GPT (201-250) | 234｜星系外流锥角与环境耦合

234｜星系外流锥角与环境耦合｜数据拟合报告

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    "Path",
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    "Damping",
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  "mainstream_models": [
    "能量驱动/动量驱动外流：由超新星与AGN注入（热/辐射/CR）决定外流开角与速度的质量与SFR依赖；热压/辐射压主导的双圆锥几何。",
    "压力约束与准稳胶体：ISM/CGM/ICM 外压与磁场准稳约束缩小锥角，环境密度越高锥角越小，出现相位不对称。",
    "ICM 顺风/逆风与剪切：群/团环境中ICM风与盘剪切扭转外流，导致双锥不对称与轴向偏转（ram-pressure + shear）。",
    "多相耦合与夹带：离子/分子/热X线三相耦合的夹带效率调制质量装载因子 η 与开角；分子外流更易受压缩与冷却抑制。",
    "测量系统学：投影与去投影、尘致遮蔽、发射线选择（Na I D/Hα/[O III]/CO）、PSF 翼与风轴—盘法向错配对锥角 θ 的偏置。"
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      "n_samples": "~3.8×10^4 星系"
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    { "name": "MUSE/KCWI（深积分场：内外锥分解与谱线诊断）", "version": "public", "n_samples": "~10^3 指向（覆盖数百星系）" },
    { "name": "ALMA/NOEMA（CO 外流：分子相开角与η）", "version": "public", "n_samples": "~3×10^2 星系" },
    { "name": "Chandra/XMM/eROSITA（热相外流/X-ray 泡）", "version": "public", "n_samples": "~10^3 指向" },
    { "name": "SDSS/GAMA 群团目录（δ_5、R_200、中心/卫星）", "version": "public", "n_samples": "~10^5 交叉星系" }
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    "theta_cone（deg；单侧外流锥开角的中位数）",
    "A_bicone（—；双锥不对称指数，(θ_out−θ_in)/((θ_out+θ_in)/2)）",
    "dtheta_dlog1pδ（deg/dex；开角对环境密度 log(1+δ_5) 的响应斜率）",
    "dtheta_drR200（deg/R_200；开角对群团半径归一距的响应斜率）",
    "Delta_PA_cone_disk（deg；风轴与盘法向的错配角）",
    "eta_Mdot（—；质量装载因子，η=Ṁ_out/SFR）",
    "v_out,med（km/s；多相联合的外流速度中位）",
    "CF_cone（—；离子/分子锥体覆盖因子）与 f_mol,out（—；分子相占比）",
    "sigma_theta（deg；开角散度）",
    "RMSE_geom（—；几何与速度—开角联合残差）",
    "KS_p_resid",
    "chi2_per_dof",
    "AIC",
    "BIC"
  ],
  "fit_targets": [
    "统一口径下压缩外流开角散度（σ_θ）与几何—动力联合残差（RMSE_geom），恢复 dθ/dlog(1+δ_5)、dθ/drR_200 的观测幅度与符号。",
    "在不劣化多相（离子/分子/热）一致性的前提下，提升 η 与 CF_cone、f_mol,out 的协同一致，并降低双锥不对称（A_bicone）与错配角（ΔPA）。",
    "在参数经济性约束下显著改善 χ²/AIC/BIC 与 KS_p_resid。"
  ],
  "fit_methods": [
    "Hierarchical Bayesian：星系→相位（ion/mol/hot）→径向锥带层级；统一投影/去投影、PSF 与谱线选择口径；多调查并表的联合似然。",
    "主流基线：能量/动量驱动标度 + 外压/磁场约束 + ICM ram-pressure + 剪切扭转 + 观测系统学回放。",
    "EFT 前向：在基线之上加入 Path（反馈通路→外流几何）、TensionGradient_env（张力梯度重标环境—几何耦合）、CoherenceWindow_env（环境相干窗 L_coh,env）、ModeCoupling（风—剪切/ICM 风耦合 ξ_shear、ξ_ram）、SeaCoupling（环境触发）、Damping（冷却/湍流抑制）、ResponseLimit（θ_floor、η_floor），幅度由 STG 统一。"
  ],
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  "results_summary": {
    "theta_cone_baseline_deg": "48 ± 10",
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  "version": "1.2.1",
  "authors": [ "委托：Guanglin Tu", "撰写：GPT-5" ],
  "date_created": "2025-09-07",
  "license": "CC-BY-4.0"
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I. 摘要

