GW170817: Measurements of Neutron Star Radii and Equation of State

Authors: B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, F. Acernese, K. Ackley, C. Adams, T. Adams, P. Addesso, R. X. Adhikari, V. B. Adya, C. Affeldt, B. Agarwal, M. Agathos, K. Agatsuma, N. Aggarwal, O. D. Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, B. Allen, 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, M. Ast, S. M. Aston, P. Astone, D. V. Atallah, F. Aubin, P. Aufmuth, C. Aulbert, K. AultONeal, C. Austin, 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, J. C. Batch, M. Bawaj, J. C. Bayley, M. Bazzan, B. Bécsy, C. Beer, M. Bejger, I. Belahcene, A. S. Bell, D. Beniwal, M. Bensch, B. K. Berger, G. Bergmann, Sebastiano Bernuzzi, J. J. Bero, C. P. L. Berry, D. Bersanetti, A. Bertolini, J. Betzwieser, R. Bhandare, I. A. Bilenko, S. A. Bilgili, G. Billingsley, C. R. Billman, J. Birch, R. Birney, O. Birnholtz, S. Biscans, S. Biscoveanu, A. Bisht, M. Bitossi, M. A. Bizouard, J. K. Blackburn, Jonathan Blackman, C. D. Blair, D. G. Blair, R. M. Blair, S. Bloemen, O. Bock, N. Bode, M. Boër, Y. Boetzel, G. Bogaert, A. Bohé, 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, T. Briant, F. Brighenti, A. Brillet, M. Brinkmann, V. Brisson, P. Brockill, A. F. Brooks, D. Brown, S. Brunett, C. C. Buchanan, A. Buikema, T. Bulik, H. J. Bulten, A. Buonanno, D. Buskulic, C. Buy, R. L. Byer, M. Cabero, L. Cadonati, G. Cagnoli, C. Cahillane, J. Calderón Bustillo, T. A. Callister, E. Calloni, J. B. Camp, M. Canepa, P. Cañizares, 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, C. Cepeda, P. Cerdá–Durán, G. Cerretani, E. Cesarini, O. Chaibi, S. J. Chamberlin, M. Chan, S. Chao, P. Charlton, E. A. Chase, E. Chassande‐Mottin, Deep Chatterjee, Katerina Chatziioannou, B. D. Cheeseboro, H. Y. Chen, X. Chen, Y. Chen, H.-P. Cheng, H. Y. Chia, A. Chincarini, A. Chiummo, T. Chmiel, H. S. Cho, M. Cho, J. H. Chow, N. Christensen, Q. Chu, Alvin J. K. Chua, S. Chua, K. W. Chung, S. Chung, G. Ciani, A. A. Ciobanu, R. Ciolfi, F. Cipriano, C. E. Cirelli, A. Cirone, F. Clara, J. A. Clark, P. Clearwater, F. Cleva, C. Cocchieri, E. Coccia, P.-F. Cohadon, D. Cohen, A. Colla, 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, 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, V. Dattilo, I. Dave, M. Davier, D. Davis, E. J. Daw, B. Day, D. DeBra, M. Deenadayalan, J. Degallaix, M. De Laurentis, S. Deléglise, W. Del Pozzo, N. Demos, T. Denker, T. Dent, R. De Pietri, J. Derby, V. Dergachev, 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, V. Dolique, F. Donovan, K. L. Dooley, S. Doravari, I. Dorrington, M. Dovale Álvarez, T. P. Downes, M. Drago, C. Dreissigacker, J. C. Driggers, Zhihui Du, P. Dupej, S. E. Dwyer, P. J. Easter, T. B. Edo, M. C. Edwards, A. Effler, H.-B. Eggenstein, 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, C. Fee, H. Fehrmann, J. Feicht, M. M. Fejer, Fan Feng, A. Fernandez-Galiana, I. Ferrante, E. C. Ferreira, F. Ferrini, F. Fidecaro, I. Fiori, D. Fiorucci, M. Fishbach, R. P. Fisher, J. M. Fishner, M. Fitz-Axen, R. Flaminio, M. Fletcher, H. Fong, José A. Font, P. W. F. Forsyth, S. S. 