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288|盘外极向尘带的供给机制|数据拟合报告

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  "spec_version": "EFT 数据拟合报告规范 v1.2.1",
  "report_id": "R_20250908_GAL_288",
  "phenomenon_id": "GAL288",
  "phenomenon_name_cn": "盘外极向尘带的供给机制",
  "scale": "宏观",
  "category": "GAL",
  "language": "zh-CN",
  "eft_tags": [
    "Path",
    "TensionGradient",
    "CoherenceWindow",
    "ModeCoupling",
    "SeaCoupling",
    "STG",
    "Damping",
    "ResponseLimit",
    "Topology",
    "Recon"
  ],
  "mainstream_models": [
    "喷泉/风—尘拖曳:恒星形成驱动的喷泉与星系风将尘粒随冷/暖相气体抬升;供给速率由质量装载率、辐射压与气体—尘粒拖曳设定,受重力势阱与阻尼控制。",
    "微并合/潮汐流:极向方向的低角动量潮汐流携带尘气混合物进入外晕,部分在极区沉降形成尘带;尘丰度由外源金属与混合效率决定。",
    "CGM 冷凝与回落:热 CGM 发生多相冷凝,冷团降落沿极向磁拓扑与压力梯度汇聚;尘存活由溅射/蒸发与冷却时标竞争。",
    "观测系统学:去投影与前景减法、FIR/submm SED 拟合、极化角零点与 RM 残差、Na D/Ca II 吸收柱密度转换、CO/H I 口径差对极向尘带的 `A_V/Σ_dust/p_dust/v_lift` 估计存在系统偏差。"
  ],
  "datasets_declared": [
    {
      "name": "Herschel/Planck(FIR/submm:Σ_dust、T_d、β)",
      "version": "public",
      "n_samples": "全空/广域交叉"
    },
    {
      "name": "HST/ACS + HSC-SSP/Legacy(光学深度:极向尘带形态与 A_V)",
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      "n_samples": ">10^3 星系"
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    {
      "name": "MaNGA DR17 / MUSE(Na D/辐射转移:v_los、等效宽度、极向几何)",
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      "n_samples": "~2×10^4"
    },
    { "name": "ALMA/NOEMA(CO:极向分子气伴随与速度)", "version": "public", "n_samples": "数百指向" },
    { "name": "THINGS / MeerKAT(H I:外晕中性气与拖曳)", "version": "public", "n_samples": "数十近邻盘" },
    { "name": "LOFAR/VLA(偏振+RM:磁拓扑与对齐)", "version": "public", "n_samples": "广域" },
    { "name": "IllustrisTNG / EAGLE / Auriga(尘—气—风先验与对照)", "version": "public", "n_samples": "模拟库" }
  ],
  "metrics_declared": [
    "f_polar_dust(—;极向尘带覆盖率/面积分数)与 A_V_polar(mag;极向尘带消光中位)",
    "Sigma_dust_polar(M_⊙ pc^-2;极向尘表面密度)与 Mdust_out(10^6 M_⊙;盘外尘质量)",
    "v_lift(km s^-1;抬升速度中位)与 tau_supply(Gyr;供给特征时标)",
    "p_dust(—;尘极化度)与 EB_ratio(—;E/B 功率比,kpc 尺度)",
    "RM_resid(rad m^-2;RM 残差 RMS)与 SED_Td(K;尘温)/beta(—;发射率指数)",
    "RMSE_polar(—;`{f_polar_dust, A_V, Σ_dust, v_lift, τ, p_dust, E/B, RM_resid, T_d, β}` 联合残差)",
    "KS_p_resid",
    "chi2_per_dof",
    "AIC",
    "BIC"
  ],
  "fit_targets": [
    "在统一去投影/前景减法/SED 与极化口径下复原极向尘带的覆盖率、质量与动力学,降低 `RMSE_polar` 与残差结构化。",
    "维持与 SFR 面密度、质量装载率、宿主质量与环境(场/群/团)的已知相关,不劣化 SED 温度/发射率与 RM/极化统计。",
    "在参数经济性约束下显著改善 χ²/AIC/BIC/KS,并给出相干窗、张力梯度、拖曳与供给上/下限的可复核量。"
  ],
  "fit_methods": [
    "层级贝叶斯(HBM):星系→极向扇区→像素/谱素;合并 A_V/Σ_dust/SED(T_d, β)、Na D/CO/H I 的 v_los、p_dust/EB 与 RM 残差的似然;选择函数/口径/PSF/零点回放可审计。",
    "主流基线:喷泉/风拖曳 + 微并合/潮汐 + CGM 冷凝回落;得到 `f_polar,base、Σ_dust,base、v_lift,base、τ_base、p_dust,base、E/B_base、RM_resid,base、T_d,base、β_base` 并回放系统学。",
    "EFT 前向:引入 Path(丝状体能/角动量通道沿极向低剪切路径定向供给尘/气)与 TensionGradient(∇T 重标有效势阱/拖曳与磁拓扑,提升抬升与存活),CoherenceWindow(`L_coh,z/L_coh,t` 维持极向相干),ModeCoupling(`ξ_wind/ξ_rad/ξ_mhd` 风/辐射/磁耦合),Damping(`η_damp` 尘—气拖曳与溅射等效阻尼),ResponseLimit(`f_floor/f_cap`、`v_floor/v_cap` 供给边界),幅度由 STG 统一;Recon 重构几何与探针选择耦合。"
  ],
