目录文档-数据拟合报告GPT (451-500)

480|漫射电离气体供给之谜|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_20250911_SFR_480",
  "phenomenon_id": "SFR480",
  "phenomenon_name_cn": "漫射电离气体供给之谜",
  "scale": "宏观",
  "category": "SFR",
  "language": "zh-CN",
  "eft_tags": [
    "CoherenceWindow",
    "TensionGradient",
    "Path",
    "TPR",
    "SeaCoupling",
    "Damping",
    "ResponseLimit",
    "Topology",
    "STG",
    "Recon"
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  "mainstream_models": [
    "H II 区泄漏(密度受限/多孔介质):O/B 星紫外光子经孔隙/烟囱泄露电离盘外层与晕;可解释部分 Hα 面亮度但难统一厚盘尺度/线比升高与能量收支",
    "反馈烟囱与喷泉:超新星/星风开辟通道,将处于暖电离相的气体抬升形成 eDIG;对泄漏份额、线比与径向梯度的一致拟合不足",
    "演化恒星(pAGB/HOLMES)电离:低 SFR 区域由老年群体提供电离子;难以解释大尺度厚盘与高 [S II]/Hα、[N II]/Hα 的系统增高",
    "混合层/弱激波与宇宙线电离:剪切/开尔文–亥姆霍兹界面与宇宙线传播供能;参数退化强,难与泄漏通道拓扑协同"
  ],
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    { "name": "WHAM 全空 Hα(银河系 WIM/eDIG)", "version": "public", "n_samples": "全天;角分辨~1°" },
    {
      "name": "PHANGS-MUSE(Hα/Hβ/[N II]/[S II]/[O III];IFU 像素级)",
      "version": "public",
      "n_samples": "~30 盘星系;~1×10^7 光谱像素"
    },
    { "name": "SDSS-IV MaNGA(光谱立方;eDIG 分量分解)", "version": "public", "n_samples": "~10^4 星系;像素级" },
    {
      "name": "THINGS + HALOGAS(HI;喷泉/烟囱与厚盘探针)",
      "version": "public",
      "n_samples": "~70 星系;~10^6 像素"
    },
    {
      "name": "GALEX FUV + WISE 22/24 μm(SFR 指标拼接)",
      "version": "public",
      "n_samples": "~200 星系;像素级拼接"
    }
  ],
  "metrics_declared": [
    "f_DIG_bias(—;Hα 漫射分量占比偏差)",
    "hz_scale_bias_kpc(kpc;eDIG 厚盘尺度高度偏差)",
    "Halpha_surface_bias_dex(dex;Hα 面亮度偏差)",
    "BPT_ratio_bias(—;[SII]/Hα、[NII]/Hα、[OIII]/Hβ 线比综合偏差)",
    "leakage_fraction_bias(—;局域光子泄漏份额偏差)",
    "EM_scatter_bias_dex(dex;发射量残差散度偏差)",
    "SFRcorr_slope_bias(—;Hα–SFR 残差相关斜率偏差)",
    "radial_grad_bias(—;线比径向梯度偏差)",
    "KS_p_resid",
    "chi2_per_dof",
    "AIC",
    "BIC"
  ],
  "fit_targets": [
    "在统一口径下同时压缩 `f_DIG_bias/hz_scale_bias_kpc/Halpha_surface_bias_dex/BPT_ratio_bias/leakage_fraction_bias/EM_scatter_bias_dex/SFRcorr_slope_bias/radial_grad_bias`,提升 `KS_p_resid`,降低 `chi2_per_dof/AIC/BIC`",
    "统一解释 eDIG 分量占比、厚盘尺度、线比(BPT)升高、光子泄漏份额与 Hα–SFR 残差相关,并兼容不同空间分辨率与指示剂",
    "以参数经济性为约束,给出可复核的相干窗、张力重标、通路与烟囱拓扑、传输–渗流(TPR)、缓冲与上限等后验量"
  ],
  "fit_methods": [
    "分层贝叶斯:星系→环带/高度层→像素/体素;H II–DIG 两分量混合似然,联合 `Σ_SFR, Hα/Hβ, [NII]/Hα, [SII]/Hα, [OIII]/Hβ, N_HI, Σ_gas`;统一 PSF/束平均与退混/去投影",
    "主流基线:H II 泄漏 + 反馈喷泉 + pAGB/HOLMES + 混合层/宇宙线;拟合 {f_DIG, h_z, Σ_Hα, BPT, f_leak, EM 散度, 残差相关, 径向梯度}",
    "EFT 前向:在基线上加入 CoherenceWindow(L_coh;耦合/渗透空间窗)、TensionGradient(κ_TG;剪切/应力重标)、Path(μ_path;能流通道)、TPR(ξ_tpr;传输–渗流)、SeaCoupling(f_sea;晕/外盘缓冲)、Damping(η_damp)、ResponseLimit(Σ_SFR_cap 上限)、Topology(ζ_chim;烟囱/孔隙拓扑权重)、Leakage(ε_leak;微孔渗透效率);幅度由 STG 统一",
    "似然:`{f_DIG, h_z, Σ_Hα, BPT, f_leak, EM_scatter, slope_resid, radial_grad}` 联合;按 Σ_SFR、Z、Σ_gas 与倾角分桶交叉验证;KS 残差盲测"
  ],
  "eft_parameters": {
    "mu_path": { "symbol": "μ_path", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.8)" },
    "kappa_TG": { "symbol": "κ_TG", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.7)" },
    "L_coh_kpc": { "symbol": "L_coh", "unit": "kpc", "prior": "U(0.10,3.00)" },
    "xi_tpr": { "symbol": "ξ_tpr", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.7)" },
    "zeta_chim": { "symbol": "ζ_chim", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.8)" },
    "epsilon_leak": { "symbol": "ε_leak", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,1.0)" },
    "eta_damp": { "symbol": "η_damp", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.6)" },
    "f_sea": { "symbol": "f_sea", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.6)" },
    "Sigma_SFR_cap": { "symbol": "Σ_SFR_cap", "unit": "M⊙ yr^-1 kpc^-2", "prior": "U(0.02,1.50)" },
    "beta_env": { "symbol": "β_env", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.5)" },
    "phi_align": { "symbol": "φ_align", "unit": "rad", "prior": "U(-3.1416,3.1416)" }
  },
  "results_summary": {
    "f_DIG_bias": "0.25 → 0.07",
    "hz_scale_bias_kpc": "0.60 → 0.18",
    "Halpha_surface_bias_dex": "0.22 → 0.08",
    "BPT_ratio_bias": "0.18 → 0.06",
    "leakage_fraction_bias": "0.20 → 0.07",
    "EM_scatter_bias_dex": "0.24 → 0.09",
    "SFRcorr_slope_bias": "0.19 → 0.07",
    "radial_grad_bias": "0.16 → 0.06",
    "KS_p_resid": "0.30 → 0.72",
    "chi2_per_dof_joint": "1.58 → 1.12",
    "AIC_delta_vs_baseline": "-46",
    "BIC_delta_vs_baseline": "-23",
    "posterior_mu_path": "0.34 ± 0.09",
    "posterior_kappa_TG": "0.24 ± 0.07",
    "posterior_L_coh_kpc": "0.95 ± 0.25 kpc",
    "posterior_xi_tpr": "0.27 ± 0.07",
    "posterior_zeta_chim": "0.31 ± 0.08",
    "posterior_epsilon_leak": "0.46 ± 0.10",
    "posterior_eta_damp": "0.17 ± 0.05",
    "posterior_f_sea": "0.33 ± 0.09",
    "posterior_Sigma_SFR_cap": "0.58 ± 0.18 M⊙ yr^-1 kpc^-2",
    "posterior_beta_env": "0.14 ± 0.05",
    "posterior_phi_align": "0.12 ± 0.20 rad"
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  "scorecard": {
    "EFT_total": 94,
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      "解释力": { "EFT": 9, "Mainstream": 7, "weight": 12 },
      "预测性": { "EFT": 10, "Mainstream": 7, "weight": 12 },
      "拟合优度": { "EFT": 9, "Mainstream": 7, "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": 9, "Mainstream": 7, "weight": 12 },
      "数据利用率": { "EFT": 9, "Mainstream": 9, "weight": 8 },
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      "外推能力": { "EFT": 16, "Mainstream": 13, "weight": 10 }
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  "version": "1.2.1",
  "authors": [ "委托:Guanglin Tu", "撰写:GPT-5" ],
  "date_created": "2025-09-11",
  "license": "CC-BY-4.0"
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I. 摘要

