Inferring the neutron star equation of state with nuclear-physics informed semiparametric models
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Over the past decade, an abundance of information from neutron-star observations, nuclear experiments and theory has transformed our efforts to elucidate the properties of dense matter. However, at high densities relevant to the cores of neutron stars (NSs), substantial uncertainty about the dense matter equation of state (EoS) remains. In this work, we present a semiparametric EoS framework aimed at better integrating knowledge across these domains in astrophysical inference. We use a meta-model and realistic crust at low densities, and Gaussian process (GP) extensions at high densities. Comparisons between our semiparametric framework to fully nonparametric EoS representations show that imposing nuclear theoretical and experimental constraints through the meta-model up to nuclear saturation density results in constraints on the pressure up to twice nuclear saturation density. We also show that our GP trained on EoS models with nucleonic, hyperonic, and quark compositions extends the range of EoS explored at high density compared to a piecewise polytropic extension schema, under the requirements of causality of matter and of supporting the existence of heavy pulsars (PSRs). We find that maximum Tolman–Oppenheimer–Volkoff masses above <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mn>3.2</mml:mn> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> can be supported by causal EoS compatible with nuclear constraints at low densities. We then combine information from existing observations of heavy PSR masses, gravitational waves emitted from binary NS mergers, and x-ray pulse profile modeling of millisecond PSRs within a Bayesian inference scheme using our semiparametric EoS prior. With information from all public NS Interior Composition ExploRer PSRs (including PSR J0030+0451, PSR J0740+6620, PSR J0437–4715, and PSR J0614–3329), we find an astrophysically favored pressure at two times nuclear saturation density of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mi>P</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:msub> <mml:mi>ρ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>nuc</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mn>1.98</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1.08</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>2.13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>34</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> dyn cm −2 , a radius of a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mn>1.4</mml:mn> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> NS value of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>1.4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mn>11.4</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.60</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.98</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> km, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>M</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>max</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mn>2.31</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.23</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.35</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> at the 90% credible level (C.L).
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».