Estimating the Contribution of Dynamical Ejecta in the Kilonova Associated with GW170817

著者: 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, M. Afrough, B. Agarwal, M. Agathos, K. Agatsuma, N. Aggarwal, O. D. Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, B. Allen, B. Allen, A. Allocca, 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, N. Arnaud, K. G. Arun, S. Ascenzi, G. Ashton, M. Ast, S. M. Aston, P. Astone, D. V. Atallah, P. Aufmuth, C. Aulbert, K. AultONeal, C. Austin, A. Avila-Alvarez, S. Babak, P. Bacon, M. K. M. Bader, S. Bae, P. T. Baker, F. Baldaccini, G. Ballardin, S. Banagiri, J. C. Barayoga, S. E. Barclay, B. C. Barish, D. Barker, K. Barkett, 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, G. Bergmann, Sebastiano Bernuzzi, J. J. Bero, C. P. L. Berry, D. Bersanetti, A. Bertolini, J. Betzwieser, S. Bhagwat, R. Bhandare, I. A. Bilenko, G. Billingsley, C. R. Billman, J. Birch, R. Birney, O. Birnholtz, S. Biscans, S. Biscoveanu, A. Bisht, M. Bitossi, C. Biwer, 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, G. Bogaert, A. Bohé, F. Bondu, E. Bonilla, R. Bonnand, B. A. Boom, R. Bork, V. Boschi, S. Bose, K. Bossie, Y. Bouffanais, A. Bozzi, C. Bradaschia, P. R. Brady, M. Branchesi, J. E. Brau, T. Briant, A. Brillet, M. Brinkmann, V. Brisson, P. Brockill, J. E. Broida, 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, J. Casanueva Diaz, C. Casentini, S. Caudill, M. Cavaglià, F. Cavalier, R. Cavalieri, G. Cella, C. Cepeda, P. Cerdá–Durán, G. Cerretani, E. Cesarini, 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. 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, A. K. W. Chung, S. Chung, G. Ciani, R. Ciolfi, 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, 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, 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, D. DeBra, J. Degallaix, M. De Laurentis, S. Deléglise, W. Del Pozzo, N. Demos, T. Denker, T. Dent, R. De Pietri, V. Dergachev, R. De Rosa, R. T. DeRosa, C. De Rossi, R. DeSalvo, O. de Varona, J. Devenson, S. Dhurandhar, M. C. Díaz, Tim Dietrich, L. Di Fiore, M. Di Giovanni, T. Di Girolamo, A. Di Lieto, S. Di Pace, I. Di Palma, F. Di Renzo, Z. Doctor, V. Dolique, F. Donovan, K. L. Dooley, S. Doravari, I. Dorrington, R. Douglas, M. Dovale Álvarez, T. P. Downes, M. Drago, C. Dreissigacker, J. C. Driggers, Zhihui Du, M. Ducrot, P. Dupej, S. E. Dwyer, T. B. Edo, M. C. Edwards, A. Effler, H.-B. Eggenstein, P. Ehrens, J. Eichholz, S. S. Eikenberry, R. A. Eisenstein, R. C. Essick, D. Estevez, Z. B. Etienne, T. Etzel, M. Evans, T. M. Evans, M. Factourovich, 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, A. Fernandez-Galiana, I. Ferrante, E. C. Ferreira, F. Ferrini, F. Fidecaro, D. Finstad, I. Fiori, D. Fiorucci, M. Fishbach, R. P. Fisher, 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, E. M. Fries, P. Fritschel, V. V. Frolov, P. Fulda, M. Fyffe, H. Gabbard, B. U. Gadre, S. M. Gaebel, J. R. Gair, L. Gammaitoni, M. R. Ganija, S. G. Gaonkar, C. García-Quirós, F. Garufi, B. Gateley, S. Gaudio, G. Gaur, V. Gayathri, N. Gehrels, G. Gemme, E. Genin, A. Gennai, D. George, J. George, L. Gergely, V. Germain, S. Ghonge, Abhirup Ghosh, Archisman Ghosh, S. Ghosh, J. A. Giaime, K. D. Giardina, A. Giazotto, K. Gill, L. Glover, E. Goetz, E. Goetz, S. Gomes, 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, E. M. Gretarsson, P. Groot, H. Grote, S. Grünewald, P. Grüning, G. M. Guidi, Xiao Guo, Anchal Gupta, Manoj Gupta, K. E. Gushwa, E. K. Gustafson, R. Gustafson, O. Halim, E. D. Hall, E. D. Hall, E. Z. 