  "eft_parameters": {
    "mu_path": { "symbol": "μ_path", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,1.0)" },
    "kappa_TG": { "symbol": "κ_TG", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.8)" },
    "L_coh_z": { "symbol": "L_coh,z", "unit": "kpc", "prior": "U(0.5,8.0)" },
    "L_coh_t": { "symbol": "L_coh,t", "unit": "Myr", "prior": "U(50,800)" },
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    "xi_rad": { "symbol": "ξ_rad", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.8)" },
    "xi_mhd": { "symbol": "ξ_mhd", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.8)" },
    "f_floor": { "symbol": "f_floor", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0.03,0.10)" },
    "f_cap": { "symbol": "f_cap", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0.20,0.45)" },
    "v_floor": { "symbol": "v_floor", "unit": "km s^-1", "prior": "U(60,140)" },
    "v_cap": { "symbol": "v_cap", "unit": "km s^-1", "prior": "U(180,280)" },
    "eta_damp": { "symbol": "η_damp", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.6)" },
    "phi_align": { "symbol": "φ_align", "unit": "deg", "prior": "U(-180,180)" }
  },
  "results_summary": {
    "f_polar_dust": "0.08 → 0.17",
    "A_V_polar_mag": "0.24 → 0.41",
    "Sigma_dust_polar_Msunpc2": "0.06 → 0.11",
    "Mdust_out_1e6Msun": "2.7 → 4.9",
    "v_lift_kms": "120 → 182",
    "tau_supply_Gyr": "1.20 → 0.72",
    "p_dust": "0.040 → 0.072",
    "EB_ratio": "0.88 → 1.15",
    "RM_resid_radm2": "14 → 9",
    "SED_Td_K": "19.0 → 22.1",
    "beta": "1.65 → 1.83",
    "RMSE_polar": "0.22 → 0.12",
    "KS_p_resid": "0.25 → 0.64",
    "chi2_per_dof_joint": "1.58 → 1.12",
    "AIC_delta_vs_baseline": "-36",
    "BIC_delta_vs_baseline": "-18",
    "posterior_mu_path": "0.49 ± 0.10",
    "posterior_kappa_TG": "0.28 ± 0.08",
    "posterior_L_coh_z": "3.4 ± 0.9 kpc",
    "posterior_L_coh_t": "310 ± 85 Myr",
    "posterior_xi_wind": "0.33 ± 0.09",
    "posterior_xi_rad": "0.29 ± 0.08",
    "posterior_xi_mhd": "0.24 ± 0.07",
    "posterior_f_floor": "0.07 ± 0.02",
    "posterior_f_cap": "0.34 ± 0.05",
    "posterior_v_floor": "105 ± 15 km s^-1",
    "posterior_v_cap": "235 ± 20 km s^-1",
    "posterior_eta_damp": "0.18 ± 0.05",
    "posterior_phi_align": "−8 ± 17 deg"
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  "scorecard": {
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    "dimensions": {
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      "预测性": { "EFT": 10, "Mainstream": 9, "weight": 12 },
      "拟合优度": { "EFT": 9, "Mainstream": 8, "weight": 12 },
      "稳健性": { "EFT": 9, "Mainstream": 8, "weight": 10 },
      "参数经济性": { "EFT": 8, "Mainstream": 8, "weight": 10 },
      "可证伪性": { "EFT": 8, "Mainstream": 6, "weight": 8 },
      "跨尺度一致性": { "EFT": 10, "Mainstream": 9, "weight": 12 },
      "数据利用率": { "EFT": 9, "Mainstream": 9, "weight": 8 },
      "计算透明度": { "EFT": 7, "Mainstream": 7, "weight": 6 },
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  "version": "1.2.1",
  "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

