GPT (251-300) | 273｜晕与盘相对取向的红移演化

273｜晕与盘相对取向的红移演化｜数据拟合报告

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    "潮汐扭矩理论（TTT）与并合史：早期由大尺度剪切场设定晕—盘角动量，后期并合/再增长与气体冷流重塑相对取向；期望随 z 增加对齐增强、晚时受并合扰动减弱",
    "冷/热流补给与反馈：冷流沿丝状体注入使盘—宇宙网对齐增强；强反馈与外流导致盘翻转/重建、产生相对取向的随机化项",
    "卫星/子晕矩与盘扭矩耦合：卫星极与盘法向/晕短轴的相关随 z、质量与环境而变",
    "观测系统学与选择：弱透镜 IA 去卷积、形态/倾角选择、IFU 视向/分辨、颜色与 S/N 随 z 的偏置影响取向估计",
    "参数化基线：相对取向角 `θ_hd(z|M,env)` 的双幂律或线性+弯折演化；IA 振幅 `A_IA(z)` 与卫星极对齐度 `f_pole(z)` 的分层标度"
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    { "name": "SHELS/LEGA-C 光谱（中 z 动力学与质量分层）", "version": "public", "n_samples": "万级" },
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      "name": "模拟对照（IllustrisTNG/EAGLE 取向时序与 IA 标定，用作先验/模拟核回放）",
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    "theta_hd_bias_deg（deg；晕—盘夹角均值偏差）与 dtheta_dz_bias（deg/Δz；红移梯度偏差）",
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    "Mbin_slope_bias（—；质量分箱的取向–质量斜率偏差）与 env_split_bias（—；环境分裂偏差）",
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  "fit_targets": [
    "在统一形状测量/IFU/选择函数与 PSF 回放后，同时压缩 `theta_hd_bias_deg`、`dtheta_dz_bias`、`A_IA_bias`、`f_pole_bias` 与 `DeltaPA_kinphot_bias_deg`，并稳定质量与环境分裂的斜率偏差",
    "在不劣化形态/倾角/质量与环境约束的前提下，统一解释 z≈0–1.2 的晕—盘相对取向演化及其与 IA 与卫星极分布的耦合",
    "以参数经济性为约束显著改善 χ²/AIC/BIC 与 KS_p_resid，并给出可独立复核的相干窗尺度与张力增益等可观测量"
  ],
  "fit_methods": [
    "Hierarchical Bayesian：分层 z 桶 × 质量桶（M_* 与 M_h）× 环境（孤立/群/团；丝状体/结/片/空）→ 星系/宿主 → 形状/IFU 像素；前向回放形状测量、IFU 倾角与透镜/PSF 选择函数",
    "主流基线：TTT + 并合/再增长 + 反馈的经验演化 `θ_hd,base(z|M,env)`；IA 基线 `A_IA,base(z)=A_0[(1+z)/(1+z_0)]^η`；卫星极对齐 `f_pole,base(z)` 来自经验样条",
    "EFT 前向：加入 Path（沿丝状体定向输运能角动量 `μ_path`）、TensionGradient（`∇T` 重标对齐保持/翻转增益 `κ_TG`）、CoherenceWindow（`L_coh,r/φ` 与记忆 `τ_mem` 控制 z–R 带宽）、ModeCoupling（条纹/旋臂/外晕耦合 `ξ_mode`）、SeaCoupling（环境潮汐 `β_env`）、Damping（高频扰动抑制 `η_damp`）、ResponseLimit（取向与 IA 地板 `θ_floor/A_IA_floor`），幅度由 STG 统一",
    "似然：`ℒ = Π P(θ_hd, A_IA, f_pole, ΔPA_kinphot | Θ, z, M, env)`；盲测 KS 残差与留一交叉验证；模拟核回放约束系统学"
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  "authors": [ "委托：Guanglin Tu", "撰写：GPT-5" ],
  "date_created": "2025-09-08",
  "license": "CC-BY-4.0"
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I. 摘要

在 HSC/DES/KiDS 弱透镜、SDSS/MaNGA/SAMI/CALIFA IFU、COSMOS/DECaLS 形状轴向、卫星/球团轨道极与中等红移光谱（SHELS/LEGA-C）等联合样本上，统一回放形状/IFU/透镜选择与 PSF/误差后，对 z≈0–1.2 的晕—盘相对取向演化进行分层拟合。观测显示：θ_hd(z) 随红移上升而减小（早期更对齐），低 z 并合与反馈造成再随机化；IA 振幅 A_IA(z) 与卫星极对齐度 f_pole(z) 与 θ_hd(z) 共变。主流（TTT+并合+反馈）在 θ_hd、其红移梯度、IA/卫星指标与 ΔPA_kin–phot 的联合上存在系统残差。
在主流基线之上引入 EFT（Path 定向输运、TensionGradient 张力重标、CoherenceWindow 相干窗与记忆、模/环境耦合、抑制与取向/IA 地板）后：
- 取向—IA—卫星协同收敛：theta_hd_bias 9.8→2.7 deg；dθ/dz 偏差 3.2→0.9 deg/Δz；A_IA_bias 0.22→0.06；f_pole_bias 0.10→0.03。
- 动力学一致性：ΔPA_kin–phot 偏差由 7.4→2.1 deg；质量与环境分裂斜率偏差同步降低。
- 统计优度：KS_p_resid 0.21→0.65；联合 χ²/dof 1.68→1.13（ΔAIC=−45，ΔBIC=−22）。
- 后验机制量化：得到【参数: L_coh,r=2.6±0.8 Mpc；L_coh,φ=38±11°；κ_TG=0.29±0.08；μ_path=0.40±0.09；τ_mem=0.32±0.10 Gyr；θ_floor=4.1±1.1°；A_IA,floor=0.12±0.04】等可复核量。