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, 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, C. 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, X. Guo, Anchal Gupta, Manoj Gupta, K. E. Gushwa, E. K. Gustafson, R. Gustafson, O. Halim, E. D. Hall, E. D. Hall, E. Z. Hamilton, H. F. Hamilton, G. Hammond, M. Haney, M. M. Hanke, J. Hanks, C. Hanna, M. D. Hannam, O. A. Hannuksela, J. Hanson, T. Hardwick, J. Harms, I. W. Harry, I. W. Harry, M. J. Hart, C.‐J. Haster, K. Haughian, J. Healy, A. Heidmann, M. C. Heintze, H. Heitmann, P. Hello, G. Hemming, M. Hendry, I. S. Heng, J. Hennig, A. W. Heptonstall, F. J. Hernández, M. Heurs, S. Hild, Tanja Hinderer, Wynn C. G. Ho, D. Hoak, S. Hochheim, D. Hofman, N. A. Holland, K. Holt, D. E. Holz, Philip F. Hopkins, C. Horst, J. Hough, E. A. Houston, E. J. Howell, A. Hreibi, E. A. Huerta, D. Huet, B. Hughey, M. Hulko, S. Husa, S. H. Huttner, T. Huynh–Dinh, A. Iess, N. Indik, C. Ingram, R. Inta, G. Intini, B. Irwin, H. N. Isa, J.-M. Isac, M. Isi, B. R. Iyer, K. Izumi, T. Jacqmin, K. Jani, P. Jaranowski, D. S. Johnson, W. W. Johnson, 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, M. Kasprzack, M. Katolik, S. Katsanevas, E. Katsavounidis, W. Katzman, S. Kaufer, K. Kawabe, N. V. Keerthana, F. Kéfélian, D. Keitel, A. J. Kemball, R. Kennedy, J. S. Key, F. Y. Khalili, B. Khamesra, H. Khan, I. Khan, S. Khan, Z. Khan, Е. А. Хазанов, N. Kijbunchoo, Chunglee Kim, J. C. Kim, K. Kim, W. Kim, W. S. Kim, Y.-M. Kim, E. J. King, Peter King, M. Kinley-Hanlon, R. Kirchhoff, J. S. Kissel, L. Kleybolte, S. Klimenko, T. D. Knowles, Patrick M. Koch, S. M. Koehlenbeck, S. Koley, V. Kondrashov, A. Kontos, M. Korobko, W. Z. Korth, I. Kowalska, D. B. Kozak, C. Krämer, V. Kringel, B. Krishnan, A. Królak, A. Królak, P. Kumar, S. Kumar, S. Kumar, L. Kuo, A. Kutynia, S. Kwang, B. D. Lackey, K. H. Lai, M. Landry, Philippe Landry, 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, Chang‐Hwan Lee, H. K. Lee, Hyung Mok Lee, H. W. Lee, K. Lee, J. Lehmann, A. Lenon, M. Leonardi, N. Leroy, N. Letendre, Y. Levin, Jie Li, T. G. F. Li, X. Li, S. D. Linker, T. B. Littenberg, J. Liu, Xuezhi 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, H. Lück, D. Lumaca, A. P. Lundgren, R. Lynch, Y. Ma, R. Macas, S. Macfoy, B. Machenschalk, M. MacInnis, D. M. Macleod, I. Magaña Hernandez, F. Magaña‐Sandoval, L. Magaña Zertuche, R. M. Magee, E. Majorana, I. Maksimovic, 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, F. Martelli, L. Martellini, 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, J. Meidam, E. Mejuto-Villa, A. Melatos, G. Mendell, D. Mendoza-Gandara, 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, B. B. Miller, J. Miller, M. Millhouse, J. C. Mills, M. C. Milovich-Goff, O. Minazzoli, Y. Minenkov, J. Ming, C. Mishra, S. Mitra, V. P. Mitrofanov, G. Mitselmakher, R. Mittleman, D. Moffa, K. Mogushi, M. Mohan, S. R. P. Mohapatra, M. Montani, C. J. Moore, D. Moraru, G. Moreno, S. Morisaki, B. Mours, C. M. Mow–Lowry, G. Mueller, A. W. Muir, Arunava