Search for Ultra-high-energy Photons from Gravitational Wave Sources with the Pierre Auger Observatory
Authors: 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. , 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. , Mariani F. M. , 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. , 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. ,   The Pierre Auger Collaboration
Published: July 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.