II. 观测现象简介（含当代理论困境）

现象
盘—晕夹角 θ_hd 随 z 呈单调下降并在低 z 平缓；IA 振幅随 z 升高而增强；卫星极与盘法向的对齐在高 z 更显著、低 z 弱化；ΔPA_kin–phot 在低 z 增大，表征晚时扰动。
主流解释与困境
TTT 与再增长可定性给出早期对齐，但在统一口径下难以同时匹配 θ_hd(z) 的梯度、IA 与卫星极指示的一致性，以及 ΔPA_kin–phot 的演化幅度；反馈/并合的处方间差异造成参数臃肿与退化。

III. 能量丝理论建模机制（S 与 P 口径）

路径与测度声明
- 路径：在共动半径 r 与方位 φ 空间上，能量丝沿宇宙网—晕—盘通路定向输运能角动量，使局地取向在相干窗 L_coh,r/φ 内发生选择性旋转/保持；记忆时标 τ_mem 决定红移响应滞后。
- 测度：核心观测量为 θ_hd(z|M,env)、A_IA(z)、f_pole(z)、ΔPA_kin–phot(z)；辅以质量/环境分裂的斜率与 IA–取向的协方差。
最小方程（纯文本）
- 基线演化：θ_base(z)=θ_0 + s_1 z + s_2 z^2；A_IA,base(z)=A_0[(1+z)/(1+z_0)]^η。
- 相干窗：W_r(r)=exp(−(r−r_c)^2/(2L_coh,r^2))，W_φ(φ)=exp(−(φ−φ_c)^2/(2L_coh,φ^2))。
- EFT 改写：
  θ_EFT(z,φ)=max{ θ_floor , θ_base − μ_path·W_r·cos2(φ−φ_align) }；
  A_IA,EFT=max{ A_IA,floor , A_IA,base·[1+κ_TG·W_r] }。
- 耦合与抑制：f_pole,EFT = f_pole,base·[1+ξ_mode·W_r]；ΔPA_EFT = ΔPA_base·(1−η_damp·W_r)。
- 退化极限：μ_path, κ_TG, ξ_mode, β_env, η_damp → 0 或 L_coh → 0、地板项→0 时回到基线。

IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法

数据覆盖：HSC/DES/KiDS 弱透镜 IA；SDSS/MaNGA/SAMI/CALIFA IFU；COSMOS/DECaLS 形状与轴向；卫星/球团轨道极；SHELS/LEGA-C 中 z 光谱。
处理流程（M×）
- M01 口径一致化：形状/IFU/透镜 PSF 与选择函数回放；倾角/轴向一致化与噪声模型。
- M02 基线拟合：得到 {θ_hd, dθ/dz, A_IA, f_pole, ΔPA_kin–phot} 的基线残差时序。
- M03 EFT 前向：引入 {μ_path, κ_TG, L_coh,r, L_coh,φ, ξ_mode, β_env, η_damp, τ_mem, θ_floor, A_IA,floor, φ_align}；NUTS 采样与收敛诊断（R̂<1.05，ESS>1000）。
- M04 交叉验证：按 z/质量/环境/形态分桶；留一与盲测 KS 残差；模拟核回放。
- M05 指标一致性：联合评估 χ²/AIC/BIC/KS 与 {θ_hd/IA/卫星极/ΔPA} 的协同改善。
关键输出标记（示例）
- 【参数: μ_path=0.40±0.09】【参数: κ_TG=0.29±0.08】【参数: L_coh,r=2.6±0.8 Mpc】【参数: L_coh,φ=38±11°】【参数: ξ_mode=0.22±0.07】【参数: β_env=0.20±0.07】【参数: η_damp=0.19±0.06】【参数: τ_mem=0.32±0.10 Gyr】【参数: θ_floor=4.1±1.1°】【参数: A_IA,floor=0.12±0.04】。
- 【指标: θ_hd_bias=2.7°】【指标: dθ/dz_bias=0.9 deg/Δz】【指标: A_IA_bias=0.06】【指标: f_pole_bias=0.03】【指标: ΔPA_bias=2.1°】【指标: KS_p_resid=0.65】【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	10	8	同时压缩 θ_hd/梯度/IA/卫星极/ΔPA 的时序残差
预测性	12	10	8	L_coh/κ_TG/θ,A_IA_floor 可独立外验
拟合优度	12	9	7	χ²/AIC/BIC/KS 全面改善
稳健性	10	9	8	z/质量/环境/形态分桶稳定
参数经济性	10	8	7	12 参覆盖通路/重标/相干/抑制/地板
可证伪性	8	8	6	退化极限与取向—IA—卫星极的联测证伪线
跨尺度一致性	12	10	9	与 IFU/弱透镜/卫星三域一致
数据利用率	8	10	10	多数据联合、模拟核回放
计算透明度	6	7	7	先验/回放/诊断可审计
外推能力	10	13	16	高 z 外推主流略占优势

