第3.1节：星系旋转曲线：不靠暗物质也能拟合

目录 ／ 第3章：宏观宇宙

名词约定

本节把外盘“额外牵引”统一解释为由广义不稳定粒子（GUP，见1.10节）在存续期叠加牵引形成的统计张度引力（STG，见1.11节），以及在解构/湮灭注入时形成的张度本地噪声（TBN，见1.12节）的共同结果。下文起统一简称为不稳定粒子，并使用统计张度引力、张度本地噪声的中文全称。

一、现象与困境

• 外盘“走平”
  许多旋涡星系在光学盘之外，可见物质已很稀，按直觉转速应随半径下降；观测却显示外盘长程维持高位平台。
• 两条异常紧密的规律
  第一，可见物质量—外盘特征转速近似“一条线”，散布极小。
  第二，在每个半径处，总向心拉力—可见拉力呈近一对一对应，同样紧致。
• 多样而统一
  曲线形态多样（尖核/平核、平台半径与高度不同、细纹理各异），受环境与事件史影响明显，但同时遵守上述两条紧关系，指向同一底层机制。
• 传统做法的难点
  用看不见的“外包”成分可逐个拟合，但常需对象化调参；两条紧关系的极小散布亦难由“各自不同的形成史”自然收束。

要点： 外盘“额外牵引”不必然来自新增物质，也可源于宇宙介质的统计响应。

二、机制图像：一张度地形，三层贡献

1. 基础内坡（可见物质）
   恒星与气体把能量海拉出向内的张度坡度，提供基本向心引导。其径向衰减较快，单独难以托平外盘。
   观测抓手： 光度—质量比、气体面密度分布越集中，内核越“尖”。
2. 平滑加成坡（统计张度引力）
   不稳定粒子在寿命期对介质张度产生细小牵引；这些牵引在时空中叠加平均，形成平滑而持久的张度势偏置。
   关键性质：

• 分布平滑： 随半径缓慢减弱，至外盘仍具强度（托平台）。
• 与活性共调： 强度与恒星形成、并合/扰动、气体往复、棒/旋臂剪切正相关。
• 自洽锁定： 供给与搅动↑ → 活性↑ → 加成坡↑ → 外盘速度标尺被锁定。
  观测抓手： SFR 面密度、棒强度、气体回流、并合迹象与平台高度/长度相关。

3. 低幅纹理（张度本地噪声）
   不稳定粒子在解构/湮灭时向介质注入宽带、低相干波团，叠加成弥散本底，给外盘速度增加小幅起伏与展宽，不改“平均走平”。
   观测抓手： 射电晕/遗迹、低对比弥散结构、速度场“颗粒感”，并在并合轴/剪切区同向增强。

径向分区直觉

• 内区（R ≲ 2–3 Rd）：可见引导主导，统计张度引力微调 → 决定“尖/平”。
• 中区（过渡带）：两者相当 → 曲线由陡转平，位置随活性与历史漂移。
• 外区（平台）：统计张度引力占比上升 → 高位平台与轻微纹理。

结论： 外盘平台 ≈ 可见引导 + 统计张度引力；外盘细小起伏 ≈ 张度本地噪声。

三、两条“紧关系”的来龙去脉

• 质量—速度近“一条线”
  可见物质既提供供给也带来搅动，决定不稳定粒子的总体活性；活性又设定平台的速度标尺。因此可见物质量与外盘特征转速呈同源同调的近线性关系（散布小）。
• 径向的总拉力—可见拉力一对一
  总向心 = 可见引导 + 统计张度引力（平滑加成）。内盘“可见主导”，外盘“统计张度引力占比升高”，于是半径上点对点呈现平滑对应。

直观检验： 同一半径处把动力学残差映射到气体/尘埃剪切与射电弥散强度，应呈共向相关。

要点： 两条紧关系是同一张度地形在“质量—速度”和“半径—拉力”两个投影下的必然外观。

四、核区为何“尖/平”并存

• 剪平机制： 长期活跃（并合、爆发、强剪切）“揉松”局部张度地形，削减内坡陡度，形成平核。
• 拉紧机制： 深势阱 + 稳定供给 + 温和扰动，有利于恢复/保持尖核。

