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 language | English |
|---|---|
| Article number | L39 |
| Journal | Astrophysical Journal Letters |
| Volume | 850 |
| Issue number | 2 |
| DOIs | |
| State | Published - 1 Dec 2017 |
Bibliographical note
Publisher Copyright:© 2017. The American Astronomical Society.
Keywords
- gravitational waves
- methods: data analysis
- stars: neutron
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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
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In: Astrophysical Journal Letters, Vol. 850, No. 2, L39, 01.12.2017.
Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
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T1 - Estimating the Contribution of Dynamical Ejecta in the Kilonova Associated with GW170817
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AU - Poggiani, R.
AU - Popolizio, P.
AU - Porter, E. K.
AU - Post, A.
AU - Powell, J.
AU - Prasad, J.
AU - Pratt, J. W.W.
AU - Pratten, G.
AU - Predoi, V.
AU - Prestegard, T.
AU - Prijatelj, M.
AU - Principe, M.
AU - Privitera, S.
AU - Prodi, G. A.
AU - Prokhorov, L. G.
AU - Puncken, O.
AU - Punturo, M.
AU - Puppo, P.
AU - Pürrer, M.
AU - Qi, H.
AU - Quetschke, V.
AU - Quintero, E. A.
AU - Quitzow-James, R.
AU - Rabeling, D. S.
AU - Radkins, H.
AU - Raffai, P.
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AU - Rajan, C.
AU - Rajbhandari, B.
AU - Rakhmanov, M.
AU - Ramirez, K. E.
AU - Ramos-Buades, A.
AU - Rapagnani, P.
AU - Raymond, V.
AU - Razzano, M.
AU - Read, J.
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AU - Rei, L.
AU - Reid, S.
AU - Reitze, D. H.
AU - Ren, W.
AU - Reyes, S. D.
AU - Ricci, F.
AU - Ricker, P. M.
AU - Rieger, S.
AU - Riles, K.
AU - Rizzo, M.
AU - Robertson, N. A.
AU - Robie, R.
AU - Robinet, F.
AU - Rocchi, A.
AU - Rolland, L.
AU - Rollins, J. G.
AU - Roma, V. J.
AU - Romano, R.
AU - Romel, C. L.
AU - Romie, J. H.
AU - Rosińska, D.
AU - Ross, M. P.
AU - Rowan, S.
AU - Rüdiger, A.
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AU - Sachdev, S.
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AU - Sakellariadou, M.
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AU - Scheuer, J.
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AU - Schwalbe, S. G.
AU - Scott, J.
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AU - Sengupta, A. S.
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AU - Shoemaker, D. H.
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AU - Tewari, S. V.
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AU - Tokmakov, K. V.
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AU - Yu, Hang
AU - Yu, Haocun
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AU - Zendri, J. P.
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AU - Zhu, S. J.
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AU - Zimmerman, A. B.
AU - Zucker, M. E.
AU - Zweizig, J.
N1 - Publisher Copyright: © 2017. The American Astronomical Society.
PY - 2017/12/1
Y1 - 2017/12/1
N2 - 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.
AB - 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.
KW - gravitational waves
KW - methods: data analysis
KW - stars: neutron
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85037682023&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.3847/2041-8213/aa9478
DO - 10.3847/2041-8213/aa9478
M3 - Article
AN - SCOPUS:85037682023
SN - 2041-8205
VL - 850
JO - Astrophysical Journal Letters
JF - Astrophysical Journal Letters
IS - 2
M1 - L39
ER -