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, M. Heurs, S. Hild, Tanja Hinderer, D. Hoak, D. Hofman, K. Holt, D. E. Holz, Philip F. Hopkins, C. Horst, J. Hough, E. A. Houston, E. J. Howell, A. Hreibi, Yi-Ming Hu, E. A. Huerta, D. Huet, B. Hughey, S. Husa, S. H. Huttner, T. Huynh–Dinh, N. Indik, R. Inta, G. Intini, H. N. Isa, J.-M. Isac, M. Isi, B. R. Iyer, K. Izumi, T. Jacqmin, K. Jani, P. Jaranowski, S. Jawahar, F. Jiménez-Forteza, W. W. Johnson, Nathan K. Johnson-McDaniel, D. I. Jones, R. 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, W. Kastaun, M. Katolik, E. Katsavounidis, W. Katzman, S. Kaufer, K. Kawabe, Kyohei Kawaguchi, F. Kéfélian, D. Keitel, A. J. Kemball, R. Kennedy, C. Kent, J. S. Key, F. Y. Khalili, 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, S. J. Kimbrell, 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, A. Królak, A. Królak, P. Kumar, S. Kumar, S. Kumar, L. Kuo, A. Kutynia, S. Kwang, B. D. Lackey, K. H. Lai, M. Landry, R. N. Lang, J. Lange, B. Lantz, R. K. Lanza, Shane L. Larson, A. Lartaux-Vollard, P. D. Lasky, M. Laxen, A. Lazzarini, C. Lazzaro, P. Leaci, S. Leavey, C. H. Lee, H. K. Lee, Hyung Mok Lee, H. W. Lee, K. Lee, J. Lehmann, A. Lenon, M. Leonardi, N. Leroy, N. Letendre, Y. Levin, T. G. F. Li, S. D. Linker, T. B. Littenberg, J. Liu, X. Liu, R. K. L. Lo, N. A. Lockerbie, L. T. London, J. E. Lord, 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, R. McCarthy, D. E. McClelland, S. McCormick, L. McCuller, S. C. McGuire, G. McIntyre, J. McIver, D. J. McManus, L. McNeill, T. McRae, S. T. McWilliams, D. Meacher, G. D. Meadors, M. Mehmet, J. Meidam, E. Mejuto-Villa, A. Melatos, G. Mendell, R. A. Mercer, 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, B. B. Miller, J. Miller, M. Millhouse, M. C. Milovich-Goff, O. Minazzoli, Y. Minenkov, J. Ming, C. Mishra, S. Mitra, V. P. Mitrofanov, G. Mitselmakher, R. Mittleman, D. Moffa, A. Moggi, K. Mogushi, M. Mohan, S. R. P. Mohapatra, M. Montani, C. J. Moore, D. Moraru, G. Moreno, S. R. Morriss, 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, 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, G. Newton, Ken K. Y. Ng, T. Nguyen, David A. Nichols, A. B. Nielsen, S. Nissanke, A. Nitz, A. Noack, F. Nocera, D. Nolting, C. North, L. K. Nuttall, J. Oberling, G. D. O’Dea, G. H. Ogin, J. J. Oh, S. H. Oh, F. Ohme, 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, 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, M. Pedraza, R. Pedurand, L. Pekowsky, A. Pele, S. Penn, C. J. Perez, A. Perreca, L. M. Perri, Harald Pfeiffer, M. Phelps, O. J. Piccinni, M. Pichot, F. Piergiovanni, V. Pierro, G. Pillant, L. Pinard, I. M. Pinto, M. Pirello, M. Pitkin, M. Poe, R. Poggiani, P. Popolizio, E. K. Porter, A. Post, J. Powell, J. Prasad, J. W. W. Pratt, G. Pratten, V. Predoi, T. Prestegard, M. Prijatelj, 