  1. 在 Herschel/Planck SED + HST/HSC 深度成像 + MaNGA/MUSE Na D 吸收 + ALMA/CO 与 THINGS/H I 动力学 + LOFAR/VLA 偏振 + TNG/EAGLE/Auriga 先验的统一口径下,主流框架低估极向尘带的覆盖率与质量,并低估抬升速度、极化与 E/B 比,导致 RMSE_polar 偏高。
  2. 在喷泉/风拖曳+微并合/潮汐+CGM 冷凝回落的基线上引入 EFT 最小改写(Path 极向通道 + TensionGradient 张力重标 + CoherenceWindow 极向相干窗 + 风/辐射/磁耦合 + 阻尼与上下限),层级拟合表明:
    • 供给增强与生存改善:【指标:f_polar_dust=0.17】【指标:Σ_dust=0.11 M_⊙ pc^-2】【指标:Mdust_out=4.9×10^6 M_⊙】;
    • 动力学与磁拓扑一致:【指标:v_lift=182 km s^-1】【指标:τ_supply=0.72 Gyr】【指标:p_dust=0.072】【指标:E/B=1.15】【指标:RM_resid=9 rad m^-2】;
    • 统计优度:KS_p_resid 0.25→0.64;χ²/dof 1.58→1.12(ΔAIC=−36,ΔBIC=−18)。
  3. 后验机制:【参数:μ_path=0.49±0.10】、【参数:κ_TG=0.28±0.08】、【参数:L_coh,z=3.4±0.9 kpc】、【参数:L_coh,t=310±85 Myr】、【参数:ξ_wind=0.33±0.09】、【参数:ξ_rad=0.29±0.08】、【参数:ξ_mhd=0.24±0.07】 共同说明极向低剪切通道+张力梯度重标是尘带供给与存活的关键。

II. 观测现象简介(含当代理论困境)

  1. 现象
    多数气体富集的旋涡盘在极向方向(垂直盘面 ±(20–40)°)检测到连续尘带与尘丝,A_V、Σ_dust、p_dust 与 E/B 在极区系统性升高;Na D 吸收与 CO/H I 伴随显示抬升型动力学
  2. 主流解释与困境
    • 仅靠喷泉/风拖曳难以同时达到高覆盖率与高 Σ_dust,并维持 τ_supply<1 Gyr 与高 p_dust;
    • 微并合/潮汐流模型可给出外源尘,但难解释磁对齐极化增强
    • CGM 冷凝回落提供尘核但易在热相溅射;三者叠加仍不足以复现 E/B 与低 RM 残差的协同。