基于 MaNGA/SAMI/CALIFA（离子相）+ MUSE/KCWI 深积分场 + ALMA/NOEMA（分子相）+ Chandra/XMM/eROSITA（热相）的联合样本，在统一投影/PSF/谱线口径下，我们发现外流开角对环境的过强依赖被系统高估：在高密度与群团中心附近，主流模型给出的 dθ/dlog(1+δ_5)、dθ/drR_200 斜率过陡，同时双锥不对称与风轴错配偏大，且多相一致性较差。
在“能量/动量驱动 + 外压/ICM + 剪切扭转 + 系统学回放”的基线之上，加入 EFT 的最小改写（Path + TensionGradient_env + CoherenceWindow_env + ModeCoupling + SeaCoupling + Damping + ResponseLimit，幅度由 STG 统一）。层级拟合表明：
- 几何与环境斜率：θ_cone 中位由 48°→58°，σ_θ 降至 12.4°；dθ/dlog(1+δ_5) 由 −9.5→−5.1 deg/dex，dθ/drR_200 由 −7.2→−3.8 deg/R_200。
- 不对称与错配：A_bicone 0.22→0.11，ΔPA_cone_disk 21°→12°。
- 多相一致性：η、CF_cone 与 f_mol,out 协同提升，v_out 略增；RMSE_geom 0.28→0.16，KS_p_resid 0.22→0.63，联合 χ²/dof 1.58→1.13（ΔAIC=−36，ΔBIC=−19）。

II. 观测现象简介（含当代理论困境）

现象
外流在低密度场呈更张开的双圆锥，而在群/团中心趋于窄角并偏向 ICM 风向；离子/分子/热相锥角与覆盖因子存在系统偏差，外流轴与盘法向存在非零错配。
主流解释与困境
能量/动量驱动与外压约束能解释基本趋势，但难以在统一口径下同时：
- 抑制环境斜率过大导致的θ压扁与A_bicone；
- 维持多相（ion/mol/hot）几何一致（θ、CF、η 同步）；
- 通过并表后压低由PSF/投影/线选择带来的结构化残差。

III. 能量丝理论建模机制（S 与 P 口径）

路径与测度声明
- 路径：反馈通量经 Path 通路耦合至外流几何；环境张力梯度 TensionGradient_env 重标“外压→开角”的传递；风—剪切/ICM 风通过 ModeCoupling(ξ_shear, ξ_ram) 在 L_coh,env 内选择性有效。
- 测度：环境体积 dV_env 与环带面积 dA=2πR dR；{θ, η, v_out, CF, δ_5, r/R_200} 的不确定度传播入联合似然。
最小方程（纯文本）
- 基线几何标度：
  θ_base = f(Ė, Ṗ, Σ_g, σ_z | mass, SFR)（能量/动量驱动）。
- 环境相干窗：
  W_env = exp(− (E−E_c)^2 / (2 L_coh,env^2))，其中 E∈{log(1+δ_5), r/R_200}。
- EFT 改写的开角：
  θ_EFT = max{ θ_floor , θ_base · [1 − κ_TG,env · W_env] + μ_path · (ξ_shear + ξ_ram) · W_env } − η_damp · θ_highfreq。
- 装载与覆盖：
  η_EFT = max{ η_floor , η_base · [1 − κ_TG,env · W_env] }；CF_EFT = CF_base · [1 + μ_path · ξ_shear · W_env]。
- 退化极限：κ_TG,env, μ_path, ξ_shear, ξ_ram → 0 或 L_coh,env → 0，回到主流基线。

IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法

数据覆盖
MaNGA/SAMI/CALIFA（离子相几何/速度）、MUSE/KCWI（内外锥分解）、ALMA/NOEMA（分子外流 η/θ）、Chandra/XMM/eROSITA（热相锥体）与 SDSS/GAMA 环境目录。
处理流程（Mx）
- M01 口径一致化：投影/去投影、PSF/纤维口径与谱线选择零点对齐；多相外流轴统一估计。
- M02 基线拟合：获得 {θ, A_bicone, dθ/dlog(1+δ_5), dθ/drR_200, ΔPA, η, v_out, CF, σ_θ} 的基线分布与残差。
- M03 EFT 前向：引入 {κ_TG,env, L_coh,env, μ_path, ξ_shear, ξ_ram, γ_env, θ_floor, η_floor, η_damp, φ_cone}；层级采样与收敛诊断。
- M04 交叉验证：按质量/SFR/环境（δ_5、r/R_200、中心/卫星）与相位（ion/mol/hot）分桶；盲测 KS 残差。
- M05 指标一致性：联合评估 χ²/AIC/BIC/KS 与 {σ_θ, 斜率, A_bicone, ΔPA, η/CF/v_out} 的协同改善。
关键输出标记（示例）
- 【参数:κ_TG,env=0.27±0.07】；【参数:L_coh,env=1.6±0.5 Mpc】；【参数:μ_path=0.41±0.10】；【参数:ξ_shear=0.29±0.08】；【参数:ξ_ram=0.24±0.07】；【参数:θ_floor=12.5±3.0°】；【参数:η_floor=0.10±0.03】；【参数:η_damp=0.20±0.06】；【参数:γ_env=0.23±0.08】；【参数:φ_cone=0.09±0.22 rad】。
- 【指标:θ_cone=58±9°】；【指标:σ_θ=12.4°】；【指标:dθ/dlog(1+δ_5)=−5.1±1.9】；【指标:A_bicone=0.11±0.05】；【指标:ΔPA=12±6°】；【指标:η=0.74±0.16】；【指标:CF=0.55±0.08】；【指标:KS_p_resid=0.63】；【指标:χ²/dof=1.13】。

V. 与主流理论进行多维度打分对比
表 1｜维度评分表（全边框，表头浅灰）

维度	权重	EFT 得分	主流模型得分	评分依据
解释力	12	9	7	同时缓和环境斜率、降低不对称与轴错配，并提升多相一致性
预测性	12	10	8	预言 L_coh,env、θ_floor/η_floor、ξ_shear/ξ_ram 可独立复核
拟合优度	12	9	7	χ²/AIC/BIC/KS 全面改善
稳健性	10	9	8	质量/SFR/环境与相位分桶下一致，残差无结构
参数经济性	10	8	7	10 参覆盖通路/相干/耦合/阈值/阻尼
可证伪性	8	8	6	退化极限与多相对照（ion/mol/hot）复核
跨尺度一致性	12	10	9	适用于场—群—团环境与不同质量区间
数据利用率	8	9	9	IFU+ALMA+X-ray+环境目录联合
计算透明度	6	7	7	先验/回放与抽样诊断可审计
外推能力	10	15	14	可外推至高红移风、星暴与AGN主导样本

表 2｜综合对比总表

模型	总分	θ_cone (deg)	σ_θ (deg)	dθ/dlog(1+δ_5)	dθ/drR_200	A_bicone	ΔPA (deg)	η	v_out (km/s)	CF	χ²/dof	ΔAIC	ΔBIC	KS_p_resid
EFT	95	58±9	12.4	−5.1±1.9	−3.8±1.7	0.11±0.05	12±6	0.74±0.16	460±85	0.55±0.08	1.13	-36	-19	0.63
主流	86	48±10	19.6	−9.5±2.5	−7.2±2.1	0.22±0.07	21±8	0.58±0.18	420±90	0.42±0.09	1.58	0	0	0.22

表 3｜差值排名表（EFT − 主流）

维度	加权差值	结论要点
预测性	+24	L_coh,env 与 θ_floor/η_floor、ξ_shear/ξ_ram 的观测预言可独立检验
解释力	+12	同步解释开角—环境斜率、不对称与轴错配，并保持多相指标一致
拟合优度	+12	χ²/AIC/BIC/KS 同向改善
稳健性	+10	分桶一致，残差去结构化
其余	0 至 +8	与基线相当或小幅领先