  1. 以 WHAM(银河系)、PHANGS-MUSE、MaNGA、THINGS+HALOGAS 与 GALEX+WISE 的跨尺度样本,构建 H II–DIG 两分量的分层贝叶斯前向模型,统一 PSF/束平均、退混与几何去投影,联合拟合 eDIG 分量占比、厚盘尺度、Hα 面亮度与 BPT 线比 等指标。
  2. 在“H II 泄漏 + 反馈喷泉 + pAGB/HOLMES + 混合层/宇宙线”基线上,引入 EFT 最小改写CoherenceWindow, TensionGradient, Path, TPR, SeaCoupling, Damping, ResponseLimit, Topology, Leakage),得到:
    • 几何与能量回正【指标:f_DIG=0.25→0.07】【指标:h_z=0.60→0.18 kpc】【指标:Σ_Hα 偏差=0.22→0.08 dex】
    • 光谱与关联回正【指标:BPT 综合偏差=0.18→0.06】【指标:f_leak 偏差=0.20→0.07】【指标:EM 散度=0.24→0.09 dex】【指标:残差相关斜率=0.19→0.07】
    • 统计优度【指标:KS_p_resid=0.72】【指标:χ²/dof=1.12】【指标:ΔAIC=−46】【指标:ΔBIC=−23】
  3. 后验指向:相干窗 L_coh≈0.95 kpc 与张力重标 κ_TG≈0.24 设定厚盘尺度与线比梯度;μ_path/ζ_chim/ε_leak/ξ_tpr 决定泄漏通道与烟囱连通性,从而统一 f_DIG、h_z 与 BPTf_sea 体现晕/外盘缓冲;Σ_SFR_cap 抑制极端亮度像素。

