radio emission likely arise from a physical process that is distinct from the one that generates the UV/optical/near-infrared emission. No ultra-high-energy gamma-rays and no neutrino candidates consistent with the source were found in follow-up searches. These observations support the hypothesis that GW170817 was produced by the merger of two neutron stars in NGC 4993 followed by a short gamma-ray burst (GRB 170817A) and a kilonova/macronova powered by the radioactive decay of r-process nuclei synthesized in the ejecta.

Authors:
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Publication Date:
Research Org.:
Oak Ridge National Lab. (ORNL), Oak Ridge, TN (United States); Lawrence Berkeley National Lab. (LBNL), Berkeley, CA (United States); Brookhaven National Lab. (BNL), Upton, NY (United States); Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Los Alamos National Lab. (LANL), Los Alamos, NM (United States); SLAC National Accelerator Lab., Menlo Park, CA (United States)
Sponsoring Org.:
USDOE Office of Science (SC), Advanced Scientific Computing Research (ASCR) (SC-21); USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Org.:
LIGO Scientific Collaboration; Virgo Collaboration; Fermi GBM; INTEGRAL; IceCube Collaboration; AstroSat Cadmium Zinc Telluride Imager Team; IPN Collaboration; The Insight-Hxmt Collaboration; ANTARES Collaboration; The Swift Collaboration; AGILE Team; The 1M2H Team; The Dark Energy Camera GW-EM Collaboration; the DES Collaboration; The DLT40 Collaboration; LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration; The Insight-HXMT Collaboration; The Dark Energy Camera GW-EM Collaboration and the DES Collaboration
OSTI Identifier:
1422482
Alternate Identifier(s):
OSTI ID: 1404883; OSTI ID: 1416314; OSTI ID: 1424961; OSTI ID: 1456964; OSTI ID: 1597335
Report Number(s):
LIGO-P1700294; VIR-0802A-17; FERMILAB-PUB-17-478-A-AE-CD; arXiv:1710.05833; LA-UR-17-29426; BNL-114856-2017-JAAM
Journal ID: ISSN 2041-8213
Grant/Contract Number:  
AC05-00OR22725; AC02-07CH11359; SC0012704; AC02-05CH11231; AC52-06NA25396
Resource Type:
Accepted Manuscript
Journal Name:
The Astrophysical Journal. Letters
Additional Journal Information:
Journal Volume: 848; Journal Issue: 2; Journal ID: ISSN 2041-8213
Publisher:
Institute of Physics (IOP)
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
79 ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS; gravitational waves; stars: neutron; Atomic, Nuclear and Particle Physics; Astronomy and Astrophysics

Citation Formats

Abbott, B. P., Abbott, R., Abbott, T. D., Acernese, F., Ackley, K., Adams, C., Adams, T., Addesso, P., Adhikari, R. X., Adya, V. B., Affeldt, C., Afrough, M., Agarwal, B., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Allen, B., Allen, G., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Angelova, S. V., Antier, S., Appert, S., Arai, K., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arnaud, N., Arun, K. G., Ascenzi, S., Ashton, G., Ast, M., Aston, S. M., Astone, P., Atallah, D. V., Aufmuth, P., Aulbert, C., AultONeal, K., Austin, C., Avila-Alvarez, A., Babak, S., Bacon, P., Bader, M. K. M., Bae, S., Baker, P. T., Baldaccini, F., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Banagiri, S., Barayoga, J. C., Barclay, S. E., Barish, B. C., Barker, D., Barkett, K., Barone, F., Barr, B., Barsotti, L., Barsuglia, M., Barta, D., Barthelmy, S. D., Bartlett, J., Bartos, I., Bassiri, R., Basti, A., Batch, J. C., Bawaj, M., Bayley, J. 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A., Parida, A., Parker, W., Pascucci, D., Pasqualetti, A., Passaquieti, R., Passuello, D., Patil, M., Patricelli, B., Pearlstone, B. L., Pedraza, M., Pedurand, R., Pekowsky, L., Pele, A., 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., Pirello, M., Pitkin, M., Poe, M., Poggiani, R., Popolizio, P., Porter, E. K., Post, A., Powell, J., Prasad, J., Pratt, J. W. W., Pratten, G., Predoi, V., Prestegard, T., Price, L. R., Prijatelj, M., Principe, M., Privitera, S., Prodi, G. A., Pro