Mukherjee, D. Mukherjee, S. Mukherjee, N. Mukund, A. Mullavey, J. Münch, E. A. Muñiz, M. Muratore, P. G. Murray, A. Nagar, K. Napier, I. Nardecchia, L. Naticchioni, R. K. Nayak, J. Neilson, G. Nelemans, T. J. N. Nelson, M. Nery, A. Neunzert, L. Nevin, J. M. Newport, K. Y. Ng, S. Ng, P. Nguyen, T. Nguyen, David A. Nichols, A. B. Nielsen, S. Nissanke, A. Nitz, F. Nocera, D. Nolting, 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, J. Page, M. A. Page, A. Pai, S. A. Pai, J. R. Palamos, O. Palashov, C. Palomba, A. Pal‐Singh, H. Pan, Huang-Wei Pan, B. Pang, P. T. H. Pang, C. Pankow, F. Pannarale, B. C. Pant, F. Paoletti, A. Paoli, M. A. Papa, 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, L. Pekowsky, A. Pele, S. Penn, Albino Perego, C. J. Perez, A. Perreca, L. M. Perri, Harald Pfeiffer, M. Phelps, K. S. Phukon, O. J. Piccinni, M. Pichot, F. Piergiovanni, V. Pierro, G. Pillant, L. Pinard, I. M. Pinto, M. Pirello, M. Pitkin, R. Poggiani, P. Popolizio, E. K. Porter, L. Possenti, A. Post, J. Powell, J. Prasad, J. W. W. Pratt, G. Pratten, V. Predoi, T. Prestegard, M. Principe, S. Privitera, G. A. Prodi, L. Prokhorov, O. Puncken, M. Punturo, P. Puppo, M. Pürrer, H. Qi, V. Quetschke, E. A. Quintero, R. Quitzow-James, F. J. Raab, D. S. Rabeling, H. Radkins, P. Raffai, S. Raja, C. Rajan, B. Rajbhandari, M. Rakhmanov, K. E. Ramirez, A. Ramos-Buades, J. Rana, P. Rapagnani, V. Raymond, M. Razzano, J. Read, T. Regimbau, L. Rei, S. Reid, D. H. Reitze, W. Ren, F. Ricci, P. M. Ricker, G. Riemenschneider, K. Riles, M. Rizzo, N. A. Robertson, R. Robie, F. Robinet, T. Robson, A. Rocchi, L. Rolland, J. G. Rollins, V. J. Roma, R. Romano, C. L. Romel, J. H. Romie, D. Rosińska, M. P. Ross, S. Rowan, A. Rüdiger, P. Ruggi, G. Rutins, K. Ryan, S. Sachdev, T. Sadecki, Mairi Sakellariadou, L. Salconi, M. Saleem, F. Salemi, A. Samajdar, L. Sammut, L. M. Sampson, E. J. Sanchez, L. E. Sanchez, N. Sanchis-Gual, V. Sandberg, J. R. Sanders, Nikhil Sarin, B. Sassolas, B. S. Sathyaprakash, P. R. Saulson, O. Sauter, R. L. Savage, A. Sawadsky, P. Schale, M. Scheel, Jacob Scheuer, P. Schmidt, R. Schnabel, R. M. S. Schofield, A. Schönbeck, E. Schreiber, D. Schuette, B. W. Schulte, B. F. Schutz, S. G. Schwalbe, J. Scott, S. M. Scott, E. Seidel, D. Sellers, A. S. Sengupta, D. Sentenac, V. Sequino, A. Sergeev, Y. Setyawati, D. A. Shaddock, Thomas Shaffer, A. A. Shah, M. S. Shahriar, M. B. Shaner, Lijing Shao, B. Shapiro, P. Shawhan, H. Shen, D. H. Shoemaker, David M. Shoemaker, K. Siellez, X. Siemens, M. Sieniawska, D. Sigg, A. D. Silva, L. P. Singer, A. Singh, A. Singhal, A. M. Sintes, B. J. J. Slagmolen, T. J. Slaven-Blair, J. R. Smith, J. R. Smith, R. J. E. Smith, S. Somala, E. J. Son, B. Sorazu, F. Sorrentino, T. Souradeep, A. P. Spencer, A. K. Srivastava, K. Staats, M. Steinke, J. Steinlechner, S. Steinlechner, D. Steinmeyer, B. Steltner, 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, 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, Jason Taylor, R. Taylor, S. V. Tewari, T. Theeg, F. Thies, E. G. Thomas, M. Thomas, P. Thomas, K. A. Thorne, E. Thrane, Shubhanshu