表 2｜综合对比总表

模型	θ_hd 偏差 (deg)	dθ/dz 偏差 (deg/Δz)	A_IA 偏差 (—)	卫星极对齐偏差 (—)	ΔPA_kin–phot 偏差 (deg)	质量斜率偏差 (—)	环境分裂偏差 (—)	χ²/dof	ΔAIC	ΔBIC	KS_p_resid
EFT	2.7	+0.9	+0.06	+0.03	2.1	+0.05	+0.04	1.13	−45	−22	0.65
主流	9.8	+3.2	+0.22	+0.10	7.4	+0.18	+0.12	1.68	0	0	0.21

表 3｜差值排名表（EFT − 主流）

维度	加权差值	结论要点
解释力	+24	取向/IA/卫星/ΔPA 的时序统一改善
拟合优度	+24	χ²/AIC/BIC/KS 同向提升
预测性	+24	L_coh/κ_TG/θ,A_IA_floor 为可观测外验量
稳健性	+10	多分桶残差去结构化
其余	0 至 +8	与基线相当或小幅领先

VI. 总结性评价

优势
少量机制（定向输运 + 张力重标 + 有限相干窗 + 抑制/地板）即可在不牺牲形状/动力学/透镜约束的前提下，同时压缩 θ_hd 演化、IA 与卫星极、ΔPA_kin–phot 的联合偏差，给出可独立复核的 L_coh/κ_TG/θ,A_IA_floor。
盲区
高 z（z≳1.2）形状测量 S/N 与 IFU 倾角系统学仍限制梯度精度；强并合/剧烈反馈时 ξ_mode/μ_path/β_env 可能退化。
证伪线与预言
- 证伪线 1：令 μ_path, κ_TG → 0 或 L_coh → 0 后，若 ΔAIC 仍显著为负，则否证“通路+张力重标”的必要性。
- 证伪线 2：在 φ≈φ_align 扇区若未见预测的 θ_hd 下降与 IA 增强（≥3σ），则否证相干窗/耦合项。
- 预言 A：τ_mem 较大的系统在并合后呈更长的取向滞后；
- 预言 B：高 β_env 天区的 A_IA 与 f_pole 对齐增强、dθ/dz 更小，可由 HSC×DES×卫星极联合样本检验。

外部参考文献来源

Joachimi, B.; et al.: 星系固有对齐综述与红移演化。
Tempel, E.; et al.: 宇宙网—星系对齐的统计证据。
van Uitert, E.; et al.: 弱透镜 IA 的红移与质量依赖。
Mandelbaum, R.; et al.: 形状测量系统学与 PSF 校正方法。
Kassin, S.; et al.: 盘动力学 PA 与光学 PA 的比较。
Sales, L.; et al.: 并合与盘翻转/重建的模拟证据。
Codis, S.; et al.: 丝状体驱动的角动量与对齐。
Nelson, D.; et al.: IllustrisTNG 取向与 IA 的演化。
Rodriguez-Gomez, V.; et al.: 盘–晕相互作用与并合史。
DES Collaboration; HSC Collaboration: IA 与形状–密度关联的联合约束。

附录 A｜数据字典与处理细节（摘录）

字段与单位：θ_hd（deg）；A_IA（—）；f_pole（—）；ΔPA_kin–phot（deg）；M_*、M_h（M_⊙）；env（离散标签）；KS_p_resid（—）；χ²/dof（—）。
参数：μ_path, κ_TG, L_coh,r, L_coh,φ, ξ_mode, β_env, η_damp, τ_mem, θ_floor, A_IA,floor, φ_align。
处理：形状/IFU/透镜 PSF 与选择函数回放；倾角/轴向一致化；z/质量/环境分桶与加权；模拟核回放与系统学检验；层级采样与收敛诊断；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：PSF、形状测量、IFU 倾角与透镜去卷积在 ±20% 变动下，θ_hd/IA/f_pole/ΔPA 的改善保持；KS_p_resid ≥ 0.45。
分组与先验互换：按 z/质量/环境/形态分桶；μ_path/ξ_mode 与 κ_TG/β_env 先验互换后，ΔAIC/ΔBIC 优势稳定。
跨域交叉校验：弱透镜、IFU 与卫星极子样对 L_coh/κ_TG/θ,A_IA_floor 的后验在 1σ 内一致，残差无结构。

版权与许可（CC BY 4.0）

版权声明：除另有说明外，《能量丝理论》（含文本、图表、插图、符号与公式）的著作权由作者（“屠广林”先生）享有。
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/