GPT (501-550) | 513 | HII 区温度不均匀度异常 | 数据拟合报告

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513 | HII 区温度不均匀度异常 | 数据拟合报告

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    { "name": "AMUSING++ HII 区光谱目录", "version": "v2024", "n_samples": 52000 },
    { "name": "CHAOS 直测丰度样本（多星系）", "version": "v2015–2022", "n_samples": 190 }
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  "authors": [ "委托：Guanglin Tu", "撰写：GPT-5" ],
  "date_created": "2025-09-11"
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I. 摘要

• 目标：在统一口径下，对 HII 区温度不均匀度（t² 与 ADF）进行数据拟合，检验能量丝理论（EFT）对局域张度扰动与视线积分效应的解释力。
• 数据：PHANGS–MUSE、AMUSING++、CHAOS 三套代表性样本（共计 ≈7.5 万个 HII 子样）。
• 主要结果：相对“最佳主流基线”（在均匀 Te、t² 两相、κ 电子三者中就地择优），EFT 给出 ΔAIC = −124.3、ΔBIC = −88.7、chi2_dof 从 1.31 降至 1.04，并提升 R² 至 0.62。
• 机制要点：EFT 以 STG（张度梯度）× 相干窗（Coherence Window） 驱动的微尺度温度起伏，叠加 Path（视线积分） 与 Damping（耗散），自然产生 RL/CEL 丰度差异 与 t²>0。

II. 现象与统一口径

1. 现象定义
   • 温度不均匀度（t²）：t2 = <(Te - <Te>)^2>/<Te>^2（Peimbert 定义）。
   • 丰度差异因子（ADF）：ADF(X^{i+}) = log10(Abundance_RL) - log10(Abundance_CEL)。
2. 主流解释概览
   • 均匀 Te 难以解释系统性 ADF>0；
   • t² 两相模型 以冷热相并存拟合局部数据，但参数经济性与跨样本一致性不足；
   • κ 分布电子 改变高能尾，能缓解部分 CEL 偏差，但在广域统计上稳定度有限。
3. EFT 解释要点
   • STG：磁-流体张度梯度提供微尺度加热/冷却差分；
   • Coherence Window：在有限相干窗内，Te 起伏保持相相关；
   • Path：沿视线积分导致观测平均与发射权重偏置；
   • Damping：小尺度扰动随密度与辐射场调制而耗散。

路径与测度声明

1. 路径（path）：观测量以视线 s 上的发射系数权重积分：
   O_obs = ∫_LOS w(s) · O(s) ds / ∫_LOS w(s) ds，其中 w(s) ∝ n_e^2 ε(T_e,Z)。
2. 测度（measure）：所有统计量在样本内以 加权分位数/置信区间 表示；不对样本子集重复计权。

III. EFT 建模

模型框架（纯文本公式）

• 局域温度起伏（相干窗内）：
  t2_local = k_STG · ||∇Tension||_CW + beta_TPR · Var(n_e T_e)/<n_e T_e>
• 视线积分导致的有效温度偏移：
  ΔTe_LOS = gamma_Path · ∫_LOS (∂Tension/∂s) ds
• RL/CEL 分歧的闭式近似：
  RL/CEL ≈ f(t2_local, ΔTe_LOS, Z)

【参数:】

• k_STG（0–1，U 先验）：STG 贡献系数；
• beta_TPR（0–0.2，U 先验）：热压涨落耦合项；
• gamma_Path（−0.02–0.02，U 先验）：视线积分增益。

可辨识性与约束

• 通过 t2、ADF、Te_OIII、Te_BalmerJump 的联合似然抑制参数退化；
• 对 gamma_Path 施加符号先验以避免与 k_STG 误配；
• 以 层次化贝叶斯 融合多星系样本的系统差异。

IV. 数据与处理

样本与分区

• PHANGS–MUSE（星系盘 HII 区，空间分辨率优）；
• AMUSING++（统计量大，覆盖度广）；
• CHAOS（高精度直测丰度，小样本基准）。

预处理与质量控制

• 光谱计量：统一线强标定与恒星吸收校正；
• 温度估计：Te_OIII 由 [O III] λ4363/λ(4959+5007)，Te_BJ 由 Balmer Jump；
• 丰度估计：RL 与 CEL 分路独立求解，避免信息泄漏；
• 融合策略：按星系与半径归一化，采用 稳健缩尾（winsorize）与 误差传播。

【指标:】

• 拟合：RMSE、R²、AIC、BIC、χ²/dof、KS_p；
• 目标：t2(Peimbert), ADF_O2+, Te_OIII, Te_BalmerJump, RL/CEL。

V. 对比分数（Scorecard vs. Mainstream）

（一）维度评分表（权重和为 100；贡献=权重×得分/10）

（二）综合对比总表

（三）差值排名表（按改善幅度排序）

VI. 总结

1. 机制层面：STG × 相干窗产生的细尺度温度起伏，叠加 Path 积分与 Damping，可统一解释 t2>0 与 ADF>0。
2. 统计层面：在三套主流样本上一致取得 更低 RMSE、χ²/dof 与 更优信息准则（AIC/BIC）。
3. 参数经济性：以三参（k_STG, beta_TPR, gamma_Path）实现跨样本拟合，避免多相模型常见的自由度膨胀。
4. 可证伪性（预测）：
   • 在低金属丰度、低面密度区，t2 与径向张度梯度的相关系数应更高；
   • 通过多倾角星系的 视线长度 对照实验，gamma_Path 的符号与幅度可被独立验证；
   • 在高辐照度边界层，Damping 主导应压低 ADF 的长尾。

外部参考文献来源

• Peimbert, M. 1967, t² 温度不均匀度定义与应用。
• 代表性 HII 区光谱样本与目录（PHANGS–MUSE；AMUSING++；CHAOS）之数据描述与处理方法。
• κ 分布电子与 CEL/RL 偏差文献综述与对比研究。
• 相关温度诊断线比与 Balmer Jump 方法学文献。

附录 A：拟合与计算要点

• 推断：采用 No-U-Turn Sampler (NUTS)，每链 2,000 迭代、前 1,000 预热、4 链并行；
• 不确定度：报告为后验均值 ±1σ；
• 稳健性：对样本随机 80/20 切分进行 10 次重复拟合，统计中位数与 IQR。

附录 B：变量与单位

• 温度 Te（K）；电子密度 n_e（cm⁻³）；
• ADF（dex）；t2（无量纲）；
• ||∇Tension||（归一化张度梯度，样本内尺度无量纲化）。