GW170817: Measurements of Neutron Star Radii and Equation of State

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 ext...

Full description

Bibliographic Details
Main Authors: 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., Agarwal, B., Agathos, M., Agatsuma, K., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Allen, B., Allen, G., Allocca, A., Aloy, M. A., Altin, P. A., Amato, A., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Angelova, S. V., Antier, S., Appert, S., Arai, K., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Arnaud, N., Arun, K. G., Ascenzi, S., Ashton, G., Ast, M., Aston, S. M., Astone, P., Atallah, D. V., Aubin, F., Aufmuth, P., Aulbert, C., AultONeal, K., Austin, C., Avila-Alvarez, A., Babak, S., Bacon, P., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Bae, S., Baker, P. T., Baldaccini, F., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Banagiri, S., Barayoga, J. C., Barclay, S. E., Barish, B. C., Barker, D., Barkett, K., Barone, F., Barr, B., Barsuglia, M., Barta, D., Bartlett, J., Bartos, I., Bassiri, R., Basti, A., Batch, J. C., Bawaj, M., Bayley, J. C., Bazzan, M., Bécsy, B., Beer, C., Bejger, M., Belahcene, I., Bell, A. S., Beniwal, D., Bensch, M., Berger, B. K., Bergmann, G., Bernuzzi, S., Bero, J. J., Berry, C. P. L., Bersanetti, D., Bertolini, A., Betzwieser, J., Bhandare, R., Bilenko, I. A., Bilgili, S. A., Billingsley, G., Billman, C. R., Birch, J., Birney, R., Birnholtz, O., Biscoveanu, S., Bisht, A., Bitossi, M., Bizouard, M. A., Blackburn, J. K., Blackman, J., Blair, C. D., Blair, D. G., Blair, R. M., Bloemen, S., Bock, O., Bode, N., Boer, M., Boetzel, Y., Bogaert, G., Bohe, A., Bondu, F., Bonilla, E., Bonnand, R., Booker, P., Boom, B. A., Booth, C. D., Bork, R., Boschi, V., Bose, S., Bossie, K., Bossilkov, V., Bosveld, J., Bouffanais, Y., Bozzi, A., Bradaschia, C., Brady, P. R., Bramley, A., Branchesi, M., Brau, J. E., Briant, T., Brighenti, F., Brillet, A., Brinkmann, M., Brisson, V., Brockill, P., Brooks, A. F., Brown, D. D., Brunett, S., Buchanan, C. C., Bulik, T., Bulten, H. J., Buonanno, A., Buskulic, D., Buy, C., Byer, R. L., Cabero, M., Cadonati, L., Cagnoli, G., Cahillane, C., Calderón Bustillo, J., Callister, T. A., Calloni, E., Camp, J. B., Canepa, M., Canizares, P., Cannon, K. C., Cao, H., Cao, J., Capano, C. D., Capocasa, E., Carbognani, F., Caride, S., Carney, M. F., Carullo, G., Casanueva Diaz, J., Casentini, C., Caudill, S., Cavaglià, M., Cavalier, F., Cavalieri, R., Cella, G., Cepeda, C. B., Cerdá-Durán, P., Cerretani, G., Cesarini, E., Chaibi, O., Chamberlin, S. J., Chan, M., Chao, S., Charlton, P., Chase, E., Chassande-Mottin, E., Chatterjee, D., Chatziioannou, K., Cheeseboro, B. D., Chen, H. Y., Chen, X., Chen, Y., Cheng, H.-P., Chia, H. Y., Chincarini, A., Chiummo, A., Chmiel, T., Cho, H. S., Cho, M., Chow, J. H., Christensen, N., Chu, Q., Chua, A. J. K., Chua, S., Chung, K. W., Chung, S., Ciani, G., Ciobanu, A. A., Ciolfi, R., Cipriano, F., Cirelli, C. E., Cirone, A., Clara, F., Clark, J. A., Clearwater, P., Cleva, F., Cocchieri, C., Coccia, E., Cohadon, P.-F., Cohen, D., Colla, A., Collette, C. G., Collins, C., Cominsky, L. R., Constancio, M., Conti, L., Cooper, S. J., Corban, P., Corbitt, T. R., Cordero-Carrión, I., Corley, K. R., Cornish, N., Corsi, A., Cortese, S., Costa, C. A., Cotesta, R., Coughlin, M. W., Coughlin, S. B., Coulon, J.-P., Countryman, S. T., Couvares, P., Covas, P. B., Cowan, E. E., Coward, D. M., Cowart, M. J., Coyne, D. C., Coyne, R., Creighton, J. D. E., Creighton, T. D., Cripe, J., Crowder, S. G., Cullen, T. J., Cumming, A., Cunningham, L., Cuoco, E., Canton, T. 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Other Authors: Massachusetts Institute of Technology. Department of Physics
Format: Article
Language:English
Published: American Physical Society 2018
Online Access:http://hdl.handle.net/1721.1/119001
https://orcid.org/0000-0002-0026-3877
https://orcid.org/0000-0002-9635-7527
https://orcid.org/0000-0001-9409-5757
https://orcid.org/0000-0002-3364-7893
https://orcid.org/0000-0002-3503-2032
https://orcid.org/0000-0001-8196-9267
https://orcid.org/0000-0001-8459-4499
https://orcid.org/0000-0001-9018-666X
https://orcid.org/0000-0001-6550-3045
https://orcid.org/0000-0002-1347-0680
https://orcid.org/0000-0002-5163-683X
https://orcid.org/0000-0003-0219-9706
https://orcid.org/0000-0003-3896-2259
https://orcid.org/0000-0002-4147-2560
https://orcid.org/0000-0003-1510-4921
https://orcid.org/0000-0003-2700-0767
https://orcid.org/0000-0002-8018-3278
https://orcid.org/0000-0002-6011-6190
https://orcid.org/0000-0002-2544-1596
Description
Summary: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[subscript 1]=10.8[subscript -1.7][superscript +2.0]  km for the heavier star and R[subscript 2]=10.7[subscript -1.5][superscript +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[subscript ⊙] as required from electromagnetic observations and employ the equation-of-state parametrization, we further constrain R[subscript 1]=11.9[subscript -1.4][superscript +1.4]  km and R[subscript 2]=11.9[subscript -1.4][superscript 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[subscript -1.7][superscript +2.7]×10[superscript 34] dyn cm[superscript -2] at the 90% level.