若中子星最大质量超过约 2.3 M_{\odot} 会怎样？

通过假设 GW170817 并合事件后迅速形成黑洞，Shibata 等人更新了稳定中子星最大质量（$M_\textrm{max}$）在 $\lesssim$ 2.3 $M_{\odot}$ 内的约束，但从微观物理与天体物理两个角度看，均无确凿证据排除 $M_\textrm{max}>2.3~M_{\odot}$ 的可能。为解释大质量脉冲星，自然可预期状态方程（EOS）在特定密度之上会变硬。本文考虑 $M_\textrm{max}>2.3~M_{\odot}$ 的状态方程之可能性，在多面体模型中研究其硬度与转变密度。我们考虑两类中子星：普通中子星（密度在引力束缚表面处为零）与奇异星（在自束缚表面存在尖锐密度间断）。该多面体模型在两种情形下均仅有两个参数输入：对引力束缚天体为（$\rho_{\rm t}$, $\gamma$），对自束缚天体为（$\rho_{\rm s}$, $\gamma$），其中 $\rho_{\rm t}$ 为转变密度，$\rho_{\rm s}$ 为表面密度，$\gamma$ 为多方指数。在 $M_\textrm{max}>2.3~M_{\odot}$ 的情形下，发现普通中子星最小的 $\rho_{\rm t}$ 与 $\gamma$ 应分别为 $\sim 0.50~\rho_0$ 与 $\sim 2.65$；而对奇异星，若 $\rho_{\rm s} > 1.0~\rho_0$ 则 $\gamma > 1.40$，若 $\gamma <2.0$ 则 $\rho_{\rm s} < 1.58~\rho_0$（$\rho_0$ 为核饱和密度）。这些参数结果可指导未来若测得高于 $2.3~M_{\odot}$ 的脉冲星质量时，任何基于微观物理基础的真实 EOS 的进一步研究。我们还推导出普通中子星半径范围的粗略结果：普通中子星为 $9.8~\rm{km} < R_{1.4} < 13.8~\rm{km}$，奇异星为 $10.5~\rm{km} < R_{1.4} < 12.5~\rm{km}$。