Abstract We present the Dark Energy Camera (DECam) discovery of the optical counterpart of the first binary neutron star merger detected through gravitational-wave emission, GW170817. Our observations commenced 10.5 hr post-merger, as soon as the localization region became accessible from Chile. We imaged 70 deg 2 in the i and z bands, covering 93% of the initial integrated localization probability, to a depth necessary to identify likely optical counterparts (e.g., a kilonova). At 11.4 hr post-merger we detected a bright optical transient located  from the nucleus of NGC 4993 at redshift z = 0.0098, consistent (for  km s −1 Mpc −1 ) with the distance of 40 ± 8 Mpc reported by the LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration (LVC). At detection the transient had magnitudes of  and  , and thus an absolute magnitude of  , in the luminosity range expected for a kilonova. We identified 1500 potential transient candidates. Applying simple selection criteria aimed at rejecting background events such as supernovae, we find the transient associated with NGC 4993 as the only remaining plausible counterpart, and reject chance coincidence at the 99.5% confidence level. We therefore conclude that the optical counterpart we have identified near NGC 4993 is associated with GW170817. This discovery ushers in the era of multi-messenger astronomy with gravitational waves and demonstrates the power of DECam to identify the optical counterparts of gravitational-wave sources.

We perform a comprehensive study of Milky Way (MW) satellite galaxies to constrain the fundamental properties of dark matter (DM). This analysis fully incorporates inhomogeneities in the spatial distribution and detectability of MW satellites and marginalizes over uncertainties in the mapping between galaxies and DM halos, the properties of the MW system, and the disruption of subhalos by the MW disk. Our results are consistent with the cold, collisionless DM paradigm and yield the strongest cosmological constraints to date on particle models of warm, interacting, and fuzzy dark matter. At 95% confidence, we report limits on (i) the mass of thermal relic warm DM, mWDM>6.5 keV (free-streaming length, λfs≲10h−1 kpc), (ii) the velocity-independent DM-proton scattering cross section, σ0<8.8×10−29 cm2 for a 100 MeV DM particle mass [DM-proton coupling, cp≲(0.3 GeV)−2], and (iii) the mass of fuzzy DM, mϕ>2.9×10−21 eV (de Broglie wavelength, λdB≲0.5 kpc). These constraints are complementary to other observational and laboratory constraints on DM properties.Received 30 July 2020Revised 12 December 2020Accepted 27 January 2021DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.091101© 2021 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasDark matterParticle dark matterPhysical SystemsGalactic halosGravitation, Cosmology & Astrophysics