The Astrophysical Journal (Jan 2023)

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

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

DOI
https://doi.org/10.3847/1538-4357/acc862
Journal volume & issue
Vol. 952, no. 1
p. 91

Abstract

Read online

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.

Keywords