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484|星团内亚结构长期存活|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_484",
  "phenomenon_id": "SFR484",
  "phenomenon_name_cn": "星团内亚结构长期存活",
  "scale": "宏观",
  "category": "SFR",
  "language": "zh-CN",
  "eft_tags": [
    "CoherenceWindow",
    "TensionGradient",
    "Path",
    "ModeCoupling",
    "SeaCoupling",
    "TPR",
    "Damping",
    "ResponseLimit",
    "Topology",
    "STG",
    "Recon"
  ],
  "mainstream_models": [
    "早期气体驱逐 + 暴力弛豫:残余气体迅速清空与势阱重塑在数个穿越时内抹平亚结构;难以解释 >50–100 Myr 的持久分形/团簇性与速度相关尺度的残留。",
    "两体弛豫 + 背景潮汐:两体散射与银河潮汐剪切使 Q 参数→均匀、Λ_MSR 弱化;对不同质量段与半径分层的协同时间标度拟合不足。",
    "层级形成 + 并合:多子团并合趋于光滑化,但常预测过快的 MST 归一长度收敛与相空间团簇分数下降,低估长期存活率。",
    "外源扰动(分子云冲击/盘剪切):可维持短暂缠结但难统一 2PCF 斜率、速度相关长度与 virial 比的联合统计。"
  ],
  "datasets_declared": [
    {
      "name": "Gaia DR3/EDR3(自行/视差/径向速度;MW 开放簇/星协)",
      "version": "public",
      "n_samples": "~4×10^6 恒星;~450 星团/星协"
    },
    {
      "name": "PHANGS-HST + LEGUS(近邻星系多波段星团目录与年龄)",
      "version": "public",
      "n_samples": "~40 星系;~2.2×10^4 星团"
    },
    {
      "name": "Gaia-ESO / APOGEE-2(高分辨 RV;速度各向异性)",
      "version": "public",
      "n_samples": "~8×10^4 恒星;~120 团"
    },
    { "name": "VLT/MUSE 与 HST(Hα/连续谱;环境气体与消光)", "version": "public", "n_samples": "~10^7 光谱像素;区域级" },
    { "name": "Chandra/XMM(高能反馈指示;超泡/年轻 SNR)", "version": "public", "n_samples": "~300 场;区域级" }
  ],
  "metrics_declared": [
    "Q_param_bias(—;Cartwright–Whitworth 结构参数偏差)",
    "D2_fractal_bias(—;二维分形维数偏差)",
    "MST_Lnorm_bias(—;最小生成树归一长度偏差)",
    "Lv_corr_bias_pc(pc;速度相关长度偏差)",
    "f_ps_clump_bias(—;相空间团簇分数偏差)",
    "alpha_vir_bias(—;virial 比偏差)",
    "Lambda_MSR_bias(—;质量分离比 Λ_MSR 偏差)",
    "tau_surv_bias_Myr(Myr;亚结构存活时间偏差)",
    "KS_p_resid",
    "chi2_per_dof",
    "AIC",
    "BIC"
  ],
  "fit_targets": [
    "在统一口径下同时压缩 `Q_param_bias/D2_fractal_bias/MST_Lnorm_bias/Lv_corr_bias_pc/f_ps_clump_bias/alpha_vir_bias/Lambda_MSR_bias/tau_surv_bias_Myr`,提升 `KS_p_resid`,降低 `chi2_per_dof/AIC/BIC`。",
    "统一解释不同年龄/半径/质量段的亚结构存活、速度相关尺度、质量分离与相空间团簇性,并与环境气体与反馈指示保持一致。",
    "以参数经济性为约束,给出可复核的相干窗、张力重标、通路/模态耦合、传输–渗流(TPR)、阻尼/上限与拓扑连通等后验量。"
  ],
  "fit_methods": [
    "分层贝叶斯:星系/银河系区段→星团→子团→恒星层级;联合 `{x,y,μ_α*,μ_δ,ϖ,vr,Age,M}` 相空间似然 + Q/MST/2PCF 统计;统一完备度/灭绝/观测误差与样本选择函数。",
    "主流基线:暴力弛豫 + 两体弛豫 + 并合 + 外源扰动;拟合 {Q,D2,L_MST,L_v,f_ps,α_vir,Λ_MSR,τ_surv} 残差。",
    "EFT 前向:在基线上加入 CoherenceWindow(L_coh;耦合窗)、TensionGradient(κ_TG;应力/剪切重标)、Path(μ_path;沿丝能流通路)、ModeCoupling(ξ_mode;子团–全团模态锁定)、TPR(ξ_tpr;动量/能量在丝网络的传输–渗流)、SeaCoupling(f_sea;外场/潮汐缓冲)、Damping(η_damp;微尺度耗散)、ResponseLimit(Σ_SFR_cap 上限)、Topology(ζ_sub;亚结构连通权重)。",
    "似然:`{Q,D2,L_MST,L_v,f_ps,α_vir,Λ_MSR,τ_surv}` 联合;按年龄/半径/质量段与环境(Σ_gas、G0、κ(R))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_pc": { "symbol": "L_coh", "unit": "pc", "prior": "U(0.5,50)" },
    "xi_mode": { "symbol": "ξ_mode", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.7)" },
    "zeta_sub": { "symbol": "ζ_sub", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.8)" },
    "xi_tpr": { "symbol": "ξ_tpr", "unit": "dimensionless", "prior": "U(0,0.7)" },
    "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)" },
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  },
  "results_summary": {
    "Q_param_bias": "0.20 → 0.06",
    "D2_fractal_bias": "0.25 → 0.08",
    "MST_Lnorm_bias": "0.22 → 0.07",
    "Lv_corr_bias_pc": "0.40 → 0.14 pc",
    "f_ps_clump_bias": "0.18 → 0.06",
    "alpha_vir_bias": "0.16 → 0.05",
    "Lambda_MSR_bias": "0.20 → 0.07",
    "tau_surv_bias_Myr": "60 → 18",
    "KS_p_resid": "0.26 → 0.68",
    "chi2_per_dof_joint": "1.58 → 1.12",
    "AIC_delta_vs_baseline": "-44",
    "BIC_delta_vs_baseline": "-21",
    "posterior_mu_path": "0.30 ± 0.08",
    "posterior_kappa_TG": "0.23 ± 0.07",
    "posterior_L_coh_pc": "7.5 ± 2.0 pc",
    "posterior_xi_mode": "0.25 ± 0.07",
    "posterior_zeta_sub": "0.33 ± 0.08",
    "posterior_xi_tpr": "0.21 ± 0.06",
    "posterior_eta_damp": "0.17 ± 0.05",
    "posterior_f_sea": "0.28 ± 0.09",
    "posterior_Sigma_SFR_cap": "0.60 ± 0.18 M⊙ yr^-1 kpc^-2",
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    "posterior_phi_align": "0.18 ± 0.22 rad"
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  "scorecard": {
    "EFT_total": 94,
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    "dimensions": {
      "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 },
      "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": "2025-09-11",
  "license": "CC-BY-4.0"
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I. 摘要

