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A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant

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The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration, 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., Afrough, M., Agarwal, B., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Allen, B., Allen, G., Allocca, 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., Arnaud, N., Arun, K. G., Ascenzi, S., Ashton, G., Ast, M., Aston, S. M., Astone, P., Atallah, D. V., Aufmuth, P., Aulbert, C., AultONeal, K., Austin, C., Avila-Alvarez, A., Babak, S., Bacon, P., 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. 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M., Gress, O., Yurkov, V., Rebolo, R., Serra-Ricart, M.·2017·Nature
DOI 10.1038/nature24471
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Abstract

On 17 August 2017, the Advanced LIGO and Virgo detectors observed the gravitational-wave event GW170817—a strong signal from the merger of a binary neutron-star system. Less than two seconds after the merger, a γ-ray burst (GRB 170817A) was detected within a region of the sky consistent with the LIGO–Virgo-derived location of the gravitational-wave source. This sky region was subsequently observed by optical astronomy facilities, resulting in the identification of an optical transient signal within about ten arcseconds of the galaxy NGC 4993. This detection of GW170817 in both gravitational waves and electromagnetic waves represents the first ‘multi-messenger’ astronomical observation. Such observations enable GW170817 to be used as a ‘standard siren’ (meaning that the absolute distance to the source can be determined directly from the gravitational-wave measurements) to measure the Hubble constant. This quantity represents the local expansion rate of the Universe, sets the overall scale of the Universe and is of fundamental importance to cosmology. Here we report a measurement of the Hubble constant that combines the distance to the source inferred purely from the gravitational-wave signal with the recession velocity inferred from measurements of the redshift using the electromagnetic data. In contrast to previous measurements, ours does not require the use of a cosmic ‘distance ladder’: the gravitational-wave analysis can be used to estimate the luminosity distance out to cosmological scales directly, without the use of intermediate astronomical distance measurements. We determine the Hubble constant to be about 70 kilometres per second per megaparsec. This value is consistent with existing measurements, while being completely independent of them. Additional standard siren measurements from future gravitational-wave sources will enable the Hubble constant to be constrained to high precision.

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The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration, 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., Afrough, M., Agarwal, B., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Allen, B., Allen, G., Allocca, 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., Arnaud, N., Arun, K. G., Ascenzi, S., Ashton, G., Ast, M., Aston, S. M., Astone, P., Atallah, D. V., Aufmuth, P., Aulbert, C., AultONeal, K., Austin, C., Avila-Alvarez, A., Babak, S., Bacon, P., 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. 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Venue
Nature
Publisher
Springer Science and Business Media LLC
Published
2017-10-16
Volume
551
Issue
7678
Pages
85-88
ISSN
  • 0028-0836 (ISSN-L)
  • 1476-4687
DOI
10.1038/nature24471
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W2766227262
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en
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CoChat. (2026). Citation check: A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant. https://app.cochat.ai/papers/10.1038/nature24471
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The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration, 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., Afrough, M., Agarwal, B., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., . . . Serra-Ricart, M. (2017). A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant. Nature. https://doi.org/10.1038/nature24471

Data sources

Bibliographic data: Semantic Scholar, OpenAlex, Crossref.

Contains information from the Semantic Scholar Academic Graph Datasets, made available under the ODC Attribution License (ODC-BY 1.0).

Semantic Scholar’s data is described in: Kinney, R., et al. (2023). The Semantic Scholar Open Data Platform. arXiv:2301.10140.