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

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:
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; 1630825; TRN: US1702895
Grant/Contract Number:
AC05-00OR22725; AC02-07CH11359; SC0012704; AC02-05CH11231; AC52-06NA25396
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)
Research Org:
Oak Ridge National Lab. (ORNL), Oak Ridge, TN (United States); Lawrence Berkeley National Lab. (LBNL), Berkeley, CA (United States); Brookhaven National Laboratory (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 Orgs:
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
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
79 ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS; gravitational waves; stars: neutron
OSTI Identifier:
1422482
Alternate Identifier(s):
OSTI ID: 1404883; OSTI ID: 1416314; OSTI ID: 1424961; OSTI ID: 1456964