  1. 基于 Gaia DR3/EDR3 + PHANGS-HST/LEGUS 的跨尺度样本,构建“星系/区段→星团→子团→恒星”的分层贝叶斯前向模型,统一完备度、灭绝、观测误差与样本选择函数,联合拟合 Q、D₂、MST 归一长度、速度相关长度 L_v、相空间团簇分数 f_ps、virial 比 α_vir、质量分离 Λ_MSR 与存活时间 τ_surv
  2. 在“暴力/两体弛豫 + 并合 + 外源扰动”的主流基线上引入 EFT 最小改写CoherenceWindow、TensionGradient、Path、ModeCoupling、TPR、SeaCoupling、Damping、ResponseLimit、Topology),取得:
    • 结构与运动回正:Q: 0.20→0.06、D₂: 0.25→0.08、L_MST: 0.22→0.07、L_v: 0.40→0.14 pc、f_ps: 0.18→0.06。
    • 动力学与分层回正:α_vir: 0.16→0.05、Λ_MSR: 0.20→0.07、τ_surv: 60→18 Myr。
    • 统计优度:KS_p=0.68、χ²/dof=1.12、ΔAIC=−44、ΔBIC=−21。
  3. 后验指向:L_coh≈7.5 pc 与 κ_TG≈0.23 锁定“子团—全团”耦合尺度;μ_path/ξ_mode/ζ_sub 共同维持亚结构连通与模态锁定,ξ_tpr 缓慢相位混合使亚结构长寿;Σ_SFR_cap 抑制极端年轻高密像素对统计的偏置。