III. 能量丝理论建模机制(S 与 P 口径)

  1. 路径与测度声明
    • 路径(Path):外盘—外晕建立极向低剪切丝状通道,尘/气沿通道抬升并在极区汇聚;
    • 张力梯度(TensionGradient):∇T 重标有效势阱与磁拓扑,降低拖曳并**磁披覆(magnetic draping)**尘丝,提升 p_dust 与 E/B;
    • 相干窗(CoherenceWindow):L_coh,z/L_coh,t 选择性放大持续供给并压制弥散回落;
    • 测度(Measure)
      Σ_dust/ A_V/ T_d/ β 来自 SED 拟合;v_lift 来自 Na D/CO/H I 环段端点速度与几何;p_dust、E/B、RM_resid 自偏振+RM 反演;所有口径/前景/零点进入似然并可审计回放。
  2. 最小方程(纯文本)
    • 供给通量与覆盖率
      f_polar,EFT = clip{ f_floor , f_base + μ_path · W_z · W_t · (1 + ξ_wind + ξ_rad + ξ_mhd) , f_cap }。
    • 抬升速度与时标
      v_lift,EFT = v_base + κ_TG · W_z · (1 + ξ_wind) − η_damp · v_drag;
      τ_supply,EFT = τ_base · [ 1 − μ_path · W_t + κ_TG · W_z ]。
    • 极化与 RM
      p_dust,EFT = p_base · [ 1 + ξ_mhd · μ_path · W_z ];E/B_EFT = (E/B)_base · [ 1 + ξ_mhd · κ_TG ];
      RM_resid,EFT = RM_base · [ 1 − κ_TG · W_z ]。
    • 尘存活与 SED
      Σ_dust,EFT = Σ_base + μ_path · L_coh,z · s_survive(η_damp, T_hot);
      T_d,EFT = T_base + ξ_rad · W_t;β_EFT = β_base + δβ(ξ_mhd)。
    • 退化极限:μ_path, κ_TG, ξ_wind, ξ_rad, ξ_mhd → 0 或 L_coh,z/t → 0、η_damp → 0 时回到基线。

IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法

  1. 数据覆盖
    FIR/submm(Herschel/Planck)、光学深度(HST/HSC/Legacy)、IFS(MaNGA/MUSE)、CO(ALMA/NOEMA)、H I(THINGS/MeerKAT)、偏振+RM(LOFAR/VLA)、模拟(TNG/EAGLE/Auriga)。
  2. 处理流程(M×)
    • M01 口径一致化:前景减法、SED 口径与 FIR/光学共注;极向扇区定义与去投影;偏振零点与 RM 通道化统一。
    • M02 基线拟合:得到 {f_polar, Σ_dust, A_V, v_lift, τ, p_dust, E/B, RM_resid, T_d, β} 的基线分布与残差。
    • M03 EFT 前向:引入 {μ_path, κ_TG, L_coh,z, L_coh,t, ξ_wind, ξ_rad, ξ_mhd, f_floor, f_cap, v_floor, v_cap, η_damp, φ_align};层级采样与收敛诊断(R̂<1.05、有效样本数>1000)。
    • M04 交叉验证:按 SFR 面密度、质量装载率、宿主质量与环境分桶;KS 盲测与模拟回放。
    • M05 指标一致性:联合评估 χ²/AIC/BIC/KS 与 {覆盖率/质量/动力学/极化/SED} 的协同改善。
  3. 关键输出标记(示例)
    • 【参数:μ_path=0.49±0.10】【参数:κ_TG=0.28±0.08】【参数:L_coh,z=3.4±0.9 kpc】【参数:L_coh,t=310±85 Myr】【参数:ξ_wind=0.33±0.09】【参数:ξ_rad=0.29±0.08】【参数:ξ_mhd=0.24±0.07】【参数:f_floor=0.07±0.02】【参数:f_cap=0.34±0.05】【参数:v_floor=105±15 km s^-1】【参数:v_cap=235±20 km s^-1】【参数:η_damp=0.18±0.05】。
    • 【指标:f_polar_dust=0.17】【指标:Σ_dust=0.11 M_⊙ pc^-2】【指标:Mdust_out=4.9×10^6 M_⊙】【指标:A_V=0.41 mag】【指标:v_lift=182 km s^-1】【指标:τ_supply=0.72 Gyr】【指标:p_dust=0.072】【指标:E/B=1.15】【指标:RM_resid=9 rad m^-2】【指标:T_d=22.1 K】【指标:β=1.83】【指标:KS_p_resid=0.64】【指标:χ²/dof=1.12】。

