利用现有与未来引力波及脉冲星观测对中子星物质进行的非参数约束

对中子星的观测，无论是在双星中还是孤立存在，都提供了关于宇宙中最极端物质天体内部结构的信息。在这项工作中，我们结合近期观测的信息，对中子星物质的性质施加联合约束。我们使用(i)通过重脉冲星的射电观测获得的 neutron star 最大质量下限，(ii)通过中子星双星并合时发射的引力波推断出的潮汐性质约束，以及(iii)通过表面热点的X射线辐射获得的中子星质量与半径信息。为了结合来自这些不同信使的信息，同时避免参数化推断方案固有的建模系统误差，我们采用基于以核理论模型为条件的高斯过程的中子星状态方程非参数表示。我们发现，现有天文观测在90%可信度水平下意味着质量为 $1.4\,M_{\odot}$ 的中子星半径 $R_{1.4}=12.32^{+1.09}_{-1.47}\,\mathrm{km}$，以及两倍核饱和密度处的压强 $p(2\rho_\mathrm{nuc})=3.8^{+2.7}_{-2.9}\times10^{34}\,\mathrm{dyn}/\mathrm{cm}^2$。上限由引力波观测驱动，而X射线与重脉冲星观测驱动下限。此外，我们计算了未来潜在天文观测的预期约束，发现它们在未来五年内可联合将 $R_{1.4}$ 确定到 ${\cal{O}}(1)\,\mathrm{km}$ 精度，并将 $p(2\rho_\mathrm{nuc})$ 确定到80%的相对不确定度。