中子星极限质量与半径及其启示

我们结合利用手征有效场论（$\chi$EFT）得到的直至两倍核饱和密度（$n_{\rm sat}=0.16\, \text{fm}^{-3}$）的稠密物质状态方程，以及近期对中子星的观测，以深入认识其中心所遇到的高密度物质。我们研究中的一个关键要素是基于$\chi$EFT展开中直至次次次领头阶的逐阶计算、近期对关联EFT截断误差的贝叶斯分析。我们精炼了由高密度下因果性所施加的最大质量界限，并给出了$\sim1.4\,{\rm M}_{\odot}$与$\sim2.0\,{\rm M}_{\odot}$星的最大与最小半径的严格限制。纳入从$n_{\rm sat}$到$2\,n_{\rm sat}$的$\chi$EFT预言，将$1.4\,{\rm M}_{\odot}$星半径$R_{1.4}$的允许范围缩小了$\sim3.5\, \text{km}$。若观测表明$R_{1.4}<11.2\, \text{km}$，我们的研究意味着要么在高于$2\,n_{\rm sat}$的密度下声速平方$c^2_{s}>1/2$，要么$\chi$EFT在低于$2\,n_{\rm sat}$时失效。我们也评论了质量为$\simeq 2.6\,{\rm M}_{\odot}$的GW190814中次级致密天体的性质，并讨论了未来射电与引力波搜寻中质量$>2.1 \,{\rm M}_{\odot}\,(2.6\,{\rm M}_{\odot})$的大质量中子星的启示。在此类大质量中子星核心中，必须实现某种$c^2_{s}>0.35\, (0.55)$的强相互作用物质。在低于$2\,n_{\rm sat}$无相变的情况下，由GW170817推断出的小潮汐形变度，支持$\chi$EFT对重子密度$n_{\rm B}$在$1-2\,n_{\rm sat}$范围内所预言的较小压强。二者共同意味着，支撑高最大质量所需的快速变硬应仅发生于$n_{\rm B} \gtrsim 1.5-1.8\,n_{\rm sat}$时。