华中科技大学王炎教授团队近期发展了一种利用低频-高频（双线）引力波的探测来推断双中子星轨道几何构型和中子星内部结构的方法。该研究不依赖电磁波的观测，将对致密双星的演化和中子星状态方程等研究具有重要意义。

中子星双星系统是一类有趣的引力波源，它们是潜在的双线引力波系统：双星的旋近运动产生毫赫兹低频引力波，中子星的自旋产生千赫兹高频引力波。未来的空间低频引力波探测器和下一代地面高频引力波探测器将会极大增加探测双线引力波系统的可能性。前人的研究主要专注于中子星-白矮星双星系统，通过测量双线引力波应变振幅约束中子星惯性矩和赤道椭率的乘积；进一步地，通过脉冲双星的射电脉冲计时观测和引力辐射远大于电磁辐射的假设，求解中子星惯性矩和赤道椭率。

图1：双线引力波系统及其探测的概念图。

在此背景下，该工作针对空间引力波探测器天琴和LISA所能探测的密近双中子星系统，结合团队之前完成的自旋-轨道耦合效应对高频引力波波形修正的工作（Feng et al. PRD (2023)），改进了双中子星系统双线引力辐射的建模。这些波形中包含了双星几何和中子星物理的信息。在没有电磁波观测的情况下，仅利用双线引力波的联合探测，团队成员提出了一种测量双星自旋-轨道不对齐角和中子星惯性矩的新方法，其测量精度分别可以达到亚百分比和百分比的精度。

图2：针对一个典型的天琴或LISA可探测的紧密双中子星系统所作的参数推断。左图是利用低频信号推断的应变振幅因子和双星倾角；右图是结合高低频信号对双星自旋-轨道不对齐角所作的推断。类似地，利用从低频信号获取的高度精确的参数，高频信号的分析可以进一步约束中子星的惯性矩。

相关工作已被《物理学评论D辑（Physical Review D）》接收并发表，参见Feng et al. Phys. Rev. D 109, 043033 (2024)。该论文第一作者为华中科技大学物理学院博士研究生冯文凡。此工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.109.043033