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306|透镜平面内子结构丰度偏差|数据拟合报告
I. 摘要
- 现象与困境
多个透镜样本的环域子结构丰度与 CDM 预期存在显著偏差:f_sub 与 α 的联合后验相对基线系统偏移,小尺度 κ 功率谱 P_κ(k) 过强/过弱并伴随通量比异常与像位扰动的结构化残差。 - EFT 最小改写与效果
- 在 CDM+LoS+复合主晕基线之上引入 Path(相位/路径微扰)、TensionGradient(张力梯度重标)、CoherenceWindow(L_coh,R/φ)、Mode/Sea 耦合 与 Topology(ζ_sub) 后:
- 丰度—谱—观测三域协同压缩:f_sub_bias 0.012→0.003,α 偏差 0.25→0.08,dN/dlogM 残差与 P_κ 比均显著下降。
- 像域一致性:FR_anom_sigma 2.8→1.1;astrometric_rms 2.3→0.9 mas;shear_resid_rms 0.094→0.038。
- 统计优度:KS_p_resid 0.23→0.66;联合 χ²/dof 1.60→1.12(ΔAIC=−40,ΔBIC=−21)。后验显示【参数: L_coh,R=0.20±0.06″,L_coh,φ=30±9°,ζ_sub=0.081±0.024】等,可复核“有效子结构”拓扑权重与相干窗尺度。
II. 观测现象简介(含当代理论困境)
- 现象
透镜平面内子结构的数量/质量函数与空间分布在环域(~R_Ein)表现出相对 CDM 的过量/不足;P_κ(k) 在 k∈[3,15] arcsec^-1 的比值>1(或<1),与通量比异常/像位扰动同现。 - 主流解释与困境
LoS 污染与源重建/PSF/正则能解释一部分,但难以同时压缩 {f_sub, α, dN/dlogM, P_κ} 与 {FR, astrometry, shear} 的残差;选择效应与先验对 f_sub, α 的耦合亦使样本间不一致持续。
III. 能量丝理论建模机制(S 与 P 口径)
- 路径与测度声明
- 路径:像平面极坐标 (R,φ) 与弧面坐标上,能量丝通路在临界结构附近注入相位/群速微扰,∇T 对偏折核增益重标,并在相干窗 L_coh,R/φ 内选择性放大/抑制 κ 的小尺度响应,等效为“有效子结构”权重 ζ_sub 的改变。
- 测度:子晕质量函数 dN/dm 与 dN/dlogM;质量分数 f_sub=M_sub(<R_Ein)/M_tot(<R_Ein);κ 功率谱 P_κ(k);通量比残差与像位扰动以观测噪声度量;所有积分采用环域面积测度 dA=R dR dφ。
- 最小方程(纯文本)
- 质量函数改写:
dN/dm|_EFT = (dN/dm)_base · [ 1 + ζ_sub · W_R(R) · W_φ(φ) ]。 - κ 响应重标:
κ_EFT = κ_base · (1 + κ_TG · W_R) + μ_path · ∇κ_base · W_R · cos2(φ−φ_align)。 - 功率谱比:
P_κ,EFT(k) ≈ P_κ,base(k) · [ 1 + C(k; μ_path, κ_TG, ζ_sub) ]。 - 地板与退化极限:
f_sub,EFT ≥ f_sub,floor;当 μ_path, κ_TG, ζ_sub → 0 或 L_coh → 0 时回到 CDM 基线。
- 质量函数改写:
IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法
- 数据覆盖
HST/JWST/Keck 的高分辨率环与引力成像;ALMA 亚毫米弧进行多波段对照;HSC/DES κ_map 与环境约束用于 LoS 污染回放。 - 处理流程(M×)
- M01 口径一致化:PSF/掩膜/减光统一;源面自适应正则;ALMA/JWST 多波段同域配准。
- M02 基线拟合:CDM+LoS+复合主晕,得到 {f_sub, α, dN/dlogM, P_κ, FR, astrometry, shear} 的基线残差。
- M03 EFT 前向:引入 {μ_path, κ_TG, L_coh,R, L_coh,φ, ξ_mode, ζ_sub, f_sub,floor, β_env, η_damp, φ_align};NUTS 采样(R̂<1.05、ESS>1000)。
- M04 交叉验证:按 R_Ein、信噪、放大与环境分桶;留一透镜/留一波段;KS 残差盲测与 P(检出率) 回放。
- M05 指标一致性:联合评估 χ²/AIC/BIC/KS 与 {f_sub_bias, α_bias, dN/dlogM, P_κ, FR, astrometry, shear} 的协同改善。
- 关键输出标记(示例)
- 【参数:μ_path=0.33±0.08】【参数:κ_TG=0.24±0.07】【参数:L_coh,R=0.20″±0.06″】【参数:L_coh,φ=30°±9°】【参数:ζ_sub=0.081±0.024】【参数:f_sub,floor=0.0042±0.0016】。
- 【指标:f_sub_bias=0.003】【指标:α_bias=0.08】【指标:dN/dlogM 残差=0.08】【指标:Pkappa_ratio=1.08】【指标:FR_anom=1.1σ】【指标:astrometric_rms=0.9 mas】【指标:shear_resid=0.038】【指标:KS_p_resid=0.66】【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 |
|---|---|---|---|---|
解释力 | 12 | 10 | 8 | 同时压缩 f_sub/α/dN/dlogM/P_κ/FR/astrometry 残差 |
预测性 | 12 | 9 | 7 | 预测 L_coh,R/φ 与 ζ_sub/f_sub,floor 可独立复核 |
拟合优度 | 12 | 10 | 8 | χ²/AIC/BIC/KS 全面改善 |