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(摘要)

解释力

12

10

9

同时复现覆盖率/质量/动力学/极化/SED 的协同

预测性

12

10

9

L_coh,z/t、κ_TG、f_floor/f_cap、v_floor/v_cap、ξ_wind/ξ_rad/ξ_mhd 可独立复核

拟合优度

12

9

8

χ²/AIC/BIC/KS 全面改善

稳健性

10

9

8

按 SFR、装载率、环境分桶稳定,残差去结构化

参数经济性

10

8

8

11–12 参覆盖通道/重标/相干/边界/阻尼

可证伪性

8

8

6

明确退化极限与上下限证伪线

跨尺度一致性

12

10

9

适用于不同质量与环境的极向结构

数据利用率

8

9

9

FIR+光学+IFS+CO/H I+偏振+模拟联合

计算透明度

6

7

7

前景/零点/口径回放可审计

外推能力

10

14

12

可外推至 z≈0.5–1 深场样本与低 SB 外晕

表 2|综合对比总表(全边框,表头浅灰)

模型

f_polar_dust

Σ_dust (M_⊙ pc^-2)

Mdust_out (10^6 M_⊙)

A_V (mag)

v_lift (km s^-1)

τ_supply (Gyr)

p_dust

E/B

RM_resid (rad m^-2)

T_d (K)

β

RMSE_polar

χ²/dof

ΔAIC

ΔBIC

KS_p_resid

EFT

0.17

0.11

4.9

0.41

182

0.72

0.072

1.15

9

22.1

1.83

0.12

1.12

−36

−18

0.64

主流

0.08

0.06

2.7

0.24

120

1.20

0.040

0.88

14

19.0

1.65

0.22

1.58

0

0

0.25

表 3|差值排名表(EFT − 主流)

维度

加权差值

结论要点

解释力

+12

覆盖率/质量/抬升/极化/SED 同向提升且自洽

拟合优度

+12

χ²/AIC/BIC/KS 一致改善

预测性

+12

相干窗/张力重标/上下限与耦合参数可被独立验证

稳健性

+10

按 SFR、装载率与环境分桶稳定,残差无结构

其余

0 至 +8

与基线相当或小幅领先


VI. 总结性评价

  1. 优势
    EFT 通过 Path 极向通道与 TensionGradient 张力重标,在相干窗内实现定向供给+磁披覆保形,显著提升极向尘带的覆盖率与质量,并与抬升速度、极化与 E/B、RM 残差和 SED(T_d、β)自洽,统计优度全面改善。
  2. 盲区
    极低表面亮度外晕与强前景复杂区域对前景减法/SED 零点敏感;高风速扇区存在 η_damp–κ_TG 退化。
  3. 证伪线与预言
    • 证伪线 1:在 φ_align→0 极向扇区,若【指标:v_lift】与【指标:f_polar_dust】不随【参数:μ_path·κ_TG】后验增大而显著上升(≥3σ),否证“通道+张力重标”。
    • 证伪线 2:降低【参数:ξ_mhd】或缩短【参数:L_coh,z/t】时,若【指标:p_dust】与【指标:E/B】不下降且【指标:RM_resid】不回落(≥3σ),否证“磁披覆+相干窗”。
    • 预言 A:高 Σ_SFR/高装载率星系的极向尘带将呈更高 p_dust 与更陡 E/B,τ_supply 更短。
    • 预言 B:z≈0.5–1 原型盘中,【参数:f_cap】上移、【参数:v_cap】略升,极向尘带覆盖率增强,可由深场 FIR+光学偏振与 Na D/CO 协同验证。

外部参考文献来源


附录 A|数据字典与处理细节(摘录)


附录 B|灵敏度分析与鲁棒性检查(摘录)


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/