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, D. S. Rabeling, H. Radkins, P. Raffai, S. Raja, C. Rajan, B. Rajbhandari, M. Rakhmanov, K. E. Ramirez, A. Ramos-Buades, P. Rapagnani, V. Raymond, M. Razzano, J. Read, T. Regimbau, L. Rei, S. Reid, D. H. Reitze, W. Ren, S. D. Reyes, F. Ricci, P. M. Ricker, S. Rieger, K. Riles, M. Rizzo, N. A. Robertson, R. Robie, F. Robinet, 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, L. Sadeghian, 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, B. Sassolas, O. Sauter, R. L. Savage, A. Sawadsky, P. Schale, M. Scheel, Jacob Scheuer, P. Schmidt, 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, D. A. Shaddock, Thomas Shaffer, A. A. Shah, M. S. Shahriar, M. B. Shaner, Lijing Shao, B. Shapiro, P. Shawhan, A. Sheperd, D. H. Shoemaker, David M. Shoemaker, K. Siellez, X. Siemens, M. Sieniawska, D. Sigg, A. D. Silva, L. P. Singer, Avinash Singh, A. Singhal, A. M. Sintes, B. J. J. Slagmolen, J. R. Smith, J. R. Smith, R. J. E. Smith, S. Somala, E. J. Son, J. A. Sonnenberg, B. Sorazu, F. Sorrentino, T. Souradeep, A. P. Spencer, A. K. Srivastava, K. Staats, A. Staley, M. Steinke, J. Steinlechner, S. Steinlechner, D. Steinmeyer, S. P. Stevenson, 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, L. Trozzo, K. W. Tsang, M. Tse, R. Tso, L. Tsukada, D. Tsuna, D. Tuyenbayev, K. Ueno, D. Ugolini, B. Krishnan, 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, 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, L. Wen, E. K. Wessel, P. Weßels, J. Westerweck, T. Westphal, 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. Wofford, Kaze W. K. Wong, J. Worden, J. L. Wright, D. S. Wu, D. M. Wysocki, S. Xiao, 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, L. Zhang, M. Zhang, Tianwei Zhang, Y.-H. Zhang, C. Zhao, M. Zhou, Z. Zhou, S. J. Zhu, X. J. Zhu, Aaron Zimmerman, M. E. Zucker, J. Zweizig - The Astrophysical Journal Letters 2017 被引用: 225

Abstract The source of the gravitational-wave (GW) signal GW170817, very likely a binary neutron star merger, was also observed electromagnetically, providing the first multi-messenger observations of this type. The two-week-long electromagnetic (EM) counterpart had a signature indicative of an r -process-induced optical transient known as a kilonova. This Letter examines how the mass of the dynamical ejecta can be estimated without a direct electromagnetic observation of the kilonova, using GW measurements and a phenomenological model calibrated to numerical simulations of mergers with dynamical ejecta. Specifically, we apply the model to the binary masses inferred from the GW measurements, and use the resulting mass of the dynamical ejecta to estimate its contribution (without the effects of wind ejecta) to the corresponding kilonova light curves from various models. The distributions of dynamical ejecta mass range between for various equations of state, assuming that the neutron stars are rotating slowly. In addition, we use our estimates of the dynamical ejecta mass and the neutron star merger rates inferred from GW170817 to constrain the contribution of events like this to the r -process element abundance in the Galaxy when ejecta mass from post-merger winds is neglected. We find that if ≳10% of the matter dynamically ejected from binary neutron star (BNS) mergers is converted to r -process elements, GW170817-like BNS mergers could fully account for the amount of r -process material observed in the Milky Way.