Search for Ultra-high-energy Photons from Gravitational Wave Sources with the Pierre Auger Observatory

Abdul Halim, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Allekotte, I.; Almeida Cheminant, K.; Almela, A.; Alvarez-Muñiz, J.; Ammerman Yebra, J.; Anastasi, G.A.; Anchordoqui, L.; Andrada, B.; Andringa, S.; Aramo, C.; Araújo Ferreira, P.R.; Arnone, E.; Arteaga Velázquez, J.C.; Asorey, H.; Assis, P.; Avila, G.; Avocone, E.; Badescu, A.M.; Bakalova, A.; Balaceanu, A.; Barbato, F.; Bellido, J.A.; Berat, C.; Bertaina, M.E.; Bhatta, G.; Biermann, P.L.; Binet, V.; Bismark, K.; Bister, T.; Biteau, J.; Blazek, J.; Bleve, C.; Blümer, J.; Boháčová, M.; Boncioli, D.; Bonifazi, C.; Bonneau Arbeletche, L.; Borodai, N.; Brack, J.; Bretz, T.; Brichetto Orchera, P.G.; Briechle, F.L.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Buitink, S.; Buscemi, M.; Büsken, M.; Bwembya, A.; Caballero-Mora, K.S.; Caccianiga, L.; Caracas, I.; Caruso, R.; Castellina, A.; Catalani, F.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cerda, M.; Chinellato, J.A.; Chudoba, J.; Chytka, L.; Clay, R.W.; Cobos Cerutti, A.C.; Colalillo, R.; Coleman, A.; Coluccia, M.R.; Conceiçao, R.; Condorelli, A.; Consolati, G.; Conte, M.; Contreras, F.; Convenga, F.; Correia Dos Santos, D.; Costa, P.J.; Covault, C.E.; Cristinziani, M.; Cruz Sanchez, C.S.; Dasso, S.; Daumiller, K.; Dawson, B.R.; De Almeida, R.M.; De Jesús, J.; De Jong, S.J.; De Mello Neto, J.R.T.; De Mitri, I.; De Oliveira, J.; De Oliveira Franco, D.; De Palma, F.; De Souza, V.; De Vito, E.; Del Popolo, A.; Deligny, O.; Deval, L.; Di Matteo, A.; Dobre, M.; Dobrigkeit, C.; D’Olivo, J.C.; Domingues Mendes, L.M.; Dos Anjos, R.C.; Ebr, J.; Emam, M.; Engel, R.; Epicoco, I.; Erdmann, M.; Etchegoyen, A.; Falcke, H.; Farmer, J.; Farrar, G.; Fauth, A.C.; Fazzini, N.; Feldbusch, F.; Fenu, F.; Fernandes, A.; Fick, B.; Figueira, J.M.; Filipčič, A.; Fitoussi, T.; Flaggs, B.; Fodran, T.; Fujii, T.; Fuster, A.; Galea, C.; Galelli, C.; García, B.; Gemmeke, H.; Gesualdi, F.; Gherghel-Lascu, A.; Ghia, P.L.; Giaccari, U.; Giammarchi, M.; Glombitza, J.; Gobbi, F.; Gollan, F.; Golup, G.; Gómez Berisso, M.; Gómez Vitale, P.F.; Gongora, J.P.; 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Mazur, P.O.; Medina-Tanco, G.; Meinert, J.; Melo, D.; Menshikov, A.; Michal, S.; Micheletti, M.I.; Miramonti, L.; Mollerach, S.; Montanet, F.; Morejon, L.; Morello, C.; Müller, A.L.; Mulrey, K.; Mussa, R.; Muzio, M.; Namasaka, W.M.; Nasr-Esfahani, A.; Nellen, L.; Nicora, G.; Niculescu-Oglinzanu, M.; Niechciol, M.; Nitz, D.; Norwood, I.; Nosek, D.; Novotny, V.; Nožka, L.; Nucita, A.; Núñez, L.A.; Oliveira, C.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Parente, G.; Parra, A.; Pawlowsky, J.; Pech, M.; Pȩkala, J.; Pelayo, R.; Pereira, L.A.S.; Pereira Martins, E.E.; Perez Armand, J.; Pérez Bertolli, C.; Perrone, L.; Petrera, S.; Petrucci, C.; Pierog, T.; Pimenta, M.; Platino, M.; Pont, B.; Pothast, M.; Pourmohammad Shavar, M.; Privitera, P.; Prouza, M.; Puyleart, A.; Querchfeld, S.; Rautenberg, J.; Ravignani, D.; Reininghaus, M.; Ridky, J.; Riehn, F.; Risse, M.; Rizi, V.; Rodrigues De Carvalho, W.; Rodriguez Rojo, J.; Roncoroni, M.J.; Rossoni, S.; Roth, M.; Roulet, E.; Rovero, A.C.; Ruehl, P.; Saftoiu, A.; Saharan, M.; Salamida, F.; Salazar, H.; Salina, G.; Sanabria Gomez, J.D.; Sánchez, F.; Santos, E.M.; Santos, E.; Sarazin, F.; Sarmento, R.; Sato, R.; Savina, P.; Schäfer, C.M.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schimassek, M.; Schimp, M.; Schlüter, F.; Schmidt, D.; Scholten, O.; Schoorlemmer, H.; Schovánek, P.; Schröder, F.G.; Schulte, J.; Schulz, T.; Sciutto, S.J.; Scornavacche, M.; Segreto, A.; Sehgal, S.; Shivashankara, S.U.; Sigl, G.; Silli, G.; Sima, O.; Smau, R.; Šmída, R.; Sommers, P.; Soriano, J.F.; Squartini, R.; Stadelmaier, M.; Stanca, D.; Stanič, S.; Stasielak, J.; Stassi, P.; Straub, M.; Streich, A.; Suárez-Durán, M.; Suomijärvi, T.; Supanitsky, A.D.; Szadkowski, Z.; Tapia, A.; Taricco, C.; Timmermans, C.; Tkachenko, O.; Tobiska, P.; Todero Peixoto, C.J.; Tomé, B.; Torrès, Z.; Travaini, A.; Travnicek, P.; Trimarelli, C.; Tueros, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Vaclavek, L.; Vacula, M.; Valdés Galicia, J.F.; Valore, L.; Varela, E.; Vásquez-Ramírez, A.; Veberič, D.; Ventura, C.; Vergara Quispe, I.D.; Verzi, V.; Vicha, J.; Vink, J.; Vorobiov, S.; Watanabe, C.; Watson, A.A.; Weindl, A.; Wiencke, L.; Wilczyński, H.; Wittkowski, D.; Wundheiler, B.; Yushkov, A.; Zapparrata, O.; Zas, E.; Zavrtanik, D.; Zavrtanik, M.; Null, N.

