运用核物理信息半参数模型推断中子星方程状态

过去十年，中子星观测、核实验和理论信息的海量数据已显著推动我们阐明密集物质性质的努力。然而，在中子星核心相关的高密度条件下，关于稠密物质方程状态（EoS）的不确定性仍然 substantial。本文提出一种半参数 EoS 框架，旨在更好地整合这些领域的知识进行天文推断。我们在低密度处采用 Meta 模型，在高密度处采用高斯过程扩展。将我们的半参数框架与完全非参数 EoS 表示进行比较显示，通过在核饱和密度以下对核理论和实验约束的 Meta 模型，结果在核饱和密度的两倍处对压力施加了约 twice 的约束。我们表明，与分段多项式延拓方案相比，我们在满足物质因果性和支持重中子星存在要求下，由含核、超核和夸克组成的 EoS 模型训练的高斯过程扩展了高密度处探索 EoS 的范围。我们发现，质量超过 $3.2 M_\odot$ 的最大 TOV 质量可由与核约束相容且因果的 EoS 支持。随后，我们在贝叶斯推断方案中结合来自重中子星质量观测、二进制中子星合并引力波以及毫秒中子星 X 射线脉冲轮廓建模的信息。基于当前天文观测，我们发现两倍核饱和密度处的偏好压力为 $P(2\rho_{\rm nuc}) = 1.98^{+2.13}_{-1.08}\times10^{34}$ dyn/cm$^{2}$，$1.4 M_\odot$ 中子星半径为 $R_{1.4} = 11.4^{+0.98}_{-0.60}$ km，最大质量为 $M_{\rm max} = 2.31_{-0.23}^{+0.35} M_\odot$（以 90% 可信区间表示）。