Bayesian Inference of Strange Star Equation of State Using the GW170817 and GW190425 Data

Abstract

Abstract The observations of compact star inspirals from LIGO/Virgo provide a valuable tool to study the highly uncertain equation of state (EOS) of dense matter at the densities in which the compact stars reside. It is not clear whether the merging stars are neutron stars or quark stars containing self-bound quark matter. In this work, we explore the allowed bag-model-like EOSs by assuming the merging stars are strange quark stars (SQSs) from a Bayesian analysis employing the tidal deformability observational data of the GW170817 and GW190425 binary mergers. We consider two extreme states of strange quark matter, either nonsuperfluid or color–flavor locked (CFL) and find the results in these two cases essentially reconcile. In particular, our results indicate that the sound speed in the SQS matter is approximately a constant close to the conformal limit of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi>c</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msqrt> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msqrt> </mml:math> . The universal relations between the mass, the tidal deformability, and the compactness are provided for the SQSs. The most probable values of the maximum mass are found to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>TOV</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>2.10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.12</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.12</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.50em"/> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>2.15</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.14</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.16</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> for normal (CFL) SQSs at a 90% confidence level. The corresponding radius and tidal deformability for a 1.4 M ⊙ star are <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>R</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>1.4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>11.50</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.55</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.52</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.50em"/> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>11.42</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.44</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.52</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mspace width="0.50em"/> <mml:mi>km</mml:mi> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>1.4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>650</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>190</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>230</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.50em"/> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>630</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>150</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>220</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:math> , respectively. We also investigate the possibility of GW190814's secondary component m 2 of mass <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>2.59</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.09</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.08</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:m

Topics & Concepts