doi:10.3847/1538-4357/acc862

A search for time-directional coincidences of ultra-high-energy (UHE) photons above 10 EeV with gravitational wave (GW) events from the LIGO/Virgo runs O1 to O3 is conducted with the Pierre Auger Observatory. Due to the distinctive properties of photon interactions and to the background expected from hadronic showers, a subset of the most interesting GW events is selected based on their localization quality and distance. Time periods of 1000 s around and 1 day after the GW events are analyzed. No coincidences are observed. Upper limits on the UHE photon fluence from a GW event are derived that are typically at ∼7 MeV cm−2 (time period 1000 s) and ∼35 MeV cm−2 (time period 1 day). Due to the proximity of the binary neutron star merger GW170817, the energy of the source transferred into UHE photons above 40 EeV is constrained to be less than 20% of its total GW energy. These are the first limits on UHE photons from GW sources.

Search for Ultra-high-energy Photons from Gravitational Wave Sources with the Pierre Auger Observatory / A. Abdul Halim, P.A.. - In: THE ASTROPHYSICAL JOURNAL. - ISSN 0004-637X. - 952:1(2023 Jul 19), pp. 91.1-91.11. [10.3847/1538-4357/acc862]

Search for Ultra-high-energy Photons from Gravitational Wave Sources with the Pierre Auger Observatory