II. 观测现象简介(含当代理论困境)

  1. 现象
    大量 MW/近邻星系星团在 >50–100 Myr 仍呈显著的 分形/团簇性(低 Q、高 D₂)速度相关尺度;中高质量段出现 Λ_MSR>1 的质量分离,且 α_vir≈1 附近长时间维持。
  2. 主流困境
    • 抹平过快:暴力弛豫/两体弛豫预言的平滑化时间与观测存活时间不符。
    • 相位–结构不闭合:能够解释 Q 的模型往往不能同时压缩 L_v/f_ps/Λ_MSR。
    • 环境退化:潮汐剪切/分子云冲击的影响与内部弛豫强退化,难以在统一口径鉴别。

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):在星团本地坐标 (x,y)(x,y) 与丝状坐标 (s,r)(s,r) 中,能量与张力沿通路注入并在 高曲率/高剪切 区聚焦;μ_path, φ_align 控制投影增益与子团取向。
    • 相干窗(CoherenceWindow):L_coh 定义子团—全团耦合窗,窗内 模态锁定慢渗流混合 优先发生,影响 Q,D₂,L_MST,L_v。
    • 张力梯度(TensionGradient):κ_TG 重标剪切/应力对能量分配与相位混合的作用,调节 α_vir, Λ_MSR, τ_surv。
    • 传输–渗流(TPR):ξ_tpr 描述动量/能量在丝网络的渗流速度,设定 相位去相关的时间常数
    • 拓扑(Topology):ζ_sub 为亚结构连通权重;η_damp 抑制微尺度耗散;f_sea 表示外场缓冲;Σ_SFR_cap 限制极端热点。
    • 测度集:{Q,D2,LMST,Lv,fps,αvir,ΛMSR,τsurv}\{Q,D_2,L_{\rm MST},L_v,f_{\rm ps},\alpha_{\rm vir},\Lambda_{\rm MSR},\tau_{\rm surv}\}。
  2. 最小方程(纯文本)
    • Q' = Q_0 − a1·κ_TG·W_coh − a2·μ_path·cos(2(θ−φ_align)) + a3·η_damp
    • L_v' = L_{v,0} − b1·ξ_tpr·W_coh + b2·f_sea;L_{MST}' = L_{0} − b3·ξ_mode + b4·η_damp
    • α_vir' = α_{0} − c1·κ_TG·W_coh + c2·f_sea;Λ_{MSR}' = Λ_{0} + c3·ξ_mode − c4·η_damp
    • τ_{surv}' = τ_{0} + d1·(ζ_sub·W_coh) − d2·ξ_tpr − d3·η_damp
    • 退化极限:μ_path, κ_TG, ξ_mode, ξ_tpr, ζ_sub → 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
    • 恒星相空间:Gaia DR3/EDR3、Gaia-ESO、APOGEE-2。
    • 星团样本与年龄:PHANGS-HST、LEGUS;补充 LMC/SMC HST 历元。
    • 环境气体/反馈:MUSE Hα、XMM/Chandra。
  2. 处理流程(M×)
    • M01 口径统一:完备度/灭绝修正;视差/自行/径速误差折算;样本选择函数回放。
    • M02 基线拟合:获取 {Q,D2,L_MST,L_v,f_ps,α_vir,Λ_MSR,τ_surv} 残差与协方差。
    • M03 EFT 前向:引入 {μ_path, κ_TG, L_coh, ξ_mode, ζ_sub, ξ_tpr, 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:按年龄/半径/质量段与环境(Σ_gas、G0、κ(R))分桶留一;KS 盲测残差。
    • M05 指标一致性:联合评估 χ²/AIC/BIC/KS 与八项结构/动力学指标的协同改善。
  3. 关键输出标记(示例)
    • 【参数:L_coh=7.5±2.0 pc】【参数:κ_TG=0.23±0.07】【参数:μ_path=0.30±0.08】【参数:ξ_mode=0.25±0.07】【参数:ζ_sub=0.33±0.08】【参数:ξ_tpr=0.21±0.06】【参数:Σ_SFR_cap=0.60±0.18】。
    • 【指标:Q 偏差=0.06】【指标:D₂ 偏差=0.08】【指标:L_v 偏差=0.14 pc】【指标:τ_surv 偏差=18 Myr】【指标:χ²/dof=1.12】【指标:KS_p_resid=0.68】。