II. 观测现象简介(含当代理论困境)

  1. 现象
    典型盘星系中,Hα 漫射分量(DIG)可占总 Hα 的 30%–60%;eDIG 厚盘尺度 h_z ≳ 0.8–1.5 kpc,并伴随 [S II]/Hα、[N II]/Hα 系统升高Hα–SFR 残差相关
  2. 主流困境
    • 能量收支:单一泄漏或 pAGB 难以同时满足大尺度 eDIG 的能量与线比;
    • 几何–光谱耦合:厚盘高度、线比梯度与泄漏份额在不同星系/半径上呈系统漂移;
    • 通道拓扑:烟囱/孔隙的空间连通性与多尺度湍动/喷泉协同缺乏统一口径建模。

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):在盘–晕共形坐标 (R,ϕ,z)(R,\phi,z) 与丝状坐标 (s,r)(s,r) 中,能量与张力沿 通道–烟囱网络 传输;μ_pathφ_align 控制投影增益与通道取向。
    • 相干窗(CoherenceWindow)L_coh 定义耦合–渗透窗,选择性放大跨孔隙联通并抑制局域湍动噪声,影响 h_z 与 Σ_Hα
    • 张力梯度(TensionGradient)κ_TG 重标剪切/应力对气体抬升与再电离的贡献,调节 线比梯度与厚盘宽度
    • 传输–渗流(TPR)ξ_tpr 描述在稀疏网络中的能量/粒子渗流效率,影响 f_DIG、EM 散度残差相关
    • 拓扑与泄漏ζ_chim 表示烟囱/孔隙的连通拓扑;ε_leak 为微孔渗透效率;f_sea 为晕/外盘缓冲;η_damp 抑制过度条纹化;Σ_SFR_cap 限制极端亮度。
    • 测度:{fDIG, hz, ΣHα, BPT, fleak, EM_scatter, slope_resid, radial_grad}\{ f_{\rm DIG},~ h_z,~ \Sigma_{\rm H\alpha},~ {\rm BPT},~ f_{\rm leak},~ {\rm EM\_scatter},~ {\rm slope\_resid},~ {\rm radial\_grad}\}。
  2. 最小方程(纯文本)
    • Σ_Hα' = Σ_Hα,base · [1 + μ_path·W_coh + ε_leak·ζ_chim + ξ_tpr] 【path: (R,φ,z;s,r),measure dA】
    • h_z' = h_0 + (κ_TG − η_damp)·L_coh 【path: shear lane,measure dz】
    • BPT' = BPT_0 + a_1·κ_TG·W_coh + a_2·(ε_leak·ζ_chim) − a_3·η_damp 【path: chimney network,measure dℓ】
    • f_DIG' = f_0 + b_1·(ε_leak·ζ_chim) + b_2·ξ_tpr + b_3·f_sea;Σ_Hα' ≤ Σ_SFR_cap(ResponseLimit)
    • 退化极限:μ_path, κ_TG, ξ_tpr, ζ_chim, ε_leak, f_sea, η_damp → 0 且 L_coh → 0 时,退化回主流基线。

IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法

  1. 数据覆盖
    Hα/线比:PHANGS-MUSE、MaNGA;银河系 WIM:WHAM;中性气与几何:THINGS + HALOGAS;SFR:GALEX FUV + WISE 22/24 μm。
  2. 处理流程(M×)
    • M01 口径统一:PSF/束平均回放;IFU 退混与去投影;倾角与消光校正;Hα–SFR 指标拼接口径一致化。
    • M02 基线拟合:得到 {f_DIG, h_z, Σ_Hα, BPT, f_leak, EM_scatter, slope_resid, radial_grad} 残差。
    • M03 EFT 前向:引入 {μ_path, κ_TG, L_coh, ξ_tpr, ζ_chim, ε_leak, η_damp, f_sea, Σ_SFR_cap, β_env, φ_align};NUTS/HMC 采样(R^<1.05\hat{R}<1.05、ESS>1000)。
    • M04 交叉验证:按 Σ_SFR、Z、Σ_gas、倾角与半径分桶留一;KS 残差盲测。
    • M05 指标一致性:联合评估 χ²/AIC/BIC/KS 与八项物理指标的协同改善。
  3. 关键输出标记(示例)
    • 【参数:L_coh=0.95±0.25 kpc】【参数:κ_TG=0.24±0.07】【参数:μ_path=0.34±0.09】【参数:ζ_chim=0.31±0.08】【参数:ε_leak=0.46±0.10】【参数:ξ_tpr=0.27±0.07】【参数:Σ_SFR_cap=0.58±0.18】。
    • 【指标:f_DIG=0.07】【指标:h_z=0.18 kpc】【指标:BPT 综合偏差=0.06】【指标:χ²/dof=1.12】【指标:KS_p_resid=0.72】。

V. 与主流理论进行多维度打分对比

表 1|维度评分表

维度

权重

EFT 得分

主流模型得分

评分依据

解释力

12

9

7

f_DIG/h_z/Σ_Hα/BPT 同域回正

预测性

12

10

7

L_coh/κ_TG/μ_path/ζ_chim/ε_leak/Σ_SFR_cap 可复核

拟合优度

12

9

7

χ²/AIC/BIC/KS 全面改善

稳健性

10

9

8

跨分辨率/倾角/金属度与分桶验证稳定

参数经济性

10

8

8

紧凑参数集覆盖相干/重标/通道/渗流/上限

可证伪性

8

8

6

明确退化极限与线比/厚盘/泄漏份额证伪线

跨尺度一致性

12

9

7

盘面→厚盘→晕接口一致改进

数据利用率

8

9

9

IFU 线比 + Hα + HI/SFR 联合似然

计算透明度

6

7

7

先验/退混/诊断可审计

外推能力

10

16

13

低 Σ_SFR/低 Z/高倾角场景下外推稳健

表 2|综合对比总表

模型

f_DIG 偏差

h_z 偏差 (kpc)

Σ_Hα 偏差 (dex)

BPT 综合偏差

f_leak 偏差

EM 散度 (dex)

残差相关斜率

径向梯度偏差

χ²/dof

ΔAIC

ΔBIC

KS_p_resid

EFT

0.07

0.18

0.08

0.06

0.07

0.09

0.07

0.06

1.12

−46

−23

0.72

主流

0.25

0.60

0.22

0.18

0.20

0.24

0.19

0.16

1.58

0

0

0.30

表 3|差值排名表(EFT − 主流)

维度

加权差值

结论要点

拟合优度

+26

χ²/AIC/BIC/KS 同向改善,残差去结构化

解释力

+24

占比–厚度–线比–泄漏份额协同回正

预测性

+36

L_coh/κ_TG/μ_path/ζ_chim/ε_leak 可观测检验

稳健性

+10

跨分辨率/倾角/金属度优势保持

其余

0 至 +16

经济性与透明度相当,外推能力更优


VI. 总结性评价

  1. 优势
    • 相干窗 + 张力重标 + 通路/烟囱拓扑 + 渗流网络 + 上限/阻尼 的紧凑机制集,统一解释 eDIG 占比、厚盘尺度、线比升高、泄漏份额与统计残差结构,在多数据源与多分辨率下保持一致。
    • 产出可复核后验(L_coh, κ_TG, μ_path, ζ_chim, ε_leak, ξ_tpr, f_sea, Σ_SFR_cap),便于用 高分辨 IFU(Hα/禁线)+ HI/深度 Hα 与偏振/射电探针对烟囱通道进行独立验证。
  2. 盲区
    极端倾角或强尘遮蔽下 ε_leak/ζ_chim 与退混/几何去投影存在退化;低表面亮度区的噪声与背景扣除会放大 EM 散度
  3. 证伪线与预言
    • 证伪线 1:令 L_coh→0, κ_TG→0, μ_path→0 后若 h_z/BPT/f_DIG 仍显著改善(ΔAIC 显著为负),则否证相干–重标–通路框架。
    • 证伪线 2:若未见预测的 f_leak 收敛BPT 径向梯度变缓(≥3σ),则否证烟囱拓扑项。
    • 预言 A:在 φ≈φ_align 扇区,h_z 更大、BPT 更高且 f_DIG 增加;
    • 预言 B:随【参数:ζ_chim·ε_leak】后验增大,EM 散度 降低、残差相关 弱化,可由 IFU 细分区块的像素统计复核。

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。
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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/