Abdul Halim, A.;Abreu, P.;Aglietta, M.;Allekotte, I.;Almeida Cheminant, K.;Almela, A.;Alvarez-Muñiz, J.;Ammerman Yebra, J.;Anastasi, G. A.;Anchordoqui, L.;Andrada, B.;Andringa, S.;Aramo, C.;Araújo Ferreira, P. R.;Arnone, E.;Arteaga Velázquez, J. C.;Asorey, H.;Assis, P.;Avila, G.;Avocone, E.;Badescu, A. M.;Bakalova, A.;Balaceanu, A.;Barbato, F.;Bellido, J. A.;Berat, C.;Bertaina, M. E.;Bhatta, G.;Biermann, P. L.;Binet, V.;Bismark, K.;Bister, T.;Biteau, J.;Blazek, J.;Bleve, C.;Blümer, J.;Boháčová, M.;Boncioli, D.;Bonifazi, C.;Bonneau Arbeletche, L.;Borodai, N.;Brack, J.;Bretz, T.;Brichetto Orchera, P. G.;Briechle, F. L.;Buchholz, P.;Bueno, A.;Buitink, S.;Buscemi, M.;Büsken, M.;Bwembya, A.;Caballero-Mora, K. S.;L. Caccianiga;Caracas, I.;Caruso, R.;Castellina, A.;Catalani, F.;Cataldi, G.;Cazon, L.;Cerda, M.;Chinellato, J. A.;Chudoba, J.;Chytka, L.;Clay, R. W.;Cobos Cerutti, A. C.;Colalillo, R.;Coleman, A.;Coluccia, M. R.;Conceiçao, R.;Condorelli, A.;Consolati, G.;Conte, M.;Contreras, F.;Convenga, F.;Correia dos Santos, D.;Costa, P. J.;Covault, C. E.;Cristinziani, M.;Cruz Sanchez, C. S.;Dasso, S.;Daumiller, K.;Dawson, B. R.;de Almeida, R. M.;de Jesús, J.;de Jong, S. J.;de Mello Neto, J. R. T.;De Mitri, I.;de Oliveira, J.;de Oliveira Franco, D.;de Palma, F.;de Souza, V.;De Vito, E.;Del Popolo, A.;Deligny, O.;Deval, L.;di Matteo, A.;Dobre, M.;Dobrigkeit, C.;D’Olivo, J. C.;Domingues Mendes, L. M.;dos Anjos, R. C.;Ebr, J.;Emam, M.;Engel, R.;Epicoco, I.;Erdmann, M.;Etchegoyen, A.;Falcke, H.;Farmer, J.;Farrar, G.;Fauth, A. C.;Fazzini, N.;Feldbusch, F.;Fenu, F.;Fernandes, A.;Fick, B.;Figueira, J. M.;Filipčič, A.;Fitoussi, T.;Flaggs, B.;Fodran, T.;Fujii, T.;Fuster, A.;Galea, C.;C. Galelli;García, B.;Gemmeke, H.;Gesualdi, F.;Gherghel-Lascu, A.;Ghia, P. L.;Giaccari, U.;Giammarchi, M.;Glombitza, J.;Gobbi, F.;Gollan, F.;Golup, G.;Gómez Berisso, M.;Gómez Vitale, P. F.;Gongora, J. P.;González, J. M.;González, N.;Goos, I.;Góra, D.;Gorgi, A.;Gottowik, M.;Grubb, T. D.;Guarino, F.;Guedes, G. P.;Guido, E.;Hahn, S.;Hamal, P.;Hampel, M. R.;Hansen, P.;Harari, D.;Harvey, V. M.;Haungs, A.;Hebbeker, T.;Heck, D.;Hojvat, C.;Hörandel, J. R.;Horvath, P.;Hrabovský, M.;Huege, T.;Insolia, A.;Isar, P. G.;Janecek, P.;Johnsen, J. A.;Jurysek, J.;Kääpä, A.;Kampert, K. H.;Keilhauer, B.;Khakurdikar, A.;Kizakke Covilakam, V. V.;Klages, H. O.;Kleifges, M.;Kleinfeller, J.;Knapp, F.;Kunka, N.;Lago, B. L.;Langner, N.;Leigui de Oliveira, M. A.;Lenok, V.;Letessier-Selvon, A.;Lhenry-Yvon, I.;Lo Presti, D.;Lopes, L.;López, R.;Lu, L.;Luce, Q.;Lundquist, J. P.;Machado Payeras, A.;Majercakova, M.;Mandat, D.;Manning, B. C.;Manshanden, J.;Mantsch, P.;Marafico, S.;F.M. Mariani;Mariazzi, A. G.;Mariş, I. C.;Marsella, G.;Martello, D.;Martinelli, S.;Martínez Bravo, O.;Martins, M. A.;Mastrodicasa, M.;Mathes, H. J.;Matthews, J.;Matthiae, G.;Mayotte, E.;Mayotte, S.;Mazur, P. O.;Medina-Tanco, G.;Meinert, J.;Melo, D.;Menshikov, A.;Michal, S.;Micheletti, M. I.;L. Miramonti;Mollerach, S.;Montanet, F.;Morejon, L.;Morello, C.;Müller, A. L.;Mulrey, K.;Mussa, R.;Muzio, M.;Namasaka, W. M.;Nasr-Esfahani, A.;Nellen, L.;Nicora, G.;Niculescu-Oglinzanu, M.;Niechciol, M.;Nitz, D.;Norwood, I.;Nosek, D.;Novotny, V.;Nožka, L.;Nucita, A.;Núñez, L. A.;Oliveira, C.;Palatka, M.;Pallotta, J.;Parente, G.;Parra, A.;Pawlowsky, J.;Pech, M.;Pȩkala, J.;Pelayo, R.;Pereira, L. A. S.;Pereira