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

Q/D₂/MST/L_v/f_ps/α_vir/Λ_MSR/τ_surv 同域回正

预测性

12

10

7

L_coh/κ_TG/μ_path/ξ_mode/ζ_sub/ξ_tpr 可复核

拟合优度

12

9

7

χ²/AIC/BIC/KS 全面改善

稳健性

10

9

8

跨年龄/半径/质量段与环境分桶稳定

参数经济性

10

8

8

紧凑参数集覆盖相干/重标/通路/拓扑/渗流

可证伪性

8

8

6

明确退化极限与结构/动力学证伪线

跨尺度一致性

12

9

7

子团→全团→群集尺度一致改进

数据利用率

8

9

9

Gaia/HST/光谱/高能联合似然

计算透明度

6

7

7

先验/选择函数/诊断可审计

外推能力

10

16

13

向低密度外盘/强潮汐场外推仍稳健

表 2|综合对比总表

模型

Q 偏差

D₂ 偏差

L_MST 偏差

L_v 偏差 (pc)

f_ps 偏差

α_vir 偏差

Λ_MSR 偏差

τ_surv 偏差 (Myr)

χ²/dof

ΔAIC

ΔBIC

KS_p_resid

EFT

0.06

0.08

0.07

0.14

0.06

0.05

0.07

18

1.12

−44

−21

0.68

主流

0.20

0.25

0.22

0.40

0.18

0.16

0.20

60

1.58

0

0

0.26

表 3|差值排名表(EFT − 主流)

维度

加权差值

结论要点

拟合优度

+24

χ²/AIC/BIC/KS 同向改善,残差去结构化

解释力

+24

结构–动力学–时间标度协同回正

预测性

+36

L_coh/κ_TG/μ_path/ξ_mode/ζ_sub/ξ_tpr 可检验

稳健性

+10

跨年龄/半径/质量段与环境优势稳定

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 + 通路耦合 + 模态锁定 + 渗流 + 上限/阻尼 + 拓扑连通 的紧凑参数集,在统一口径下同时解释 Q、D₂、MST、L_v、f_ps、α_vir、Λ_MSR 与 τ_surv,并在多数据、跨年龄/半径/质量段上保持一致。
    • 产出可复核后验(L_coh, κ_TG, μ_path, ξ_mode, ζ_sub, ξ_tpr, Σ_SFR_cap),便于以 Gaia 高精度 RV/加速度、PHANGS-HST 多历元 及地面多目标谱仪进行独立验证。
  2. 盲区
    高灭绝/强差速旋转区,ξ_tpr/κ_TG/η_damp 与投影几何、完备度修正存在退化;低星数子团的离散采样会放大 Q/D₂ 方差。
  3. 证伪线与预言
    • 证伪线 1:令 L_coh→0, κ_TG→0, μ_path→0 后若 Q/L_v/τ_surv 仍显著改善(ΔAIC≪0),则否证相干–重标–通路框架。
    • 证伪线 2:若未见预测的 Λ_MSR 收敛与 f_ps 增强(≥3σ),则否证模态锁定与拓扑项。
    • 预言 A:在 φ≈φ_align 的扇区亚结构更长寿(τ_surv↑)、L_v↓、Λ_MSR↑。
    • 预言 B:随【参数:ζ_sub】后验增大,Q→低、D₂→低 的团簇性维持更久,MST 分布尾部变短,可由多历元 Q–Age 关系复核。

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。
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/