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

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. AjithB. Allen, G. 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, S. 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, J. Blackman, C. D. Blair, D. G. Blair, R. M. Blair, S. Bloemen, O. Bock, N. Bode, M. Boer, G. Bogaert, A. Bohe, 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. 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. Canizares, 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. B. Cepeda, P. Cerdá-Durán, G. Cerretani, E. Cesarini, S. J. Chamberlin, M. Chan, S. Chao, P. Charlton, E. Chase, E. Chassande-Mottin, D. Chatterjee, K. 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, A. 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, C. G. Collette, L. R. Cominsky, M. Constancio, L. Conti, S. J. Cooper, P. Corban, T. R. Corbitt, I. Cordero-Carrión, K. R. Corley, N. 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, T. D. 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, A. Dasgupta, C. F. Da Silva Costa, V. Dattilo, I. Dave, M. Davier, D. Davis, E. J. Daw, B. Day, S. De, 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, T. 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, Z. 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, W. 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, J. A. Font, P. W.F. Forsyth, S. S. Forsyth, J. D. Fournier, S. Frasca, F. Frasconi, Z. Frei, A. Freise, R. Frey, V. 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. Garcia-Quiros, 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, R. 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. Grunewald, P. Gruning, G. M. Guidi, X. Guo, A. Gupta, M. K. Gupta, K. E. Gushwa, E. K. Gustafson, R. Gustafson, O. Halim, B. R. 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, G. M. 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, T. Hinderer, D. Hoak, D. Hofman, K. Holt, D. E. Holz, P. Hopkins, C. Horst, J. Hough, E. A. Houston, E. J. Howell, A. Hreibi, Y. M. 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, N. 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, K. Kawaguchi, F. Kéfélian, D. Keitel, A. J. Kemball, R. Kennedy, C. Kent, J. S. Key, F. Y. Khalili, I. Khan, S. Khan, Z. Khan, E. A. Khazanov, N. Kijbunchoo, Chunglee Kim, J. C. Kim, K. Kim, W. Kim, W. S. Kim, Y. M. Kim, S. J. Kimbrell, E. J. King, P. J. King, M. Kinley-Hanlon, R. Kirchhoff, J. S. Kissel, L. Kleybolte, S. Klimenko, T. D. Knowles, P. 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, G. Kuehn, P. Kumar, R. 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, S. L. Larson, A. Lartaux-Vollard, P. D. Lasky, M. Laxen, A. Lazzarini, C. Lazzaro, P. Leaci, S. Leavey, C. H. Lee, H. K. Lee, H. M. 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. Lousto, G. 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, S. Márka, Z. Márka, C. Markakis, A. S. Markosyan, A. Markowitz, E. Maros, A. Marquina, F. Martelli, L. Martellini, I. W. Martin, R. M. Martin, D. V. Martynov, 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, E. E. Mikhailov, 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. Munch, 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, K. K.Y. Ng, T. T. Nguyen, D. 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. Ormiston, L. F. Ortega, R. O'Shaughnessy, S. 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, Howard 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, H. P. 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. G. 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, M. 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, J. Scheuer, J. 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, T. J. Shaffer, A. A. Shah, M. S. Shahriar, M. B. Shaner, L. Shao, B. Shapiro, P. Shawhan, A. Sheperd, D. H. Shoemaker, D. 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, B. 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, S. Sunil, 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, J. A. Taylor, R. Taylor, S. V. Tewari, T. Theeg, F. Thies, E. G. Thomas, M. Thomas, P. Thomas, K. A. Thorne, E. Thrane, S. 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, C. S. Unnikrishnan, 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, V. 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. Was, 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. Wilken, D. 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, K. 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, T. Zhang, Y. H. Zhang, C. Zhao, M. Zhou, Z. Zhou, S. J. Zhu, X. J. Zhu, A. B. Zimmerman, M. E. Zucker, J. Zweizig

Research output: Contribution to journalArticle

87 Scopus citations

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 Mej = 10-3 - 10-2 M 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.

Original languageEnglish (US)
Article numberL39
JournalAstrophysical Journal Letters
Volume850
Issue number2
DOIs
StatePublished - Dec 1 2017

Keywords

  • gravitational waves
  • methods: data analysis
  • stars: neutron

Fingerprint Dive into the research topics of 'Estimating the Contribution of Dynamical Ejecta in the Kilonova Associated with GW170817'. Together they form a unique fingerprint.

  • Cite this

    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., ... Zweizig, J. (2017). Estimating the Contribution of Dynamical Ejecta in the Kilonova Associated with GW170817. Astrophysical Journal Letters, 850(2), [L39]. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa9478