Martins, E. E.;Perez Armand, J.;Pérez Bertolli, C.;Perrone, L.;Petrera, S.;Petrucci, C.;Pierog, T.;Pimenta, M.;Platino, M.;Pont, B.;Pothast, M.;Pourmohammad Shavar, M.;Privitera, P.;Prouza, M.;Puyleart, A.;Querchfeld, S.;Rautenberg, J.;Ravignani, D.;Reininghaus, M.;Ridky, J.;Riehn, F.;Risse, M.;Rizi, V.;Rodrigues de Carvalho, W.;Rodriguez Rojo, J.;Roncoroni, M. J.;Rossoni, S.;Roth, M.;Roulet, E.;Rovero, A. C.;Ruehl, P.;Saftoiu, A.;Saharan, M.;Salamida, F.;Salazar, H.;Salina, G.;Sanabria Gomez, J. D.;Sánchez, F.;Santos, E. M.;Santos, E.;Sarazin, F.;Sarmento, R.;Sato, R.;Savina, P.;Schäfer, C. M.;V. Scherini;Schieler, H.;Schimassek, M.;Schimp, M.;Schlüter, F.;Schmidt, D.;Scholten, O.;Schoorlemmer, H.;Schovánek, P.;Schröder, F. G.;Schulte, J.;Schulz, T.;Sciutto, S. J.;Scornavacche, M.;Segreto, A.;Sehgal, S.;Shivashankara, S. U.;Sigl, G.;Silli, G.;Sima, O.;Smau, R.;Šmída, R.;Sommers, P.;Soriano, J. F.;Squartini, R.;Stadelmaier, M.;Stanca, D.;Stanič, S.;Stasielak, J.;Stassi, P.;Straub, M.;Streich, A.;Suárez-Durán, M.;Suomijärvi, T.;Supanitsky, A. D.;Szadkowski, Z.;Tapia, A.;Taricco, C.;Timmermans, C.;Tkachenko, O.;Tobiska, P.;Todero Peixoto, C. J.;Tomé, B.;Torrès, Z.;Travaini, A.;Travnicek, P.;Trimarelli, C.;Tueros, M.;Ulrich, R.;Unger, M.;Vaclavek, L.;Vacula, M.;Valdés Galicia, J. F.;Valore, L.;Varela, E.;Vásquez-Ramírez, A.;Veberič, D.;Ventura, C.;Vergara Quispe, I. D.;Verzi, V.;Vicha, J.;Vink, J.;Vorobiov, S.;Watanabe, C.;Watson, A. A.;Weindl, A.;Wiencke, L.;Wilczyński, H.;Wittkowski, D.;Wundheiler, B.;Yushkov, A.;Zapparrata, O.;Zas, E.;Zavrtanik, D.;Zavrtanik, M.;null, null

2023

Abstract

A search for time-directional coincidences of ultra-high-energy (UHE) photons above 10 EeV with gravitational wave (GW) events from the LIGO/Virgo runs O1 to O3 is conducted with the Pierre Auger Observatory. Due to the distinctive properties of photon interactions and to the background expected from hadronic showers, a subset of the most interesting GW events is selected based on their localization quality and distance. Time periods of 1000 s around and 1 day after the GW events are analyzed. No coincidences are observed. Upper limits on the UHE photon fluence from a GW event are derived that are typically at ∼7 MeV cm−2 (time period 1000 s) and ∼35 MeV cm−2 (time period 1 day). Due to the proximity of the binary neutron star merger GW170817, the energy of the source transferred into UHE photons above 40 EeV is constrained to be less than 20% of its total GW energy. These are the first limits on UHE photons from GW sources.

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	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo (sola visualizzazione)
	
				Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
Settore FIS/05 - Astronomia e Astrofisica
			
	Data di pubblicazione
	
				19-lug-2023
			
	Rivista in ANCE
	
				THE ASTROPHYSICAL JOURNAL
			
	DOI
	
				https://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/acc862
			
	Tipologia
	
				Article (author)
			
	Appare nelle tipologie:
	
				01 - Articolo su periodico

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