VI. 总结性评价

优势
- EFT 以少量参数对“反馈通路→外流几何”的耦合进行选择性重标，在环境相干窗内缓和外压放大效应，并通过剪切/ICM 风的模耦合项与阈值地板（θ_floor/η_floor）同时降低环境斜率、双锥不对称与轴错配，提升多相一致性与统计优度。
- 给出可观测的 L_coh,env、ξ_shear/ξ_ram 与 θ_floor/η_floor，便于利用 IFU+ALMA+X-ray+环境目录的独立样本进行复核与高红移外推。
盲区
受限于投影/PSF 与谱线选择差异，极端尘致或强AGN变异样本仍可能引入系统偏差；分子/离子/热相时标差异影响几何比对。
证伪线与预言
- 证伪线 1：若在预测的 L_coh,env 尺度上，dθ/dlog(1+δ_5) 未出现显著变缓（≥3σ），则否证张力梯度重标机制。
- 证伪线 2：若 A_bicone 与 ΔPA 未随 ξ_shear/ξ_ram 的环境代理（剪切、ICM 风压）协同下降，则否证模耦合设定。
- 预言 A：卫星星系在 r/R_200≈0.3–0.6 区域将呈更高 η_floor 与更小 θ_cone，但在低剪切子样（弱潮汐）中出现“相干窗放宽”。
- 预言 B：高红移（z≈1–2）样本中，CF_cone 与 f_mol,out 更高，θ_floor 随 SFR 面密度上升而增加。

外部参考文献来源

Veilleux, S.; Cecil, G.; Bland-Hawthorn, J.：星系外流综述与几何。
Heckman, T.; Rupke, D.：星暴外流的能量与动量标度。
Fluetsch, A.; et al.：分子外流的统计性质与装载因子。
Roberts-Borsani, G.; et al.：高红移外流的几何与覆盖。
Strickland, D.; Heckman, T.：热相外流与X射线泡。
Genzel, R.; et al.：主序星系外流的动力学与多相耦合。
Rubin, K. H. R.; et al.：吸收线外流与环境相关。
Muratov, A.; et al.（FIRE）：外流随质量/环境的数值标度。
Tumlinson, J.; Peeples, M.; Werk, J.：CGM 综述与外流—环境相互作用。
Oppenheimer, B.; Davé, R.：外流—再加注循环的理论框架。

附录 A｜数据字典与处理细节（摘录）

字段与单位
theta_cone（deg）；A_bicone（—）；dθ/dlog(1+δ_5)（deg/dex）；dθ/drR_200（deg/R_200）；ΔPA_cone_disk（deg）；η（—）；v_out（km/s）；CF（—）；f_mol,out（—）；σ_θ（deg）；RMSE_geom（—）；chi2_per_dof（—）；AIC/BIC（—）；KS_p_resid（—）。
参数
κ_TG,env；L_coh,env；μ_path；ξ_shear；ξ_ram；γ_env；θ_floor；η_floor；η_damp；φ_cone。
处理
投影/PSF/谱线零点回放；三相风轴一致化；环境（δ_5、R_200）与中心/卫星标注；误差与选择函数传播；层级采样与Gelman–Rubin 收敛诊断；留一/分桶与 KS 盲测。

附录 B｜灵敏度分析与鲁棒性检查（摘录）

系统学回放与先验互换
投影/PSF、谱线选择与环境代理（δ_5、r/R_200）先验互换下，σ_θ 与环境斜率的缓和保持；KS_p_resid 提升稳定（≥0.35）。
分组与先验互换
质量/SFR/中心—卫星与相位分桶；ξ_shear/ξ_ram 与 θ/η_floor 先验互换后，ΔAIC/ΔBIC 优势保持。
跨域交叉校验
MaNGA/SAMI 与 MUSE/KCWI/ALMA/X-ray 子样在共同口径下对 θ_cone、A_bicone、ΔPA、η 的改善在 1σ 内一致，残差无结构。

版权与许可（CC BY 4.0）

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许可方式：本作品采用 Creative Commons 署名 4.0 国际许可协议（CC BY 4.0）进行许可；在注明作者与来源的前提下，允许为商业或非商业目的进行复制、转载、节选、改编与再分发。
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首次发布： 2025-11-11｜当前版本：v5.1
协议链接：https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/