结论： “尖/平”是同一张度网络在不同事件史与环境下的两端态。

五、把多观测放到同一张度地图上（操作版）

1. 应共图的量

• 旋转曲线平台的高度/长度
• 弱/强透镜 κ 等高线的拉伸方向与中心偏置
• 气体速度场的剪切条纹与非高斯翼
• 射电晕/遗迹的弥散强度与取向
• 偏振/磁场线的走向（指示长期剪切）

2. 共图判据

• 空间同向： 上述量在并合轴/棒轴/旋臂切向上共位/共向。
• 历元一致： 活跃期先见弥散抬升（噪声），后见平台加深/延展（牵引）；静期反向回落。
• 跨波段不分色： 在剔除介质色散后，平台与残差的方向性跨波段一致（由张度地形决定）。

六、可检预言（落地到观测/拟合流程）

1. P1｜先噪后力（时序）
   预测： 爆发/并合后，射电弥散先抬升（张度本地噪声↑），数千万年至数亿年尺度上平台高度/半径随之增强（统计张度引力↑）。
   观测： 多历元/多环带联合拟合，检视弥散→平台时间滞后。
2. P2｜环境依赖（空间）
   预测： 高剪切/并合轴方向平台更长更高，速度场颗粒感更强。
   观测： 沿棒轴、并合轴做扇区曲线与弥散剖面对比。
3. P3｜共图对账（多模）
   预测： κ 长轴、速度剪切峰、射电条带、偏振主轴共向。
   观测： 四图同坐标注册，计算矢量余弦相似度统计。
4. P4｜外盘谱形
   预测： 外盘速度残差功率谱在中低频段呈缓坡，匹配张度本地噪声的宽带低相干特征。
   观测： 残差谱与射电弥散谱的峰位/斜率相关。
5. P5｜拟合流程（参数经济）
   步骤：

• 用光度/气体给出可见内坡先验；
• 由 SFR、并合指标、棒强度与剪切给出统计张度引力幅值/尺度先验；
• 由射电弥散/纹理给出张度本地噪声展宽先验；
• 少量共用参数完成全曲线拟合，并与透镜/速度场共图校验。
  目标： 一组参数，多数据共拟合，而非逐对象外包漫调。

七、直观类比

顺风带上的车队
发动机 = 可见引导；
顺风带 = 统计张度引力（随半径慢减仍能托速）；
微颠簸 = 张度本地噪声（让速度曲线有轻微“颗粒感”）；
管理指标：油门（供给）—路况维护（剪切/活跃度）—顺风维持（加成坡幅值）。

八、与传统框架的关系

• 解释路线不同： 传统把“额外牵引”归因于新增“外包”成分；此处还原为介质的统计响应：统计张度引力（平滑加成坡）＋张度本地噪声（低幅纹理）。
• 参数经济性更好： 关键由三件同源量控制：可见供给、长期搅动、由此维持的张度偏置；减少对象化调参。
• 多观测量共用一图： 旋转曲线、透镜、气体动力学、偏振是同一张度地图的不同投影。
• 包容而非对立： 即便未来发现新成分，也可视作显微来源之一；就旋转曲线的主特征而论，介质统计效应已足以给出统一拟合。

九、结论

同一张度地形同时解释了外盘“走平”、两条紧关系、核区“尖/平”并存与细纹理差异：

• 可见物质塑形基础内坡；
• 统计张度引力在其上铺出平滑、持久、缓减的加成坡，托住外盘速度并将速度标尺与可见质量同源锁定；
• 张度本地噪声叠加低幅“颗粒感”，不改总体平台。

收束结论： 旋转曲线问题从“堆多少看不见的物质”转为“读懂同一张度地形如何被持续塑形”。在这一统一的介质机制下，平台、紧关系、核区形态与环境依赖不再是分散谜题，而是同一物理过程的不同表情。