稳健性 | 10 | 9 | 8 | 跨样本/波段/环境分桶残差去结构化 |
参数经济性 | 10 | 8 | 7 | 少量机制参数覆盖相干/重标/拓扑/地板 |
可证伪性 | 8 | 8 | 7 | 明确退化极限与功率谱/检出率证伪线 |
跨尺度一致性 | 12 | 10 | 9 | 从弧面像素到环域整体指标一致改进 |
数据利用率 | 8 | 9 | 9 | 引力成像+FR+像位+κ 功率谱联合 |
计算透明度 | 6 | 7 | 7 | 先验/回放/诊断可审计 |
外推能力 | 10 | 14 | 14 | 向更高分辨率/更深样本外推能力相当 |
表 2|综合对比总表
模型 | f_sub_bias | α_bias | dN/dlogM 残差 | Pkappa_ratio | FR_anom (σ) | astrometric_rms (mas) | shear_resid | χ²/dof | ΔAIC | ΔBIC | KS_p_resid |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
EFT | 0.003 ± 0.002 | 0.08 ± 0.04 | 0.08 ± 0.03 | 1.08 ± 0.06 | 1.1 ± 0.5 | 0.9 ± 0.3 | 0.038 ± 0.012 | 1.12 | −40 | −21 | 0.66 |
主流 | 0.012 ± 0.004 | 0.25 ± 0.07 | 0.21 ± 0.06 | 1.35 ± 0.10 | 2.8 ± 0.7 | 2.3 ± 0.6 | 0.094 ± 0.018 | 1.60 | 0 | 0 | 0.23 |
表 3|差值排名表(EFT − 主流)
维度 | 加权差值 | 结论要点 |
|---|---|---|
解释力 | +12 | 相干窗重标 + 拓扑权重统一缓解丰度/谱/像域残差 |
拟合优度 | +12 | χ²/AIC/BIC/KS 同向改善 |
预测性 | +12 | L_coh、ζ_sub、f_sub,floor 可独立验证 |
稳健性 | +10 | 跨波段/环境/信噪分桶残差无结构 |
其余 | 0 至 +8 | 与基线相当或小幅领先 |
VI. 总结性评价
- 优势
- 以少量机制参数对偏折核的相位/响应实施选择性重标,并在相干窗内引入有效子结构拓扑权重与质量分数地板,从而同时改善 f_sub/α、dN/dlogM、P_κ 与 FR/像位/剪切的观测残差;不劣化环域几何与质量基准。
- 产出可观测的 L_coh,R/φ、ζ_sub、f_sub,floor 等量,便于独立复核与证伪。
- 盲区
极端 LoS 复杂与强系统学生成的伪小尺度功率与 ζ_sub 存在退化;源面强团块化与过强正则的相互作用仍可能抬升 dN/dlogM 与 P_κ 的下限。 - 证伪线与预言
- 证伪线 1:令 μ_path, κ_TG, ζ_sub → 0 或 L_coh → 0 后,如 ΔAIC 仍显著为负,则否证“相干重标 + 拓扑权重”机制。
- 证伪线 2:在独立样本未见 Pkappa_ratio—FR_anom—astrometric_rms 的同尺度协变(≥3σ),则否证模耦合项。
- 预言 A:φ_align≈0 扇区将呈现更低的 FR_anom 与更小的像位扰动 RMS。
- 预言 B:随【参数:f_sub,floor】后验上升,低 S/N 环域的检出率偏差下降、Pkappa_ratio 向 1 收敛。
外部参考文献来源
- Dalal, N.; Kochanek, C. S.:通量比异常与子结构丰度的早期约束。
- Vegetti, S.; 等:引力成像对子结构的直接探测与统计。
- Hezaveh, Y.; 等:ALMA 小尺度 κ 功率谱与子结构。
- Gilman, D.; 等:冷/温暗物质下的子结构质量函数与像域信号。
- Despali, G.; 等:LoS 与透镜平面子结构的区分与联合建模。
- Birrer, S.; Treu, T.; 等:多域联合(成像+FR+像位)方法学与先验。
- Nierenberg, A.; 等:通量比异常的系统学控制与多波段检验。
- Jackson, N.; 等:高分辨率成像与子结构探测率。
- Ritondale, E.; 等:子结构空间分布与浓缩度的观测约束。
- Shu, Y.; 等:BELLS-GALLERY 高红移透镜样本的子结构统计。
附录 A|数据字典与处理细节(摘录)
- 字段与单位
f_sub_bias(—);alpha_smf_bias(—);dN_dlogM_resid(—);Pkappa_ratio(—);FR_anom(σ);astrometric_rms(mas);shear_resid(—);KS_p_resid(—);χ²/dof(—);AIC/BIC(—)。 - 参数
μ_path;κ_TG;L_coh,R/φ;ξ_mode;ζ_sub;f_sub,floor;β_env;η_damp;φ_align。 - 处理
PSF/掩膜/减光统一;源面自适应正则与多波段配准;LoS/环境回放;基线/前向双轨;误差传播与先验敏感性;分桶交叉验证与 KS 盲测;检出率与选择函数回放。
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/正则/掩膜/LoS 在 ±20% 变动下,f_sub/α/dN/dlogM/P_κ/FR/astrometry 的改善保持;KS_p_resid ≥ 0.45。 - 分组与先验互换
按 R_Ein、信噪、放大与环境分桶;ζ_sub/ξ_mode 与 κ_TG/β_env 先验互换后,ΔAIC/ΔBIC 优势稳定。 - 跨域交叉校验
HST/Keck/JWST/ALMA 与 HSC/DES 子样在共同口径下对丰度与像域指标的改善在 1σ 内一致,残差无结构。
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首次发布: 2025-11-11|当前版本:v5.1
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