Tiwari, V. Tiwari, K. V. Tokmakov, K. Toland, M. Tonelli, Z. Tornasi, A. Torres-Forné, C. I. Torrie, D. Töyrä, F. Travasso, G. Traylor, J. Trinastic, M. C. Tringali, A. Trovato, L. Trozzo, K. W. Tsang, M. Tse, R. Tso, D. Tsuna, L. Tsukada, D. Tuyenbayev, K. Ueno, D. Ugolini, A. L. Urban, S. A. Usman, H. Vahlbruch, G. Vajente, G. Valdes, N. van Bakel, M. van Beuzekom, J. F. J. van den Brand, C. Van Den Broeck, D. C. Vander‐Hyde, L. van der Schaaf, J. V. van Heijningen, 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, S. Vinciguerra, 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, R. Walet, M. Walker, L. Wallace, S. Walsh, G. Wang, H. Wang, J. Z. Wang, W. H. Wang, Y. F. Wang, R. L. Ward, 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. Westerweck, K. Wette, J. T. Whelan, B. F. Whiting, C. Whittle, D. M. Wilken, D. R. Williams, R. D. 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, W. K. Wong, J. Worden, J. L. Wright, Di Wu, D. M. Wysocki, S. Xiao, W. Yam, H. Yamamoto, C. C. Yancey, L. Yang, M. J. Yap, M. Yazback, Hang Yu, Haocun Yu, M. Yvert, A. Zadrożny, M. Zanolin, T. Zelenova, J.-P. Zendri, M. Zevin, J. Zhang, L. Zhang, M. Zhang, T. Zhang, Y.-H. Zhang, C. Zhao, M. Zhou, Z. Zhou, S. J. Zhu, X. J. Zhu, Aaron Zimmerman, Yosef Zlochower, M. E. Zucker, J. Zweizig - Physical Review Letters 2018 cited by 2,454

On 17 August 2017, the LIGO and Virgo observatories made the first direct detection of gravitational waves from the coalescence of a neutron star binary system. The detection of this gravitational-wave signal, GW170817, offers a novel opportunity to directly probe the properties of matter at the extreme conditions found in the interior of these stars. The initial, minimal-assumption analysis of the LIGO and Virgo data placed constraints on the tidal effects of the coalescing bodies, which were then translated to constraints on neutron star radii. Here, we expand upon previous analyses by working under the hypothesis that both bodies were neutron stars that are described by the same equation of state and have spins within the range observed in Galactic binary neutron stars. Our analysis employs two methods: the use of equation-of-state-insensitive relations between various macroscopic properties of the neutron stars and the use of an efficient parametrization of the defining function p(ρ) of the equation of state itself. From the LIGO and Virgo data alone and the first method, we measure the two neutron star radii as R_{1}=10.8_{-1.7}^{+2.0} km for the heavier star and R_{2}=10.7_{-1.5}^{+2.1} km for the lighter star at the 90% credible level. If we additionally require that the equation of state supports neutron stars with masses larger than 1.97 M_{⊙} as required from electromagnetic observations and employ the equation-of-state parametrization, we further constrain R_{1}=11.9_{-1.4}^{+1.4} km and R_{2}=11.9_{-1.4}^{+1.4} km at the 90% credible level. Finally, we obtain constraints on p(ρ) at supranuclear densities, with pressure at twice nuclear saturation density measured at 3.5_{-1.7}^{+2.7}×10^{34} dyn cm^{-2} at the 90% level.