由引力波观测对中子星状态方程的非参数推断

我们开发了一种由引力波（GW）观测推断普适中子星（NS）状态方程（EOS）的非参数方法。以一组核理论模型为条件，利用高斯过程生成许多不同的可能 EOS 实现。这些合成 EOS 按构造是因果且热力学稳定的，跨越压强-密度平面的广阔区域，并可被选择满足对 NS 质量的天体物理约束。将每个合成 EOS 与一组组分质量 $M_{1,2}$ 相关联并计算相应的潮汐形变 $\Lambda_{1,2}$，我们对 $M_{1,2}$ 和 $\Lambda_{1,2}$ 的 GW 似然进行蒙特卡洛积分，以直接推断 NS EOS 的后验过程。我们首先证明该方法能准确恢复注入的 GW 信号，随后将其用于分析 GW170817 的数据，在假设宽松 EOS 先验时，发现典型形变 $\Lambda_{1.4} = 160^{+448}_{-113}$，以及在两倍核饱和密度处压强 $p(2\rho_{\mathrm{nuc}})=1.35^{+1.8}_{-1.2}\times 10^{34}~\mathrm{dyn}/\mathrm{cm}^2$（90$\%$ 置信度），与先前研究一致。在更紧约束以近似理论 EOS 模型的先验下，我们恢复出 $\Lambda_{1.4} = 556^{+163}_{-172}$ 和 $p(2\rho_{\mathrm{nuc}})=4.73^{+1.4}_{-2.5}\times 10^{34}~\mathrm{dyn}/\mathrm{cm}^2$。我们进一步推断 EOS 所支持的最大 NS 质量为 $M_\mathrm{max}=2.09^{+0.37}_{-0.16}$（宽松先验）或 $2.04^{+0.22}_{-0.002}$ $M_\odot$（紧先验）。两个先验间的贝叶斯因子为 $B^{\mathcal{A}}_{\mathcal{I}} \simeq 1.12$，意味着数据都不强烈偏好其中之一，并表明仅由 GW170817 对 EOS 的约束可能相对由先验主导。